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離散元水力壓裂一體化數值仿真(精) 版權信息
- ISBN：9787030686947
- 條形碼：9787030686947 ; 978-7-03-068694-7
- 裝幀：一般膠版紙
- 冊數：暫無
- 重量：暫無
- 所屬分類：>
離散元水力壓裂一體化數值仿真(精) 內容簡介
近年來，隨著頁巖氣和干熱巖等深地工程的興起，關于裂隙巖體水力壓裂問題的研究逐漸興起。水力壓裂裂縫擴展是一個跨長度和時間尺度的復雜科學問題，由于實驗方法的局限性，目前數值仿真是其*重要的研究手段之一。本書將系統地介紹作者近年來基于離散格子法、顆粒離散元法、有限元法、塊體離散元法和有限差分法綜合建立的深部裂隙巖體水力壓裂的多尺度數值模擬體系，內容包括近井筒區域水力壓裂裂縫的三維非平面起裂和擴展、射孔-井眼-巖層跨尺度裂縫擴展、水力裂縫和天然裂縫相互作用、結合微地震震源機制的裂縫擴展和復雜縫網形成機理、水力裂縫閉合和長期蠕變等頁巖水力壓裂中挑戰性難題的數值分析。 本書可以作為研究復雜裂隙巖體水力壓裂理論的參考用書，也可供具備一定學科知識基礎、從事深地巖石力學相關研究工作的技術人員和相關專業的研究生參考。
離散元水力壓裂一體化數值仿真(精) 目錄
目錄
序
前言
第1章 緒論 1
1.1 非常規油氣資源開發現狀與水力壓裂技術 3
1.2 水力裂縫擴展研究現狀 4
1.2.1 水力裂縫起裂和擴展 4
1.2.2 射孔和近井筒地帶裂縫擴展 7
1.2.3 分段多簇壓裂多裂縫擴展 8
1.3 章節內容安排 9
第2章 基于離散元的水力壓裂數值模擬方法原理 11
2.1 顆粒離散元數值模型 13
2.1.1 顆粒離散元基本理論 13
2.1.2 二維顆粒離散元模型流固耦合算法19
2.2 三維離散格子數值模型 22
2.2.1 三維離散格子方法基本理論 22
2.2.2 三維離散格子模型流固耦合算法 23
2.3 三維塊體離散元數值模型 24
2.3.1 三維塊體離散元法基本理論 24
2.3.2 三維塊體離散元模型流固耦合算法 27
第3章 巖石內在非均質性與顆粒尺寸對水力壓裂的影響 31
3.1 平面應變應力狀態下水力壓裂理論模型 33
3.1.1 裂縫擴展控制區域 33
3.1.2 無濾失條件下KGD模型近似解 34
3.2 基于顆粒離散元的無濾失水力壓裂模型 35
3.2.1 黏性控制機制 36
3.2.2 斷裂韌性控制機制 38
3.3 巖石內在非均質性對水力壓裂的影響40
3.4 顆粒尺寸對水力壓裂的影響 43
3.5 本章小結 46
第4章 不同射孔模型中水力裂縫起裂和近井筒擴展 49
4.1 三維離散格子建模51
4.2 數值模擬結果 52
4.2.1 螺旋射孔模型 52
4.2.2 定向射孔模型 57
4.2.3 Tristim射孔模型 61
4.3 結果分析與討論 64
4.3.1 不同射孔模型特征 64
4.3.2 斷裂韌度控制機制驗證 65
4.3.3 與實驗結果對比 66
4.4 本章小結 67
第5章 水力裂縫與天然裂縫的相互作用研究 69
5.1 離散-連續混合數值方法 71
5.1.1 模型描述 71
5.1.2 模型驗證 72
5.2 水力裂縫與天然裂縫正交穿越 75
5.2.1 應力比和天然裂縫摩擦性質的影響 75
5.2.2 強度比的影響 78
5.2.3 剛度比的影響 79
5.3 水力裂縫與天然裂縫非正交穿越 81
5.4 水力裂縫與多條天然裂縫相互作用 83
5.5 本章小結 84
第6章 水力壓裂后支撐劑嵌入與裂縫導流性能研究87
6.1 模型設置 89
