爆生气体驱动岩石裂缝动态扩展分析

摘要

爆燃产生的气体压力以脉冲荷载形式随裂缝扩展作用于裂缝表面,不仅使裂缝壁岩体产生动态响应,而且爆生气体随裂缝扩展而发生动态变化,进而对岩体的劈裂过程产生耦合影响,这一机理的数值仿真分析尚未见报道。模型中用特殊的裂缝单元模拟裂缝张开和闭合,用Newmark法求解反映接触问题的动态有限元方程,并采用与时间相关的爆生气体压力分布模型,模拟爆生气体驱动下裂缝扩展过程。分析结果指出:①爆生气体在压裂过程中起主要作用,弹性应力波的劈裂作用范围很小;②地应力值越大起裂越晚,且裂缝扩展速度越小;③初始裂缝越长裂缝起裂越早,裂缝扩展速度也越大;④钻井中气体升压越快起裂相对时刻越晚,但对裂缝扩展速度没有明显影响。而裂缝起裂时刻越早以及裂缝扩展速度越快,可以得到更长的裂缝长度。