GCTS 水压致裂

钻孔水压致裂法测地应力的探讨作者：秦鹏渊，高玉璞，李明杰来源：《科技创业月刊》 2017年第7期摘要：水压致裂法测量地应力具有测量深度很大的优点，在地质工程中应用广泛，为解决传统水压致裂法的不足，一些学者提出了三维地应力测量理论，采用最小主应力破坏准则进行水压致裂法三维地应力测量，对地质条件比较复杂的地区可以用该方法进行测量，但水压致裂三维地应力测量方法还需改进和完善。

传统的水压致裂法理论和三维地应力测量理论各有优缺点。

关键词：水压致裂法；二维地应力测量；三维地应力测量；最小主应力中图分类号：TE357.1 文献标识码：A doi：10．3969/j．issn．1665－2272．2017．07．0500 引言地应力是引起地下工程破坏和变形的根本作用力，属于存在于地层中的未受工程扰动的天然应力，是分析围岩稳定性，确定工程岩体力学属性，实现决策科学化和岩石工程开挖设计的必要前提条件。

水压致裂法测量地应力的优点是测量很深的深度，测量范围数千米。

近20年在中国、美国、日本、瑞典、德国等国家广泛的应用和发展了水压致裂法测量地应力技术。

但是传统的水压致裂法测量地应力应用范围受到了限制，只能测得钻孔横截面上的二维地应力状态。

20世纪90年代初，国内的长江科学院率先提出的水压致裂法三维地应力测量的原理和方法是在3个不同方向钻孔中进行；90年代末，在上述测量原理和方法的基础上，又在国内首先提出在单钻孔中进行测量的原理和方法。

不过，这种单钻孔三维地应力测量方法在工程上的应用是受到限制的，而原生裂隙和它的倾向、走向的确定比较繁杂，特别是对原生裂隙段的数量多的。

相关学者近期对原生裂隙段重张试验时，发现还有2个应力平衡条件可以利用。

这样单钻孔中进行水压致裂法三维地应力测量的应用范围和可行性在很大范围上课可以应用了，在工程上的应用前景很广泛。

目前，水压致裂法主要向三维地应力测量方向研究和发展。

1 水压致裂二维地应力测量1．1 基本原理水压致裂法于20世纪50年代用来提高石油开采产量的措施，后在实践中由MK·Hubbert等发现了水压致裂裂隙和原岩应力之间的关系，这一发现又被BC·Haimson用于地应力测量。

或许所有的美国人都在受益于“水力压裂法”，尽管半数以上的人可能没有听说过这个名词。

在今时今日，美国各级政府、企业对页岩油产业的发展寄予了厚望。

美国页岩油资源极其丰富，在科罗拉多州、犹他州和怀俄明州，被锁在页岩之中的油存量达上万亿桶以上，而正是凭借“水力压裂法”，以前根本不可能企及的大量页岩油正在被开采。

这种技术方法，在测量时首先取一段基岩裸露的钻孔，用封隔器将上下两端密封起来；然后注入液体，加压直到孔壁破裂，随之记录压力随时间的变化，并用印模器或井下电视观测破裂方位。

根据记录的破裂压力、关泵压力和破裂方位，利用相应的公式算出原地应力的大小和方向。

该方法于20世纪50年代就被科学家在理论上进行论证，60年代加以完善，在分析了压裂液渗入的影响后，开始作出大量野外和室内实验工作。

由于水力压裂法操作简便，且无须水力压裂法知道岩石的弹性参量，而得到广泛应用。

由于页岩油在美国的战略资源地位和自身需求，美国已进行很多水力压裂法地应力测量，德国、日本和中国现在也已相继开展此项工作。

资料显示，目前利用此法已能在5000米深处进行测量。

[1]页岩气开发过程中所采用的水力压裂法要加入化学物质，在每次压裂完成后，要对水进行获取和重新利用。

水力压裂法向来存在争议，但是这种页岩气开采技术在争议中却得到迅速发展。

当越来越多水体污染案例同水力压裂法相关联时，美国众议院能源和商业委员会出手了。

2010年7月19日，能源和商业委员会主席亨利·韦克斯曼联手该机构下属的能源和环境小组组长爱德华·马基联名致信给美国10个主要页岩气开发商，要求它们提交水力压裂法应用全程中涉及到的化学物质细节。

