地应力作用下水力裂缝中支撑剂导流能力的数值模拟研究

邓守春¹，左鸿^1,2，李海波¹，黄正红^1,2，肖诚旭³，曾永庆^1,2，蒋金麟^1,2

1. 中国科学院武汉岩土力学研究所2. 中国科学院大学3. 湖北工业大学

摘 要：目前,对水力裂缝内支撑剂的运移及其导流能力的研究主要通过实验进行,而完全基于数值模拟的研究不多。基于颗粒离散元对水力裂缝中支撑剂数值模拟的结果,通过数字重构方法,得到了水力裂缝内支撑剂堆积结构的数字模型;在重构的数字模型基础上,采用格子玻尔兹曼方法（LBM）,模拟了单相流体在支撑剂孔隙结构内的流动过程,进而得到了不同地应力水平下不同支撑剂的绝对渗透率,且数值计算结果与Kozeny-Carman经验公式吻合。研究结果发现,地应力作用下,裂缝张开度减少,支撑剂颗粒更加密实,可能出现支撑剂嵌入到岩石中的现象;随着地应力的增加,裂缝内支撑剂堆积体的孔隙度减少,比表面积增大,渗透率减少;相同地应力作用下,支撑剂粒径越大,其孔隙度越低,比表面积越小,越易出现支撑剂嵌入现象,渗透率减少越大,但其值一般总大于小粒径支撑剂的渗透率。

关键词：支撑剂;格子玻尔兹曼方法;渗透率;Kozeny-Carman公式;孔隙度;比表面积;