6.1.1 DEM-CFD耦合模型 89
6.1.2 模型參數標定 90
6.2 參數研究 92
6.2.1 裂縫閉合后的裂縫導流能力 92
6.2.2 頁巖水化對支撐劑嵌入的影響 93
6.2.3 支撐劑尺寸的影響 96
6.3 本章小結 97
第7章 水力壓裂后長期注采作用下地應力演化規律 99
7.1 水力壓裂裂縫造縫和開采的應力理論模型 102
7.1.1 人工裂縫誘導應力理論模型 102
7.1.2 開采誘導應力流固耦合理論模型 103
7.2 FLAC3D有限差分理論模型 105
7.2.1 FLAC3D有限差分離散算法 105
7.2.2 FLAC3D流固耦合算法 105
7.3 基于FLAC3D的長期注采作用下三維地應力演化模型 106
7.3.1 基于測井深度插值的三維地形模型 106
7.3.2 三層地質力學幾何模型的建立 107
7.3.3 模型參數的選取 108
7.3.4 注采歷史的擬合 108
7.4 地應力演化計算結果和討論 109
7.4.1 應力重分布結果 109
7.4.2 地應力結果討論 111
7.5 本章小結 111
第8章 基于地質力學和微地震全耦合模型的重復壓裂 113
8.1 重復壓裂研究綜述 115
8.2 3DEC裂縫擴展模型的建立 118
8.2.1 幾何模型的建立 118
8.2.2 初次壓裂和孔壓衰竭模擬 120
8.2.3 重復壓裂模擬 122
8.3 3DEC裂縫擴展模型的結果與討論 123
8.4 本章小結 130
第9章 致密油極限射孔優化設計研究 133
9.1 極限射孔數值模型 135
9.1.1 華6-8井第11段介紹 135
9.1.2 極限射孔壓裂數值模型建立 137
9.1.3 極限射孔壓裂數值模擬結果 138
9.1.4 極限射孔壓裂數值模型驗證 139
9.2 極限射孔多簇裂縫起裂與擴展規律 140
9.2.1 注入排量 140
9.2.2 簇間距 142
9.2.3 單段簇數 143
9.2.4 簇間應力差 145
9.3 本章小結 148
第10章 裂隙巖體的超臨界二氧化碳壓裂 149
10.1 基于離散元的超臨界二氧化碳壓裂算法 151
10.1.1 斷裂韌性控制區域簡化算法 151
10.1.2 與傳統壓裂算法比較 152
10.1.3 簡化算法驗證 152
10.2 完整巖石中的超臨界二氧化碳壓裂 153
10.3 裂隙巖體中的超臨界二氧化碳壓裂 157
10.4 本章小結 159
第11章 離散材料中的水力壓裂 161
11.1 模擬背景與試驗介紹 163
11.2 離散材料中水力壓裂數值模型研究 165
11.2.1 顆粒材料中流體注入模型設置 165
11.2.2 注入速率的影響 167
11.2.3 無量綱時間因子 170
11.2.4 能量分析 172
11.3 本章小結 174
第12章 水力壓裂與誘發地震 175
12.1 水力壓裂引起誘發地震綜述 177
12.2 壓裂誘發地震與斷層滑移及套管變形的關系 179
12.2.1 套管變形由斷層滑移引起的證據 180
12.2.2 由微地震數據確定滑移斷層的位置 183
12.3 流體注入引起斷層滑移及誘發地震的三維滲流-應力場全耦合模型 184
12.3.1 3DEC微地震震級算法 184
12.3.2 3DEC幾何模型的建立 185
12.3.3 模型參數的選取 185
12.4 模擬結果與討論 190
12.4.1 斷層滑移及誘發地震模擬結果 190
12.4.2 施工參數分析 192
12.5 本章小結 195
參考文獻 197
序
前言
第1章 緒論 1
1.1 非常規油氣資源開發現狀與水力壓裂技術 3
1.2 水力裂縫擴展研究現狀 4