8月6日，限期“交卷”。

这个要求出台的背景是，全球天然气需求旺盛，美国引领页岩气开发技术并努力让页岩气开采遍地开花。

/a4_50_59_01300000955595129844599646376_jpg.html?prd=zhengwenye_ left_neirong_tupian美国宾夕法尼亚州一页岩气开采现场取水处当前，美国页岩气开采的热门地点是纽约州和宾夕法尼亚州，这两个地方也是美国马塞卢斯页岩（Marcellus shale）的集中区域。

水力压裂过程压力分析为解决我国煤层透气性低，瓦斯抽采难度大的问题，水力压裂技术受到越来越广泛的重视。

而压裂施工曲线是在压裂时地面所得到的最全面的、最及时压裂施工情况的真实反应，因此确定裂缝的延伸规律和煤储层的滤失特性，应用压裂施工过程和停泵后，裂缝内的流动方程和连续方程，结合裂缝几何参数计算模型，即可确定裂缝几何参数和压裂液效率等參数。

标签：瓦斯;水力压裂;压力曲线;穿层钻孔随着我国经济快速发展，对煤炭的需求量也迅速增加，煤炭产能与服务年限也大大提升与延长。

然而随着矿井开采深度的增加，地应力增大，煤储层渗透率越来越低，瓦斯抽采越来越困难。

我国煤矿95%以上的高瓦斯矿井与瓦斯突出矿井的煤层透气性极低，透气性系数通常只达到40×（10-3～10-4）m2/（MPa·d）[1]，说明瓦斯抽采难度很大，因此解决好瓦斯抽采的难题，对保障我国矿工安全，维持煤矿行业健康发展都有着重要作用。

目前利用水力压裂技术[2]可以使煤层中的裂隙贯通，增加煤层的透气性，提高抽放效果，能够很好的消除工作面的突出危险性，并且减少了瓦斯向大气中的排放量，保护了环境，抽出的瓦斯又能加以利用，变废为宝，实现双能源开采。

水力压裂技术是提高煤储层透气性、油气井增产、注水井增注的一项重要技术手段，因此广泛应用于采矿工程、油藏工程、测井工程等多门学科，在相关领域取得了显著效果，具有良好的推广应用价值。

水力压裂技术关键在于施工设计，同时要对压裂施工效果做出准确全面的监测。

1 裂缝的几何模型在水力压裂过程中，裂缝的形态主要是由地应力和岩石性质所决定的，水力压裂在长、宽、高三个方向破裂及延伸，流体在也在三个方向上流动。

但由于垂直缝的上下界往往受到顶底板的限制，因此缝高在一个区域内可认为是恒定不变的。

这样就可以把问题简化成在缝长和缝宽的二维破裂。

典型的二维模型有PKN 模型、KGD模型和Radial模型[3]。

（1）PKN模型：当上下围岩的破裂强度明显大于煤层，并且煤层与顶底板岩石交界处连续性强，在交界处没有相对滑动，裂缝高度恒定，为煤层厚度，裂缝横截面呈椭圆形，水平剖面为抛物线形，称之为恒高椭圆截面缝。

水压致裂法测量地应力院系：地科院姓名：陆凯学号：201622000064提交日期：2016年11月27日摘要：水压致裂法在地质工程中广泛于测量地应力。

传统的水压致裂法理论是建立在弹性力学平面应变理论的基础之上的,用于测量地质条件简单的情况下的二维地应力,但是传统水压致裂法的由于存在许多不足,因此再次出现了提出了三维地应力测量理论,采用最小主应力破坏准则进行水压致裂法三维地应力测量,对地质条件比较复杂的地区可以用该方法进行测量,但是还需要进一步的改进。

传统的水压致裂法理论和三维地应力测量理论各有优缺点。

关键词：地应力测量传统水压致裂法三维地应力测量理论最小主应力水压致裂法是测量]3-1[地壳深层岩体地应力状态的一种有效方法,对地应力测量的测试原理基于三个基本假设:(1)地壳岩石是线性均匀、各向同性的弹性体;(2)岩石为多孔介质时,流体在孔隙内的流动符合达西定律;(3)主应力方向中有一个应力方向与钻孔的轴向平行。

