我國是能源消費大國，現時超過70%的石油，43%的瓦斯都需要從國外進口，這嚴重威脅我國能源安全。同時，我國葉岩氣、煤層氣及緻密氣等非常規資源儲量豐富，但非常規儲層常具有低孔低滲的特徵，需要通過水力壓裂增滲後才能具備工業產能。另一方面，這些低滲儲層中含有大量的天然裂縫，水力裂縫與天然裂縫相互作用且其縫網形成機理仍尚不明確，含天然裂縫儲層水力壓裂效果評估仍然十分困難。
針對這一問題，中國科學院武漢岩土力學研究所楊典森研究員帶領團隊基於擴展有限元數值方法，提出了考慮壓裂液濾失效應的滲流—應力耦合壓裂模型，解决了擴展有限元交叉裂縫處理難題；針對水力裂縫與天然裂縫相互作用問題，提出了一種基於應力—能量的裂縫穿越判斷準則，實現了水力裂縫穿透/轉向/終止/偏移等各種不同相互作用行為的準確類比。基於提出的滲流—應力耦合水力壓裂模型和裂縫穿越判斷準則，系統研究了天然裂縫的力學與滲透特性、施工參數及岩石基質參數對含裂縫儲層壓裂效果的影響，揭示了可滲透介質中水力裂縫與天然裂縫相互作用機理。
相關研究成果發表於Computers and Geotechnics、Rock Mechanics and Rock Engineering及Engineering Fracture Mechanics等主流期刊，研究工作獲得科技部創新領軍人才項目、國家自然科學基金面上項目、中國科學院創新交叉團隊項目的資助。
論文連結1：
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0266352X1930076X
論文連結2：
https://link.springer.com/article/10.1007/s00603-020-02054-x
論文連結3：
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S001379442030758X
（a）位移場
（b）滲流場
圖1基於擴展有限元的交叉裂縫處理策略
（a）孔壓雲圖（組織：Pa）
（b）位移雲圖（組織：m）
圖2含交叉裂縫飽和多孔介質孔壓與位移雲圖
（a）裂縫開度變化過程（組織：m）
（b）孔壓雲圖（組織：Pa）
圖3水力裂縫與天然裂縫相互作用過程
圖4不同天然裂縫分佈密度下的裂縫開度雲圖（組織：mm）
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