基于扩展有限元法的煤层超临界CO2压裂分阶段的数值模拟

超临界CO2(SC-CO2)压裂作为一种无水压裂开采技术，在采矿行业中受到越来越多的重视。为了模拟SC-CO2压裂全过程，充分理解SC-CO2压裂机理，采用热力学分析方法对SC-CO2压裂过程中CO2的相变进行分析，将SC-CO2压裂全过程分为SC-CO2压裂阶段和CO2相变诱导压裂阶段。基于扩展有限元法，综合分析了SC-CO2压裂阶段的流固耦合模型、CO2相变压裂的TNT当量、爆炸载荷压力-时间历程曲线、CO2相变压裂阶段的数值模型，提出了SC-CO2压裂阶段的数值模拟方法。模拟结果表明，在SC-CO2压裂阶段，煤层中裂缝的萌生和扩展，在CO2相变压裂阶段，裂缝扩展变宽并产生新的裂缝。同时，SC-CO2流体的注入速度对压裂效果有积极影响。SC-CO2流体的注入速率越大，裂缝扩展的长度和宽度越大。该研究对丰富SC-CO2压裂理论具有重要意义。