水力壓裂是低滲油氣資源高效開發(fā)的必備工藝，已被廣泛應(yīng)用于油氣增產(chǎn)中。由于水力壓裂是一個(gè)復(fù)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(wǎng)數(shù)值模擬一直是一項(xiàng)挑戰(zhàn)性課題。

　　針對(duì)傳統(tǒng)數(shù)值方法（有限元（FEM）、擴(kuò)展有限元（XFEM）、邊界元（BEM）和非連續(xù)位移法（DDM））模擬水力壓裂縫網(wǎng)形成過程中遇到的難題，中國科學(xué)院武漢巖土力學(xué)研究所楊典森研究員帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)提出了一種基于近場(chǎng)動(dòng)力學(xué)（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(gòu)構(gòu)建和縫網(wǎng)間連通關(guān)系判斷等關(guān)鍵問題?；诮鼒?chǎng)動(dòng)力學(xué)（PD）非局部思想，該模型可以方便地模擬裂縫網(wǎng)絡(luò)的生成、擴(kuò)展、連通和相互作用過程。并通過將模擬結(jié)果與解析解和試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，驗(yàn)證了模型的準(zhǔn)確性（圖1、圖2）。最后，利用該模型揭示了含任意復(fù)雜裂縫網(wǎng)絡(luò)巖體水力壓裂裂縫網(wǎng)絡(luò)的生成與連通過程（圖3）。 

　　相關(guān)成果發(fā)表于斷裂力學(xué)主流期刊Engineering Fracture Mechanics，研究工作獲得科技部創(chuàng)新領(lǐng)軍人才項(xiàng)目、國家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目、中國科學(xué)院創(chuàng)新交叉團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目的資助。 

　　論文鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0013794421001351

圖1 仿真結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果的對(duì)比 

圖2 仿真結(jié)果與KGD解析解的對(duì)比 

圖3 裂縫網(wǎng)絡(luò)的生成與連通過程

（文/圖 施工過程組）