向封闭的钻孔内注入高压水,当压力达到最大值P f后,钻孔井壁会发生破裂导致井内压力下降,为维持裂隙保持张开状态,孔内压力最终会达到恒定值,不再注入后,孔内压力迅速下降,裂隙发生愈合,之后压力降低速度变慢,其临界值为瞬时关闭压力P s,完全卸压后再重新注液,得到裂隙的重张压力P r以及瞬时关闭压力P s,最后通过由仪器记录裂缝的方向。

一、传统的水压致裂法传统的水压致裂法]8-4[应力测量理论和方法是建立在弹性力学平面应变理论的基础之上的,它的前提是原地应力场中的两个主应力方向构成一个平面,而第三个主应力是与这两个主应力垂直的。

利用一个铅直井孔进行水压致裂应力测量得到两个水平主应力的大小和方向,而垂向主应力的值是由岩石的密度按静岩压力计算得出。

传统水压致裂法采用最大单轴张应力的破裂准则,没有考虑轴向应力δz和径向应力δs对孔壁四周围岩的约束效应。

切向应力δ0随液压P w不断增大,由压应力转变为张应力状态,再由张应力逐渐增大达到围岩抗拉强度T,井壁四周围岩沿剪切方向产生破裂。

水压致裂法的应用成果水压致裂法测量地应力院系：地科院姓名：陆凯学号：201622000064提交日期：2016年11月27日摘要：水压致裂法在地质工程中广泛于测量地应力。

传统的水压致裂法理论是建立在弹性力学平面应变理论的基础之上的,用于测量地质条件简单的情况下的二维地应力,但是传统水压致裂法的由于存在许多不足,因此再次出现了提出了三维地应力测量理论,采用最小主应力破坏准则进行水压致裂法三维地量,在测量过程中破裂处的井壁围岩,是在张—张—压或张—压—压的三维应力状态下破裂的,并不符合最大单轴张应力破裂准则的应力条件。

实际应用中存在的两大主要问题:(1)在复杂地质构造或在山区峡谷等复杂地貌条件下,钻孔方向一般并非主应力方向,如果不假定主应力方向那么测试结果对实际生产用处不大;(2)传统水压致裂法确定的钻孔横截面上最大和最小的应力值中,最大应力精度差,最小应力精度高,因此测试结果的整体精度达不到要求精度。

一些学者就三维地应力测量解释进行了卓有成效的探讨,在不同方向的3个或3个以上钻孔内,采用完整岩石段的常规压裂实验,来测量三维地应力状态的三孔交汇水压致裂法来解决第一个问题。

二、三维地应力测量理论该理论方法采用最小主应力破坏准则进行水压致裂法三维地应力测量,其理论模型可以客观地反映水压致裂过程中诱发破裂产生的力学机制]9[。

根据线弹性理论,当钻孔内承受液体压力时,孔壁上某一点(钻孔极系坐标系下极角为θ)的最小主应力可以表示为原地应力张量、内水压力和θ的函数。

当原地应力张量和钻孔空间方位为定值时,则孔壁上的最小主应力表现为随极角θ变化的正弦曲线]10[。

在水压致裂应力测试过程中,随着向密闭的试验段持续泵进流体,最小主应力δ随内水压力的增加而不断减小,直至由压应力变为拉张应力。

当钻孔孔壁某一方位角θ处的δ首先达到该处的岩石抗张强度时,则形成诱发破裂,此时的流体压力为P f(即破裂压力),θ记录了破裂方位。

采用最小主应力破坏准则进行水压致裂三维地应力测量时,该方法在理论上是可行的,还可以避免由于采用最小切向应力准则可能带来的误差。

水压致裂法测试地应力简析刘强;洪昀【摘要】高地应力对地下工程危害大,对地应力测量十分必要.文章结合工程实例对现行公路规范推荐的“水压致裂法”地应力测试作简要的分析,具有一定的借鉴意义.【期刊名称】《安徽建筑》【年(卷),期】2016(023)003【总页数】3页(P168-170)【关键词】水压致裂法;地应力;简析【作者】刘强;洪昀【作者单位】安徽省交通规划设计研究总院股份有限公司,安徽合肥230088;安徽省交通规划设计研究总院股份有限公司,安徽合肥230088【正文语种】中文【中图分类】P315.72+7随着国民经济增长，地下工程日益增多，易形成高地应力现象，引起在工程施工过程中易引起岩爆、瓦斯突出、涌水、坍塌、边墙膨胀、底部鼓起出等严重安全问题。