1.2.1 水力裂縫起裂和擴展 4
1.2.2 射孔和近井筒地帶裂縫擴展 7
1.2.3 分段多簇壓裂多裂縫擴展 8
1.3 章節內容安排 9
第2章 基于離散元的水力壓裂數值模擬方法原理 11
2.1 顆粒離散元數值模型 13
2.1.1 顆粒離散元基本理論 13
2.1.2 二維顆粒離散元模型流固耦合算法19
2.2 三維離散格子數值模型 22
2.2.1 三維離散格子方法基本理論 22
2.2.2 三維離散格子模型流固耦合算法 23
2.3 三維塊體離散元數值模型 24
2.3.1 三維塊體離散元法基本理論 24
2.3.2 三維塊體離散元模型流固耦合算法 27
第3章 巖石內在非均質性與顆粒尺寸對水力壓裂的影響 31
3.1 平面應變應力狀態下水力壓裂理論模型 33
3.1.1 裂縫擴展控制區域 33
3.1.2 無濾失條件下KGD模型近似解 34
3.2 基于顆粒離散元的無濾失水力壓裂模型 35
3.2.1 黏性控制機制 36
3.2.2 斷裂韌性控制機制 38
3.3 巖石內在非均質性對水力壓裂的影響40
3.4 顆粒尺寸對水力壓裂的影響 43
3.5 本章小結 46
第4章 不同射孔模型中水力裂縫起裂和近井筒擴展 49
4.1 三維離散格子建模51
4.2 數值模擬結果 52
4.2.1 螺旋射孔模型 52
4.2.2 定向射孔模型 57
4.2.3 Tristim射孔模型 61
4.3 結果分析與討論 64
4.3.1 不同射孔模型特征 64
4.3.2 斷裂韌度控制機制驗證 65
4.3.3 與實驗結果對比 66
4.4 本章小結 67
第5章 水力裂縫與天然裂縫的相互作用研究 69
5.1 離散-連續混合數值方法 71
5.1.1 模型描述 71
5.1.2 模型驗證 72
5.2 水力裂縫與天然裂縫正交穿越 75
5.2.1 應力比和天然裂縫摩擦性質的影響 75
5.2.2 強度比的影響 78
5.2.3 剛度比的影響 79
5.3 水力裂縫與天然裂縫非正交穿越 81
5.4 水力裂縫與多條天然裂縫相互作用 83
5.5 本章小結 84
第6章 水力壓裂后支撐劑嵌入與裂縫導流性能研究87
6.1 模型設置 89
6.1.1 DEM-CFD耦合模型 89
6.1.2 模型參數標定 90
6.2 參數研究 92
6.2.1 裂縫閉合后的裂縫導流能力 92
6.2.2 頁巖水化對支撐劑嵌入的影響 93
6.2.3 支撐劑尺寸的影響 96
6.3 本章小結 97
第7章 水力壓裂后長期注采作用下地應力演化規律 99
7.1 水力壓裂裂縫造縫和開采的應力理論模型 102
7.1.1 人工裂縫誘導應力理論模型 102
7.1.2 開采誘導應力流固耦合理論模型 103
7.2 FLAC3D有限差分理論模型 105
7.2.1 FLAC3D有限差分離散算法 105
7.2.2 FLAC3D流固耦合算法 105
7.3 基于FLAC3D的長期注采作用下三維地應力演化模型 106
7.3.1 基于測井深度插值的三維地形模型 106
7.3.2 三層地質力學幾何模型的建立 107
7.3.3 模型參數的選取 108
7.3.4 注采歷史的擬合 108
7.4 地應力演化計算結果和討論 109
7.4.1 應力重分布結果 109
7.4.2 地應力結果討論 111
7.5 本章小結 111
第8章 基于地質力學和微地震全耦合模型的重復壓裂 113
8.1 重復壓裂研究綜述 115
8.2 3DEC裂縫擴展模型的建立 118
8.2.1 幾何模型的建立 118
8.2.2 初次壓裂和孔壓衰竭模擬 120
8.2.3 重復壓裂模擬 122
8.3 3DEC裂縫擴展模型的結果與討論 123
