多孔介质中水力压裂起始和传播的相场模型
摘要：水力压裂是许多地质工程应用的基础，如增强型地热系统，它依赖于提高自然构造的渗透性并确保充分的流体循环。过去几十年来，相场法因其处理复杂裂缝扩展几何形状的简便性而越来越受欢迎，成为模拟水力压裂的有效方法。然而，现有的相场方法无法准确捕捉水力裂缝的形成，因为它们的表达方式仅基于能量，并未明确考虑材料的强度。因此，在本文中，我们提出了一种新颖的相场模型用于水力压裂，主要目标是模拟多孔介质（如岩石）中的裂缝形成。在以往相场方法的变分公式基础上，所提出的模型通过以下两个重要步骤融入材料的强度特性：（i）在损伤演化方程中引入外部驱动力项，以考虑材料的强度特性；（ii）设计恰当的损伤函数，定义裂缝驱动力上的流体压力贡献。通过与现有解析解的二维测试案例的数值结果比较，证明了所提出的相场模型可以准确地模拟水力裂缝的形成和扩展。此外，我们还演示了在具有不同应力条件的三维领域中进行水力压裂的模拟，以证明该方法在实际场景中的适用性。
作者：Fan Fei, Andre Costa, John E. Dolbow, Randolph R. Settgast, and Matteo Cusini
论文ID：2304.13197
分类：Geophysics
分类简称：physics.geo-ph
提交时间：2023-04-27