因此地下工程如隧道工程选址时应尽量避开高应力区，选择在地应力变化不大、相对稳定的“安全岛”地段。

此外，通过模拟或计算，可以得知地应力集中、危险部位，拟定合理的施工工序。

因此地应力量测十分必要。

现场测试的岩体应力是自重应力、构造应力、剩余应力、变异应力等构成的综合应力场。

一般测量方法主要有地质调查分析法、应力解除法、应力恢复法和水压致裂法，均有优缺点。

现行的公路工程地质勘察规范推荐采用水压致裂法，现对水压致裂法作简要介绍。

水压致裂法是利用一对可膨胀的橡胶封隔器，在预定的测试深度封隔一段钻孔，然后泵入液压对封隔段施压，根据压裂过程曲线的特征值，可获得破裂压力、瞬时关闭压力、重张压力等压力参数，由破裂缝方向来直接推求平面地应力状态，再通过空间几何关系求得空间应力状态的地应力测试方法。

2.1 测试原理水压致裂法对岩体做如下的假设：——岩体是均匀、各向同性的线弹性体，符合弹性力学的一般假定；——岩体是多孔介质时，流体在孔隙内的流动符合达西定律。

水压致裂法地应力测试的力学原理以弹性平面问题假设，假设一个含有圆孔的无限大平板内作用着两向应力σH、σh（σH＞σh），如图1所示，则在孔周附近产生二次应力状态，如公式（1）～（3）。