8.4 本章小結 130
第9章 致密油極限射孔優化設計研究 133
9.1 極限射孔數值模型 135
9.1.1 華6-8井第11段介紹 135
9.1.2 極限射孔壓裂數值模型建立 137
9.1.3 極限射孔壓裂數值模擬結果 138
9.1.4 極限射孔壓裂數值模型驗證 139
9.2 極限射孔多簇裂縫起裂與擴展規律 140
9.2.1 注入排量 140
9.2.2 簇間距 142
9.2.3 單段簇數 143
9.2.4 簇間應力差 145
9.3 本章小結 148
第10章 裂隙巖體的超臨界二氧化碳壓裂 149
10.1 基于離散元的超臨界二氧化碳壓裂算法 151
10.1.1 斷裂韌性控制區域簡化算法 151
10.1.2 與傳統壓裂算法比較 152
10.1.3 簡化算法驗證 152
10.2 完整巖石中的超臨界二氧化碳壓裂 153
10.3 裂隙巖體中的超臨界二氧化碳壓裂 157
10.4 本章小結 159
第11章 離散材料中的水力壓裂 161
11.1 模擬背景與試驗介紹 163
11.2 離散材料中水力壓裂數值模型研究 165
11.2.1 顆粒材料中流體注入模型設置 165
11.2.2 注入速率的影響 167
11.2.3 無量綱時間因子 170
11.2.4 能量分析 172
11.3 本章小結 174
第12章 水力壓裂與誘發地震 175
12.1 水力壓裂引起誘發地震綜述 177
12.2 壓裂誘發地震與斷層滑移及套管變形的關系 179
12.2.1 套管變形由斷層滑移引起的證據 180
12.2.2 由微地震數據確定滑移斷層的位置 183
12.3 流體注入引起斷層滑移及誘發地震的三維滲流-應力場全耦合模型 184
12.3.1 3DEC微地震震級算法 184
12.3.2 3DEC幾何模型的建立 185
12.3.3 模型參數的選取 185
12.4 模擬結果與討論 190
12.4.1 斷層滑移及誘發地震模擬結果 190
12.4.2 施工參數分析 192
12.5 本章小結 195
參考文獻 197
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離散元水力壓裂一體化數值仿真(精) 節選
第1章 緒論 1.1非常規油氣資源開發現狀與水力壓裂技術隨著油氣勘探技術的不斷創新和進步，頁巖油氣、致密油氣、煤層氣和油砂等非常規油氣資源逐漸在各國能源結構中占據著重要的角色。以美國“頁巖氣革命”為代表的非常規資源開發熱潮極大地推動了全世界范圍內油氣資源的二次擴張，促成了能源市場的多元化發展局面，也正在逐漸影響世界格局和地緣政治。能源問題是制約我國可持續發展的重大問題。隨著我國經濟的持續快速發展和工業化進程的進一步加快，對能源的需求越來越大，能源的供給安全及能源環境和可持續發展等問題日益突出，加快開發非常規油氣資源已經成為我國能源發展的重大戰略。我國國家能源局和自然資源部等部門均已發布指導性文件，引導和推動我國非常規油氣資源的有效開發和利用。 我國非常規油氣資源儲量非常豐富，開發利用潛力大，世界能源研究所（World Resource Institute）和美國能源信息署（USEnergy Information Administration）發布的報告均將我國可開采頁巖氣資源儲量列為世界首位。近年來非常規油氣藏已經逐漸成為我國原油儲量動用的重要支柱。以中石油為例，非常規低滲透油氣動用儲量規模逐年增加，從2000年的1.26億t（45%）增加到2014年的4.2億t（85%），截至2015年底，共動用低滲透儲量59.5億t；低滲透儲量中超低滲動用規模增幅較大，從2000年的1144萬t（9%）增加到2014年的36860萬t（77%）。