圖1.仿真結果與試驗結果的對比
圖2.仿真結果與KGD解析解的對比
圖3.裂縫網絡的生成與連通過程
水力壓裂是低滲油氣資源高效開發的必備工藝，已被廣泛應用于油氣增產中。由于水力壓裂是一個復雜的物理過程，不僅包括巖體破壞、流固耦合，還有人工裂縫與原生天然裂縫相互作用，水力壓裂縫網數值模擬一直是一項挑戰性課題。
針對傳統數值方法(有限元(FEM)、擴展有限元(XFEM)、邊界元(BEM)和非連續位移法(DDM))模擬水力壓裂縫網形成過程中遇到的難題，中國科學院武漢巖土力學研究所研究員楊典森帶領團隊提出基于近場動力學(PD)的水力壓裂耦合模型，解決了裂縫面追蹤、流體壓力施加、剪切破壞判斷、摩擦-接觸本構構建和縫網間連通關系判斷等關鍵問題。基于近場動力學(PD)非局部思想，該模型可以模擬裂縫網絡的生成、擴展、連通和相互作用過程。研究通過將模擬結果與解析解和試驗結果進行對比，驗證了模型的準確性(圖1、圖2)。此外，研究利用該模型揭示出含任意復雜裂縫網絡巖體水力壓裂裂縫網絡的生成與連通過程(圖3)。
相關研究成果發表在Engineering Fracture Mechanics上。研究工作得到科技部創新領軍人才項目、國家自然科學基金面上項目和中科院創新交叉團隊項目的資助。