收稿日期：2002-10-08基金项目：国家自然科学基金资助项目（50134040）·作者简介：冷雪峰（1972-），男，辽宁鞍山人，东北大学博士研究生；唐春安（1958-），男，湖南黔阳人，东北大学长江学者奖励计划特聘教授，博士生导师·第24卷第3期2003年3月东北大学学报（自然科学版）Journal o f Nort heastern uni versit y （N at ural s cience ）V o l.24，No.3M ar .2003文章编号：1005-3026（2003）03-0288-04非均匀孔隙压力下水压致裂的数值试验冷雪峰，唐春安，李连崇，杨天鸿（东北大学岩石破裂与失稳研究中心，辽宁沈阳110004）摘要：运用数值试验方法研究了非对称分布的孔隙压力梯度下水力压裂裂缝的扩展行为，数值试验再现了孔隙水压作用下岩石微破裂诱致宏观破坏的演化过程·数值试验结果表明，水力压裂裂纹的扩展不仅受到裂纹尖端局部孔隙水压力大小的影响，同时也受控于宏观上孔隙水压梯度分布，在扩展方向上致裂裂纹往往偏向于高孔隙压力的区域，并且其压裂压力随着局部孔隙压力的增大而降低，数值试验研究结果与物理实验结果有较好的一致性·关键词：岩体破裂；数值试验；水力压裂；非对称性；孔隙压；梯度分布中图分类号：TE 357.1+4文献标识码：A 水力压裂技术是改造低渗透储集层，使其达到工业性开采的最经济有效的增产措施之一·近年来，水力压裂工艺在石油和科研工作者的努力下得到了不断的完善和提高［1］，压裂方法已由适应潜层的水平裂缝为主的压裂方法发展到对低渗油藏的改造时期，出现了以增加致裂裂缝数目，并严格控制其裂缝性态为主要特征的新型压裂工艺［2］·受控于岩石介质本身的非均匀性及孔隙结构的复杂分布，使得孔隙水压作用下岩体的破裂过程十分复杂·许多学者已经从理论与实验上研究了孔隙水压力下直线型裂纹的扩展机制，美国学者B runo ［3］即利用实验方法研究了孔隙压力对裂纹扩展路径影响，他在一块岩板上钻了三个呈三角形分布的圆孔，对其中的一个孔注入恒定油压使该孔周边一定范围内的岩石介质得到饱和，之后对另一个孔施加不断增大的油压，同时对第三个孔不加任何干扰，这样岩板在宏观非对称孔隙压力梯度下产生宏观破坏·本文从岩石的细观结构入手，充分考虑岩石力学性质的非均匀性，运用渗流应力耦合细观数值模型，从模型破坏模式、应力场分布、压裂压力和声发射活动特性等方面，更加深入地研究了非对称孔隙压力分布情况下裂纹渐进扩展的力学机制·1数值试验!"!试验原理与方法本文运用基于渗流力学方程和弹性损伤理论而自行开发的RFPA 2D -F loW 系统进行数值试验，RFPA 2D -F loW 系统是在先前RFPA 2D 的基础上［4］，为进行岩石破坏过程渗流与应力耦合分析而开发的·是一个能模拟孔隙水压力作用下岩石介质逐渐破坏过程的数值模拟工具，系统计算中除了用到经典B io t 渗流力学耦合方程外，又用到了自行改进的渗流与应变（孔隙变化率）的耦合方程·1）渗流力学耦合方程分析对渗流中流固耦合问题，B iot ［5］将孔隙流体压力1和水容量!7的变化也增列为状态变量，本构方程是七对状态变量（O i ，E i ）和（1，!7）之间的物理关系，其基本方程［6］三维表达如下·平衡方程为"O i" i+P =0（i ， =1，2，3）·（1）几何方程为E i =12（ i ， + ，i ），E O =E 11+E 22+E 33·（2）本构方程（有效应力原理）为O i =O i -O 1S i =X S i E O +2G E i ，（3）!7=P G -O E O =P R -O ii3~·（4）渗流方程为i 21=1G "1"t -O "E O "t ·（5）式中，1，!7为孔隙水压力和孔隙变化量；~，R（@、O ）为B iot 常数；8为K ro ecker 常数；K i j 为渗透系数；O 为耦合系数；G ，>为剪切模量和拉梅系数；6i j ，6/i j ，E i j 为总应力、有效应力和总应变；O 为孔隙水压力系数；E i j =6i j ／3~·对于饱和土，B io t 做了简化假设：渗流过程中瞬时压缩应变与最后压缩应变相比，是可以忽略的，这意味着稳定流过程中，随着孔隙水消散流动趋于稳定，@非常大，作为理想化处理，取@= ·当孔隙变化量!n 引起的流量变化时，渗透系数K 是孔隙变化量!n 的函数，这样又要增加一个状态变量，为了保证方程封闭，由式（5）增加以下一个耦合方程：K i j （6，1）=K 0e !n =K 0e P R 13~6i （）j =K 0e- 6ii／3-O P（）~·（6）式中，6ii =61+6Z +63·该方程即为本文提出的渗流与应变（孔隙变化率）的耦合方程·通过岩石室内应力应变-渗透率全过程试验可知［6"8］，加载岩石试件荷载超过峰值强度后，在岩石破裂过程中，渗透率伴随细观结构的变化，发生突跳性增大，可通过引入突跳系数 这一概念，描述岩石破裂过程渗透率的突跳增大·Z ）RFPA Z D -F loW 系统分析过程RFPA Z D -F loW 系统的分析过程包括渗流分析+应力分析+破坏分析+耦合分析·渗流分析与应力分析采用有限元法进行·求渗流模型的解得到每一计算步水头分布和水荷载，依据有效应力原理完成每一计算步在外载荷或环境因素作用下（加载、开挖、水荷载和位移边界条件的改变等）的力学响应·渐进破坏分析是根据修正后的库仑（C oulom b ）准则（包含拉伸截断T e sio cut-o ff ）来检查材料中是否有单元破坏，对破坏单元则采用刚度特性软化（分离处理）和刚度重建（接触处理，单元再次发挥传递相邻单元应力的作用）的办法进行处理·耦合分析指通过单元渗透率与应力之间的耦合计算求解单元的渗透系数，并对连通的破坏单元在满足应力-渗透系数关系方程的基础上进行渗透系数突变和水压力传递处理·重复上述渗流分析、应力分析、破坏分析各过程，进行耦合迭代循环，直到满足迭代误差为止，之后进行下一步骤的计算·RFPA