動用的低滲透儲量主要集中在長慶、吉林和大慶3個油田，平均占比達72%，長慶油田動用儲量的95%是低滲透儲量，且近7年70%以上是超低滲透儲量。中石油的低滲透油田年產量從2000年的1922萬t上升到2014年的4155萬t，產量貢獻由18%上升到39%。盡管中石油的低滲透油藏產量穩步增長，但由于其儲層物性差，致密低滲，非均質性強，裂縫、層理等發育，多井低產現象突出，亟須對低滲透儲層進行增產改造以提高低滲透油藏的采收率（胡文瑞等，2010；董大忠等，2012；賈承造等，2012；王永輝等，2012；朱如凱等，2019）。 水力壓裂是低滲透非常規油氣資源增產改造的核心技術之一。它是指通過地面高壓泵組將壓裂液大排量注入井底，當注入流體壓力達到地層破裂壓力之后，井周巖石發生破裂，導致水力裂縫形成；隨著壓裂液的繼續注入，水力裂縫繼續向前擴展，*終形成破碎非常規油氣儲層的復雜裂縫，顯著提高油井產能。水力壓裂復雜的多尺度特征以及非常規油氣儲層的非均質性，導致目前對非常規油氣儲層水力壓裂的認識仍然處于初級階段，實際的壓裂施工過程仍主要依賴于經驗（King，2010；Ba.antetal.，2014；Weng，2015）。水力裂縫的起裂和擴展是非線性、強流固耦合的復雜力學問題，在不同尺度上，關注對象和研究點均有所不同，如圖1.1所示。在時間尺度方面，水力壓裂在毫秒時間尺度上即顆粒間會產生微裂紋，在秒尺度上水力裂縫會在近井筒區域擴展，而在分尺度上水力裂縫會實現裂縫在儲層間擴展，在小時尺度上多條裂縫共同作用改造儲層。在水力裂縫長度尺度方面，在細觀尺度上水力裂縫表現為晶間破壞，顆粒間形成微裂縫，在宏觀尺度上近井筒區域形成復雜的主裂縫，在油氣藏區域形成改造儲層的裂縫a參考《頁巖氣發展規劃（2016—2020年）》和《國土資源“十三五”科技創新發展規劃》。網絡。為此，在復雜的地應力條件下，從不同尺度上對水力壓裂的復雜過程進行分析和研究，準確地預測非常規油氣儲層水力壓裂中裂縫的形態是亟待解決的技術難題，對改造非常規油氣儲層具有重要意義。 為此，本書基于有限差分法和離散元法（distinct element method，DEM）緊密圍繞非常規油氣儲層多尺度多場水力壓裂中水力裂縫的三維非平面擴展和復雜縫網形成的機理展開研究，重點關注裂縫的起裂、三維非平面擴展、與天然裂縫的相互作用、支撐劑的耦合作用等一系列*關鍵的多場多尺度力學行為，旨在為非常規油氣儲層壓裂技術提供理論指導。 圖1.1水平井分段多簇壓裂示意圖（改自Chenetal.，2015；Lecampionand Desroches，2015） 1.2水力裂縫擴展研究現狀 1.2.1水力裂縫起裂和擴展 從20世紀20～70年代發展起來的水力壓裂經典模型主要包括KGD模型、PKN糢型及徑向模型。KGD模型是假設水平方向為平面應變和所有水平截面獨立地起作用（Khristianovic and Zheltov，1955）。PKN模型是假設每一垂向截面獨立作用，主要考慮縫內流體流動以及相應壓力梯度的影響（Perkins and Kern，1961）。此后，學者提出了擬三維模型，但擬三維模型可能對裂縫高度估計產生較大誤差。為此，學者建立了平面三維模型（Simonsonetal.，1978；Abou-Sayedetal.，1984；Fungetal.，1987；李勇明等，2001；Adachietal.，2007）。由于平面三維模型模擬扭曲型水力裂縫存在缺陷，因此學者提出了全三維模型（Moralesetal.，1993；Deanand Schmidt，2009）。