为研究水中高压电脉冲作用下页岩多条预制裂纹同步扩展应力干扰作用对裂纹扩展影响,通过裂纹扩展轨迹、扩展长度、平均宽度、偏转角度和裂纹间等效应力分布的变化规律,综合考虑裂纹夹角、裂纹数量、水平地应力差等因素对裂纹起裂、扩展的影响。采用真三轴高压脉冲水力压裂试验平台进行实验室压裂试验和扩展有限元法(extended finite element method, XFEM)数值模拟计算,利用PCAS(pore and cracks analysis system)裂隙分析软件分析裂纹几何形态特征。结果表明:水中高压电脉冲作用下,预制裂纹可沿径向及轴向起裂、扩展;径向双裂纹间夹角越大,缝间干扰作用越弱,裂纹扩展曲折程度越好,扩展效果越好;等夹角径向三裂纹扩展,中间裂纹受应力干扰、受抑制作用最大,不等夹角径向三裂纹扩展,远离中间裂纹的右侧裂纹受干扰最小,扩展效果最好;随着水平地应力差增加,裂纹间应力干扰作用增强,裂纹扩展效果逐渐减弱。研究成果可为分析水中高压电脉冲作用下页岩多预制裂纹扩展过程和规律提供一定的参考。
为了研究水中高压电脉冲荷载作用下页岩应力分布和裂纹扩展长度、偏转角度的变化规律,采用应力叠加原理从理论角度探究了水中高压电脉冲作用下的页岩原生和诱导应力场分布规律,结合水中高压电脉冲致裂系统开展了三轴压力作用下的水中高压脉冲破岩及预制裂纹扩展试验,从宏观角度探究了不同预制裂纹长度(10、20 mm)和角度(60°、90°、120°)对裂纹扩展的影响规律;并利用数值模拟软件ABAQUS的扩展有限元模块(Extended Finite Element Method,XFEM)开展了水中高压脉冲破岩及预制裂纹扩展数值模拟计算,进一步从细观角度研究了不同预制裂纹长度和角度对裂纹扩展的影响规律。研究结果表明:在水中高压电脉冲荷载作用下,井筒周边易发生张拉破坏,裂纹在原生地应力场及诱导应力场的共同作用下易出现竞争、偏转等现象;预制裂纹间夹角越大、长度越长,则裂纹的总偏转角度越大、延展长度越长、缝间干扰作用越弱;预制裂纹尖端、裂纹偏转处应力集中现象明显,预制裂纹之间的应力场集中分布于夹角之间区域,并且随着预制裂纹夹角的增大,集中应力区域范围逐渐减小,应力值随之减小,裂纹扩展偏转角度逐渐减小,裂纹间相互干扰程度越来越小。