Z D -F loW 系统认为岩石的非均匀性对其应力应变关系和强度有很大影响［9］·一般认为声发射是由于晶体的位错运动、滑移、弹性和塑性变形、裂纹的萌生和扩展及摩擦作用而引起的·所以单元的破坏量与岩石的声发射之间存在着正比关系［10］·基于这种思想，在数值计算中，用破坏单元数目来表征声发射次数；用单元的损伤应变能释放来表示声发射的能量释放·上述分析可以解决裂纹萌生及非规则路径扩展过程中渗透率增大及其水压力跟踪传递问题以及裂纹闭合后渗透率降低问题·这样，就可以用数值计算方法，研究岩石破坏过程孔隙水压力与总应力相互作用的复杂机制及其声发射规律·1.2数值模型数值模型如图1所示，几何尺寸15c m >15c m ，划分为Z00>Z00个单元，采用平面应变模型，1，Z ，3号孔半径均为0.4c m ，模型边界自由，1号孔初始水压力为1M Pa ，并有水压力增量0.05M Pa ／步，Z 号孔中保持恒定水压力0.8M Pa ，3号孔水压力为0·图1数值试验模型图F i g .1Nu me ri ca l t es ti n g mode l i n non-uni f o r m P o r e P r essur e fi e l ds （a ）—W e i bull 分布后的弹模图；（b ）—水头等值线分布图·参考物理实验［4］，Z 号孔附近经过油的饱和，孔隙水压力较大，所以在本文的数值试验中Z 号98Z 第3期冷雪峰等：非均匀孔隙压力下水压致裂的数值试验孔附近的孔隙压力系数设置为0.6，并且有0.8 M pa的恒定水压力，3号孔中没有水压力，这样整个试件在宏观上形成了一个非对称的孔隙压力场·在1号孔中不断增大的水压力驱动下，将试件水力压裂·模型具体力学参数如表1所示·表1数值模型的力学参数Tabl e1Mechani cs P ar ame t e r s f o r nu me ri ca l moda l力学参数参数值载荷控制方式均质度!2.8耦合参数!0.02弹性模量均值"／M pa10000加载方式应力加载摩擦角／30孔隙水压力／M pa1.0抗压强度均值#／M pa80应力-渗透率耦合方程负指数方程渗透系数!／d0.1破坏后孔隙水压力系数1.0泊松比"0.25破裂后渗透率系数!20孔隙水压力系数#0.1破裂后残余强度百分比0.1围压值／M pa0连通单元破裂后的#12数值试验结果及分析2.1水力压裂过程图2显示了水压作用下岩石微破裂诱致宏观破坏的演化过程，本文的数值模型中，水压力可以沿裂纹传递进去，所以1号孔的内壁及引导裂纹尖端在初始水压的作用下就产生了明显的应力集中，随着水压力的增大，其应力积累越来越明显，在沿孔边几个单元距离内形成一个环状压力增高带，图2中所示为最小主应力分布图·但并无破坏单元出现·当孔中压力加载到第46步时（水压达到3.3M pa），在引导裂纹尖端，产生了零散分布的微破裂·致裂裂纹开始在引导裂纹尖端形成，可以看到裂纹尖端的应力集中非常明显·与实际工程压裂相似的是：致裂裂纹一旦起裂，在少量增加水压的情况下裂纹即开始扩展，当水压力加载到47步时，裂纹进入失稳破坏阶段，但具有重要意义的结果是新萌生的裂纹并不是沿着引导裂纹垂直向下扩展，而是逐步的向2号孔偏移·同时在1号孔的上部，基本与引导裂纹对称的位置上，又萌生了第二条裂纹（这与单孔水力压裂的实验现象基本是一致的），最后试件产生了一条大的宏观裂纹，完全失稳破裂，但裂纹并没有与2号孔连通·同时从试件破坏模式上可以看到，破裂面粗糙，裂纹扩展路径不规则，并伴有分叉行为·图2数值试验中裂纹扩展过程中的最小主应力分布图（图中明暗程度代表应力大小）F i g.2D i s tri buti on o f m i ni mu m P ri nc i P l e s tr ess duri n g P r o g r ess i ve f a i l ur e P r ocess o f nu me ri ca l moda l（a）—S te p1-1，$m in =-6.01M pa；（b）—S te p46-17，$m in=-6.48M pa；（c）—S te p47-20，$m in=-12.9M pa·2.2结果分析共作了四次数值试验（试验结果如图3所示），试验中使2号孔中保持不同的恒定水压力，其结果都是裂纹自引导裂纹起裂后逐步向2号孔偏移，2号孔中的恒定水压力越大，裂纹的偏移扩展趋势越强，这与实验［4］现象基本一致·该结果表明1、2号孔所形成的非对称孔隙压力场对致裂裂纹的走向起到了绝对的控制作用·由于裂纹扩展的自组织行为，为了减小扩展所需要的能量，裂纹往往使自己平行于最大压应力方向扩展，当2号孔中保持有恒定水压力时，它与1号孔的水压共同作用就使得应力场容易在1、2号孔连线的方向上产生最大压应力，这样就造成了致裂裂纹的偏向扩展·092东北大学学报（自然科学版）第24卷图32号孔中不同的水压力下试件破坏的剪应力分布图F i 9.3D i s tri buti on o f shear s tr ess w i t h d i ff e r ent h y dr aul i c P r essur e i n bo r e 2（a ）—P 2=0.6M P a ；（b ）—P 2=0.8M P a ；（c ）—P 2=1.1M P a ；（d ）—P 2=1.5M P a ·3结语（1）本文通过数值试验对非对称孔隙水压力场下水力压裂裂纹的扩展机制进行了研究，通过对数值模型破坏模式、声发射特性及压裂压力的分析，表明水力压裂裂纹的扩展主要为最小主应力引起的拉伸破坏·（2）裂纹的扩展不仅受到裂纹尖端局部孔隙水压力大小的影响，同时也受到宏观上孔隙水压梯度分布的影响，在扩展方向上致裂裂纹往往偏向于高孔隙压力的区域扩展·（3）在工程实际中，可以利用多孔非对称水力压裂技术更好的控制压裂裂纹的扩展方向·参考文献：［1］杜伊芳·国外水力压裂工艺技术现状和发展［J ］·西安石油学院学报，1994，9（2）：26-30·（D u Y F.T he p resent status and deve lo p i n g tendenc y o f h y -draulic fracturi n g techno lo gy abroad ［J ］.Journal o f X i ’anP etro I nst ，1994，9（2）：26-30.）