朱君等（2010）根據巖石力學、滲流力學、彈塑性力學、損傷力學與斷裂力學，在考慮流固耦合的動態效應以及巖石塑性變形的基礎上，采用了瞬態分析方法，建立了致密儲層水力壓裂全三維動態擴展力學模型。劉建軍等（2003）建立了油水井三維水力壓裂的數學模型，給出了裂紋擴展流固耦合效應的數值解法。 數值模擬是研究水力壓裂的重要工具。近年來，水力壓裂數值模擬取得了顯著進展（Lietal.，2015；Taleghanietal.，2016；Lecampionetal.，2018）。這些數值方法根據其理論背景不同可分為幾個類別。從連續介質力學角度來看，有限元單元法（finite elemen tmethod），包括內聚力法（cohesive zone method）、擴展有限元法（extended finite elementmet hod）和邊界元法（boundary element method）等方法（Zhangetal.，2007；Chenetal.，2009；Lecampion，2010；CarrierandGranet，2012；Elizavetaand Anthony，2013；Kresseetal.，2013）。從非連續介質角度來看，有塊體離散元法（block discreteelement method）、顆粒離散元法（discrete element method of particle flow）和三維離散格子法（3D lattice method）等方法（Wangetal.，2014；Damjanac and Cundall，2016；Damjanac et al.，2016；Zhang and Mack，2017；Huangetal.，2019）。一些基于工程的方法也已經開發出來并應用于現場，如基于偽三維單元（pseudo-3D）的復雜斷裂網絡模型（Meyer and Bazan，2011）。同時，新的數值方法也被用于模擬水力壓裂，如物質點法（materials point method）、近場動力學方法（peridynamics）、連續-離散元法（finite-discrete element method）和相場法（phase field method）等方法（Aimene and Ouenes，2015；Mikelic Et al.，2015；Ouchietal.，2015；Miehe and Mauthe，2016；Profit et al.，2016；Lisjak et al.，2017）。 水力裂縫起裂和破裂壓力是影響壓裂設計的重要因素。Hubbert和Willis（1957）認為地應力會影響破裂壓力和裂縫擴展，在不考慮巖石滲透性基礎上基于有效應力原理建立了巖石破裂壓力公式。此后，Haimson和Fairhurst（1967，1969）考慮了巖石滲透性和壓裂液濾失，建立了新的破裂壓力公式。黃榮樽（1981）認為裂縫起裂主要由井筒周圍的應力狀態決定，該狀態受地應力、地層孔隙壓力、井筒注入壓力以及濾失的影響。Chen和Economides（1995）研究表明水力裂縫起裂壓力與*大主應力和井筒夾角有關，當*大主應力與井筒平行時，起裂壓力*小，當*大主應力與井筒垂直時，起裂壓力*大。陳勉等（1995）應用多孔彈性理論，根據斜井井壁周圍應力狀態，提出了斜井水力裂縫起裂判據。張廣清等（2003）使用三維有限元模型結合巖石的抗拉破壞準則研究了垂直井中射孔對地層破裂壓力的影響。結果表明射孔密度和射孔方位角是影響地層破裂壓力的主要因素，射孔孔眼長度和射孔孔眼直徑的影響較小。連志龍等（2009）采用ABAQUS軟件進行了數值模擬，研究了地應力、巖石力學參數、壓裂液特征等復雜因素對水力壓裂的影響，結果表明在注入壓力一定時，起裂壓力與*小主應力、初始孔隙壓力和臨界應力成正比，而與*大主應力、巖石模量和壓裂液黏度無關。