Hydraulic fracturing process in rocks – small-scale simulations with a novel fully coupled DEM/CFD-based thermo-hydro-mechanical approach

Marek Krzaczek; Andrzej Tejchman-Konarzewski

doi:10.1016/j.engfracmech.2023.109424

Hydraulic fracturing process in rocks – small-scale simulations with a novel fully coupled DEM/CFD-based thermo-hydro-mechanical approach

Abstract

W artykule przedstawiono dwuwymiarową (2D) symulację numeryczną szczelinowania hydraulicznego w małej skali przeprowadzoną w próbkach skał posiadających pojedynczą szczelinę wtryskową. Wykorzystano unikalny model termo-hydro-mechaniczny (THM) w skali porów oparty na DEM/CFD do symulacji dwufazowego laminarnego przepływu płynu (wody i gazu) z przenoszeniem ciepła w nienasyconych materiałach porowatych o niskiej porowatości. Korzystając z metody DEM w pełni połączonej z metodą CFD (w oparciu o sieć przepływu płynu składającą się z kanałów w domenie ciągłej pomiędzy dyskretnymi elementami) i przenoszeniem ciepła w mezoskali, przeprowadzono serię obliczeń numerycznych dla małych spoistych próbek ziarnistych o uproszczonej mezostrukturze z jedną szczeliną wtryskową. Przyjęto dwuosiowe ściskanie w warunkach płaskiego stanu odkształcenia. Zarówno płyn (dyfuzja i adwekcja), jak i połączone cząstki skały (przewodnictwo) wzięły udział w wymianie ciepła. Zbadano szczegółowo w procesie szczelinowania hydraulicznego wpływ lepkości dynamicznej płynu, zawartości fazy gazowej i różnicy temperatur pomiędzy matrycą skalną a wtryskiem płynu na inicjację i propagację pęknięcia. Odkryto, że te efekty wszystkie miały ogromne znaczenie na zachowanie si ępojedynczego pęknięcia hydraulicznego.

Citations

8

CrossRef
0

Web of Science
8

Scopus

Authors (2)

Marek Krzaczek prof. dr hab. inż.
Jacek Tejchman prof. dr hab. inż.

Cite as

Full text

download paper

downloaded 38 times

Publication version: Accepted or Published Version
DOI:: Digital Object Identifier (open in new tab) 10.1016/j.engfracmech.2023.109424
License: open in new tab

full content of the article see on external site open in new tab

Keywords

HYDROSZCZELINOWANIE, SKAŁA, DEM, CFD, PRZEPŁYW CIEPŁA, DWUFAZOWY PRZEPŁYW PŁYNU.

Details

Category:

Articles

Type:

artykuły w czasopismach

Published in:

ENGINEERING FRACTURE MECHANICS no. 289,
ISSN: 0013-7944

Language:

English

Publication year:

2023

Bibliographic description:

Krzaczek M., Tejchman-Konarzewski A.: Hydraulic fracturing process in rocks – small-scale simulations with a novel fully coupled DEM/CFD-based thermo-hydro-mechanical approach// ENGINEERING FRACTURE MECHANICS -Vol. 289, (2023), s.109424-

DOI: