我國是能源消費大國，目前超過70%的石油，43%的天然氣都需要從國外進口，這嚴重威脅我國能源安全。同時，我國頁巖氣、煤層氣及致密氣等非常規(guī)資源儲量豐富，但非常規(guī)儲層常具有低孔低滲的特征，需要通過水力壓裂增滲后才能具備工業(yè)產(chǎn)能。另一方面，這些低滲儲層中含有大量的天然裂縫，水力裂縫與天然裂縫相互作用且其縫網(wǎng)形成機理仍尚不明確，含天然裂縫儲層水力壓裂效果評估仍然十分困難。

　　針對這一問題，中國科學院武漢巖土力學研究所楊典森研究員帶領(lǐng)團隊基于擴展有限元數(shù)值方法，提出了考慮壓裂液濾失效應的滲流—應力耦合壓裂模型，解決了擴展有限元交叉裂縫處理難題；針對水力裂縫與天然裂縫相互作用問題，提出了一種基于應力—能量的裂縫穿越判斷準則，實現(xiàn)了水力裂縫穿透/轉(zhuǎn)向/終止/偏移等各種不同相互作用行為的準確模擬?；谔岢龅臐B流—應力耦合水力壓裂模型和裂縫穿越判斷準則，系統(tǒng)研究了天然裂縫的力學與滲透特性、施工參數(shù)及巖石基質(zhì)參數(shù)對含裂縫儲層壓裂效果的影響，揭示了可滲透介質(zhì)中水力裂縫與天然裂縫相互作用機理。 

　　相關(guān)研究成果發(fā)表于Computers and Geotechnics、Rock Mechanics and Rock Engineering及Engineering Fracture Mechanics等主流期刊，研究工作獲得科技部創(chuàng)新領(lǐng)軍人才項目、國家自然科學基金面上項目、中國科學院創(chuàng)新交叉團隊項目的資助。 

　　論文鏈接1：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0266352X1930076X 

　　論文鏈接2：https://link.springer.com/article/10.1007/s00603-020-02054-x 

　　論文鏈接3：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S001379442030758X 

(a)位移場 

(b)滲流場 

圖1 基于擴展有限元的交叉裂縫處理策略

(a)孔壓云圖(單位：Pa) 

(b)位移云圖(單位：m) 

圖2 含交叉裂縫飽和多孔介質(zhì)孔壓與位移云圖 

(a)裂縫開度變化過程(單位：m) 

(b)孔壓云圖(單位：Pa) 

圖3 水力裂縫與天然裂縫相互作用過程 

圖4不同天然裂縫分布密度下的裂縫開度云圖(單位：mm)

（文/圖 施工過程組）