不同围压和应力差条件下水压裂缝细观扩展规律研究

不同围压和应力差条件下水压裂缝细观扩展规律研究

张鹏飞^1,2,3,冯国瑞^1,2,3,4,王朋飞^1,2,3,樊一江^1,2,3,文晓泽^1,2,3

摘要: 水力压裂技术能有效改善煤炭开采的应力环境，研究应力对水压裂缝的细观起裂扩展规律是深化压裂控制理论，优化压裂位置选择的前提。利用MatDEM软件开展不同等围压和应力差两种条件下水力压裂模拟试验，结果表明：等围压时水压裂缝受到孔壁不均匀度以及单侧裂缝优先起裂的影响呈120°分布，应力差存在时主裂缝平直且单一。在裂缝两端分布的压应力集中区的范围与应力差呈负相关，尖端呈现拉应力断裂模式。泵注压力增速波动呈现出先增大又平稳的水压裂缝贯通表征，同步于微裂隙累积增速波动，依此将压裂过程划分为无微裂隙、微裂隙缓慢增长、稳定增长、急速增长4个阶段。高围压促进裂缝起裂，抑制断裂过程区发育，高应力差增强了对裂缝的控制作用，体现为分支裂缝的贯通与闭合现象。选择满足工况要求的最小水平主应力和应力差存在的压裂区域，实现对主裂缝、分支裂缝的控制，避免在高应力差的区域进行压裂施工时出现应力扰动的不良影响。

关键词: 水力压裂; MatDEM; 裂隙; 细观表征

图1 离散元材料自动训练

图2 应力-应变曲线对比

图3 水力压裂模型

图4 不同围压影响下微裂隙及泵注压力增速随时间的变化关系

图6 宏观裂缝与x向应力分布

图7 不同主应力差影响下微裂隙及泵注压力增速随时间的变化关系

张鹏飞，冯国瑞，王朋飞，等．不同围压和应力差条件下水压裂缝细观扩展规律研究 ［Ｊ］．煤炭工程，2025，57（10）：132-138．