基于离散元法的割缝诱导水力裂缝定向扩展模拟

水力压裂技术可以安全有效地提高煤层的渗透率，有利于煤层气勘探和防治煤与瓦斯突出。然而，常规HF裂缝倾向于向最大主应力方向扩展，这可能与项目要求的压裂方向不一致。因此，煤层渗透率的增加方向与预期不同。为了解决这些问题，PFC2D软件模拟被用于研究定向水力压裂（DHF），即开槽和水力压裂的组合。分析了不同开槽角度（q）、不同水平应力差系数（K）和不同注入压力对DHF裂缝扩展的影响。结果表明，当q、K和注液压力较小时，DHF方法可以克服初始地应力对水力裂缝扩展方向的主导影响，控制裂缝垂直于开槽方向的扩展。当DHF裂缝与人工开槽连接时，压力会剧烈波动，压裂曲线呈现多峰型。压裂孔周围颗粒压力的增加和减少分别反映了裂缝尖端压力积聚和裂缝扩展的过程。与常规HF相比，DHF不仅可以缩短压裂时间，而且可以使裂缝网络更加复杂，更有利于气体流动。在地应力作用下，槽间应力将增大，超过最大水平主应力。此外，随着压裂时间的变化，模型的局部应力也会发生变化。水力裂缝总是扩展到局部应力较大的区域。研究结果可为DHF的理论研究和工程应用提供一定的帮助。