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Mechanistic study on the effect of seepage force on hydraulic fracture initiation

水力压裂 岩土工程 断裂(地质) 地质学 结构工程 材料科学 法律工程学 工程类
作者
Haiyang Wang,Desheng Zhou
出处
期刊:Fatigue & Fracture of Engineering Materials & Structures [Wiley]
卷期号:47 (5): 1602-1619 被引量:6
标识
DOI:10.1111/ffe.14269
摘要

Abstract The flow of fracturing fluid through rock pores generates a seepage force (SF) that disrupts the existing stress equilibrium and significantly affects rock deformation and failure. Despite its impact, the effect of SF on hydraulic fracture (HF) initiation has yet to be fully understood. In this study, a mechanistic model of SF's impact on fracture initiation was established through analysis of the force balance on a microscopic element. Using the finite difference method, a transient hydro‐mechanical model was developed to simulate fluid seepage‐induced stress distribution and pore pressure variation around a wellbore. Model results were validated through comparison with an analytical solution of pore pressure. The influence of SF on fracture initiation was investigated by conducting simulations with various wellbore pressurization rates and fracturing fluid viscosities. The results showed that fluid viscosity and pressurization rate have a significant impact on fracture initiation pressure (FIP) and SF‐induced circumferential stress. A larger SF‐induced circumferential stress and a lower FIP were observed when the viscosity and pressurization rate were smaller. A higher Biot coefficient results in stronger SF and reduced FIP. The theoretical mechanical model of seepage force established in this paper can provide crucial theoretical support for understanding the mechanism of fracture initiation and propagation, as well as for optimizing the effectiveness of hydraulic fracturing construction.

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