唐書恒等（2011）通過數值模擬方法，研究了起裂壓力和起裂位置與地應力的關系，結果表明起裂壓力和起裂位置與地應力大小和地應力方位有關；水平主應力差系數越大，試樣內天然裂縫與*大水平主應力之間夾角對破裂壓力的影響越大。丁乙等（2018）基于張性起裂準則，結合天然裂縫數量、產狀及射孔工程參數，建立了裂縫性儲層起裂壓力預測模型。考佳瑋等（2018）開展了高水平地應力差下深層頁巖真三軸水力壓裂室內實驗，結果表明高水平地應力差下水力裂縫沿垂直*小主應力方向起裂并擴展成橫切縫，起裂壓力越大，裂縫形態越復雜。馬耕等（2016）進行了水力壓裂物理模型試驗，結果表明隨著主應力差增大，破裂壓力逐漸降低，破裂時間也逐漸縮短。 水力裂縫與天然裂縫相交方面，大量水力壓裂監測數據表明天然裂縫和水力裂縫之間的相互作用是導致復雜水力裂縫形成的關鍵條件（程萬等，2014；郭建春等，2014；侯冰等，2014；趙立強等，2014；Xuetal.，2019；Zhengetal.，2019）。Renshaw等使用理論分析得到了無黏結摩擦裂縫與天然裂縫相交準則［式（1.1）］，進行的驗證物理實驗與該準則具有一致性（Pollard，1995；Renshaw and Pollard，1995）。式中，σ1為*小主應力，MPa；σ3為*大主應力，MPa；T0為巖石抗拉強度，MPa；μ為預制裂縫摩擦系數，無量綱。 在此基礎上，Zhang等（2017）使用離散元法和有限元法進行耦合，模擬了水力壓裂裂縫與天然裂縫的相互作用，結果表明水力裂縫與天然裂縫相交時，會出現：①在天然裂縫處被捕獲形成T形裂縫；②水力裂縫發生偏轉；③直接穿過。該結果能很好地匹配Renshaw提出的準則。曾義金等（2019）進行了室內試驗研究，結果表明壓裂中總注入量在一定程度上可反映壓裂后裂縫的復雜程度，若累計注液量越高，則壓裂后形成的縫網越復雜；壓裂液注入速率對復雜縫網的形成有較大影響，注入速率小有利于打開天然裂縫，而高注入速率會使水力裂縫直接穿過天然裂縫，如圖1.2所示。天然裂縫分布和水平主應力差均影響復雜裂縫網絡的形成，天然裂縫與水平*大主應力方向的角度越小，水平主應力差越大，形成復雜裂縫網絡的難度越大（潘林華等，2014）。隨地應力差、層理走向和傾角增大，層理擴展臨界強度比降低，裂紋沿層理弱面擴展變難；隨巖石強度增大，層理擴展臨界強度比增大，裂紋更易于沿層理弱面擴展。基于復變函數保角變換推導得出了裂紋尖端應力狀態，得出水力壓裂裂縫在斜交層理后的擴展判據，認為裂紋沿層理擴展臨界強度比受地應力差、巖石強度及層理方位等多種因素影響（衡帥等，2015；孫可明和張樹翠，2016）。李芷等（2015）采用真三軸巖土工程模型試驗機、壓裂泵伺服控制系統和DISP聲發射
離散元水力壓裂一體化數值仿真(精) 作者簡介
張豐收（1982.08），湖南漣源人，2004年本科，2007年碩士畢業于同濟大學，2012年博士畢業于美國佐治亞理工學院（Georgia Institute of Technology），同年加入Itasca美國公司工作至2016年。主要從事能源相關的技術咨詢服務。2016年底加入同濟大學土木工程學院地下建筑與工程系任教授。主要研究方向是裂隙巖體的水-固-熱-化多場耦合及其在能源開采等深地工程中的應用，先后為各大跨國石油公司提供過相關的科研和咨詢服務。迄今為止共發表期刊和會議論文80余篇，現擔任SPE Journal副主編，以及靠前巖石力學協會石油地質力學和裂隙巖體THMC多場耦合兩個專業專委會委員。
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