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申请/专利权人：中国地质大学(北京);保利民爆哈密有限公司;甘肃久联民爆器材有限公司;安阳职业技术学院;河南新启工程管理有限公司

摘要：本发明公开了一种随机裂隙地层中水力压裂裂纹扩展的数值模拟方法，包括以下步骤：1全局cohesive单元模型的建立；2全局cohesive单元模型的嵌入和验证。本发明针对储层中天然裂缝发育的特点，基于python编写了全局cohesive渗流单元嵌入程序，弥补了传统cohesive渗流单元模拟裂纹扩展时仅能沿指定路径扩展的不足，并基于相关试验验证了其有效性，研究了水平地应力差、裂隙面摩擦系数、裂隙面法向刚度及切向刚度等地质因素以及压裂液注液速度与粘度等施工参数对水力压裂裂纹扩展的影响。

主权项：1.一种随机裂隙地层中水力压裂裂纹扩展的数值模拟方法，其特征在于，包括以下步骤：1全局cohesive单元模型的建立：全局cohesive单元模型的建立包括以下步骤：S1、裂隙流体控制方程和流动方程的建立：裂隙流体控制方程包括：总应力方程：σtotal＝σ'+αpwδij1其中，σtotal为总应力，MPa；σ'为有效应力，MPa；α为Biot系数；pw为多孔介质中的孔隙压力，MPa；δij为克罗内克常数；达西定律：其中，P为孔隙压力，MPa；为拉普拉斯算子；K为岩石渗透率；μ为压裂液粘度；Cr和Cl分别为岩石和液体的压缩系数；t为时间；裂隙流体流动方程包括：法向流动与压裂液的泄露用泄露系数来简化：qt＝ctpi-pt3qb＝cbpi-pb4其中，qt和qb分别为裂缝顶边界和裂缝底边界的流速，m2s；ct和cb分别为裂缝上边界和裂缝下边界的泄露系数；pt和pb分别为裂缝顶边界压力和裂缝底边界压力，MPa；pi为裂缝中的压力，MPa；裂缝中切向流动特征主要由流体粘度决定，切向流动采用平行层流公式计算： 其中，q为裂缝中切向流的流量，MPa；d为裂缝宽度，m；μ为压裂液粘度；为沿裂缝长度的流体压力梯度，MPam；S2、粘聚力模型的建立，包括以下步骤：A、采用双线型牵引分离定理描述牵引力和位移之间的关系；B、采用最大名义应力准则来判断损伤的产生；C、岩石发生损伤时，定义损伤因子描述岩石的损伤程度；D、岩石发生剪切滑移时，采用库伦摩擦定律应用于未接触的失效表面；库伦摩擦定律的计算公式为： 其中，μf为摩擦系数，σn为法向压应力，为摩擦剪应力，为接触面剪应力极限；2全局cohesive单元模型的嵌入和验证：所述全局cohesive单元模型的嵌入，是指在在每两个岩石单元间均插入一个cohesive孔压单元，建立全局嵌入cohesive孔压单元的流固耦合模型，以满足裂纹随机扩展的需要，相邻的cohesive孔压单元应共享一个渗流节点，在插入cohesive孔压单元时，应采用向量的叉乘以保证单元正确的嵌入方向和节点顺序。

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