［2］赵阳升·矿山岩石流体力学［M ］·北京：煤炭工业出版社，1994.125-147·（Zhao Y S.R ock f l uid m 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.com ）Abstract ：B y us i n g nu m ericall y testi n g m et hod ，h y dro fracturi n g i n an iso tro p ic p ore p ressure fie lds w as stud ied.T he s i m ulated results i nd icate t he m acrosco p ic f ailure evo lution p rocess i nduced b y m icrosco p ic fracture under p ore p ressure ，wh ich a g rees w e ll w it h t he ex p eri m ental results.lt is f ound t hat t he fracture is i nfluenced b y bo t h p ore p ressure m a g n itudes on a local scale around t he crack ti p and b y t he orientation and d istri bution o f p ore p ressure g rad ients on a g lobal scale.T he fractures al w a y s p ro p a g ate tow ards t he re g ions o f h i g her local p ore p ressure and fracture p ressure decreases w it h t he i ncreas i n g o f local p ore p ressure.T he research m a y be a pp lied to contro l t he h y draulic fracture orientation i n t he fie ld.K e y words ：nu m erical test ；h y dro fracturi n g ；an iso tro p ic ；p ore p ressure ；g rad ient d istri bution ；f ailure p rocess （R eceiOed O ctober 8，2002）192第3期冷雪峰等：非均匀孔隙压力下水压致裂的数值试验非均匀孔隙压力下水压致裂的数值试验作者：冷雪峰， 唐春安， 李连崇， 杨天鸿作者单位：东北大学岩石破裂与失稳研究中心,辽宁沈阳,110004刊名：东北大学学报(自然科学版)英文刊名：JOURNAL OF NORTHEASTERN UNIVERSITY(NATURAL SCIENCE)年，卷(期)：2003,24(3)被引用次数：5次1.Bruno M S Pore pressure influence on tensile fracture propagation in sedimentary rock 1991(04)2.赵阳升矿山岩石流体力学 19943.杜伊芳国外水力压裂工艺技术现状和发展[期刊论文]-西安石油学院学报(自然科学版) 1994(02)4.Tang C A;Kaiser P K Numerical simulation of cumulative damage and seismic energy release in unstable failure of brittle rock Part Ⅰ: Fundamentals[外文期刊] 1998(02)5.Tang C A Influence of heterogeneity on crack propagation modes in brittle rock[期刊论文]-Chinese Journal of Geophysics 2000(01)6.周创兵;熊文林双场耦合条件下裂隙岩体的渗透张量 1996(12)7.韩宝平;冯启言全应力应变过程中碳酸盐岩渗透性研究[期刊论文]-工程地质学报 2000(01)8.盛金昌裂隙岩体渗流应力耦合研究综述 1998(02)9.Biot M A Gernaral theory of three-dimensional consolidation 1941(01)10.Tang C A Numerical simulation of progressive rock failure and associated seismicity 1997(02)1.郭保华单孔岩样水压致裂的数值分析[期刊论文]-岩土力学 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