Averaging-based approach to toughness homogenisation for radial hydraulic fracture
断裂韧性的均匀化被认为是在一个传播的水力压裂的上下文中。利用径向（硬币形状）模型，以纳入随时间推移的粘度-韧性制度转变的影响。基于时间平均的均化策略进行了研究。这种方法结合了瞬时断裂速度，这意味着它应该保持有效的情况下，逐步裂纹前进。该方法的有效性被证明为周期性的韧性分布，包括那些不平衡的，利用一个高度精确的求解器。
2022-11-06 physics.geo-ph
A Numerical Study of Thermal-Hydraulic-Mechanical (THM) Simulation with the Application of Thermal Recovery in Fractured Shale Gas Reservoirs
本文首次提出了一个具有完全耦合的热-水-力（THM）特性的页岩气在裂缝系统中流动的通用多物理模型。研究了天然气吸附、天然气物性、天然气在纳米尺度孔隙中的流动以及地质力学效应对天然气总流动能力的影响。我们还表明，通过提高页岩温度，气体吸附行为的特征可以大大改变。
2017-11-02 physics.geo-ph
Impact of the tangential traction for radial hydraulic fracture
本研究在径向水力压裂模型中纳入切向牵引力，更新了断裂准则与渐近分析，并通过高效自适应求解器定量评估其对解的影响。
2022-09-30 physics.geo-ph
Hydraulic Fracture Propagation in Naturally Fractured Reservoirs: Complex Fracture or Fracture Networks
了解天然裂缝性储层中流体驱动水力压裂的行为对于地热能和非常规储层的开发至关重要。本研究提出了一个完全耦合的数值模型来研究水力传播在天然裂缝性油藏，随着现场观测的全面讨论。结果表明，与我们通常的看法相反，“复杂裂缝”而不是“裂缝网络”是这些天然裂缝性储层的常态
2019-09-30 physics.flu-dyn physics.geo-ph
Modeling the impact of thermal stresses induced by wellbore cooldown on the breakdown pressure and geometry of a hydraulic fracture
本研究通过耦合数值模型模拟井筒冷却产生的热应力，发现冷却可降低破裂压力、促进横向起裂，对水力压裂起裂和早期扩展有重要影响。
2024-03-20 physics.geo-ph
A phase-field model for hydraulic fracture nucleation and propagation in porous media
Lawrence Livermore National Laboratory（劳伦斯利弗莫尔国家实验室）；Duke University（杜克大学）
针对现有相场法无法准确捕捉水力裂缝起裂的问题，本研究提出一种纳入材料强度的新型相场模型，经二维算例验证可准确模拟裂缝起裂与扩展，且适用于三维实际场景。
2023-04-25 physics.geo-ph
Enhancing Understanding of Hydraulic Fracture Tip Advancement through Inversion of Low-Frequency Distributed Acoustic Sensing Data
针对水力裂缝尖端扩展过程难以表征的问题，提出一种利用LF-DAS数据的迭代反演方法，通过三维位移不连续法和共轭梯度法建模优化，在合成案例与HFTS2现场案例中准确估计了裂缝参数并揭示了间歇性扩展行为。
2023-05-22 physics.geo-ph
Peculiarities of hydraulic fracture propagation in media with heterogeneous toughness: the energy balance, elastic battery and fluid backflow
本文研究非均匀韧性介质中水力裂缝扩展，发现固体层充当弹性电池促进快速扩展，并揭示高韧性材料中流体回流现象及其与韧性分布的关系。
2025-02-25 physics.geo-ph
Hydraulic Fracturing of Poorly Consolidated Reservoir During Waterflooding
本文描述了一个KGD型模型的水力裂缝注入流体在弱，差固结岩石。该模型是基于一个关键的假设，即水力裂缝是在一个域内传播的水力场是准静态的。通过进一步假设一个可以忽略的韧性，断裂显示为时间的平方根增长。在小的和大的时间的渐近裂缝传播制度的构造和瞬态解计算通过求解一个非线性系统的代数方程组制定的裂缝孔径。在早期，裂缝是水力不可见的，并且注入压力随着时间$t$增加为$\log t$，而在后期，从钻孔的泄漏可以忽略不计，并且注入压力随着$t^{-1/4}$降低。根据该模型，在弱的、不牢固的岩石中注入流体时观察到的峰值注入压力不应被解释为指示地层的破裂，而应被解释为标记两个渐近流动状态之间的过渡。立法之间的过渡的小和大的时间渐近制度的时间尺度被证明是一个强烈的非线性函数的无量纲注入速率。
2021-05-28 physics.geo-ph
Analysis of a constant height hydraulic fracture
本研究分析恒定高度水力裂缝，考虑牛顿流体、断裂韧性和滤失，通过尖端与有限裂缝分析，构建近似解并验证，确定极限解适用区域以量化主导参数。
2021-10-25 physics.geo-ph
The Energy Balance of a Hydraulic Fracture at Depth
本文基于线性水力压裂模型，从能量平衡角度解释裂缝扩展机制转变，并通过数值算例与工业尺度案例量化各功率项演化及数量级。
2024-07-08 physics.flu-dyn physics.geo-ph
Hydraulic Fracture
我们考虑一个变化的格里菲斯的分析破裂，一个模拟水力压裂的过程中，流体被迫进入裂缝提高流体压力，直到裂缝开始增长。与Griffith的分析不同，在该分析中，流体压力随着水力压裂的增长而下降。我们发现，裂缝的生长取决于流体和裂缝的柔度的比率，这里称为$α_0$的无量纲参数。启动水力压裂所需的压力被发现是相同的格里菲斯推导。一旦裂缝开始，对于模型参数$α_0$（$α_0 \leq 0.2$）的相对低的值，裂缝自发地前进到取决于$α_0$的值的新半径。对于$α_0 \leq 0.2$，在自发生长停止后，需要进一步注入流体以增加裂缝半径。对于其中$α_0 > 0.2$的情况，裂缝生长的每个增量需要注入更多的流体。对于$α_0 = 0$的极端情况，我们的结果与Griffith的结果相同，即，裂缝一旦开始就无限增长。
2022-11-08 physics.geo-ph
Universal asymptotic umbrella for hydraulic fracture modeling
本文提出了水力裂缝有效建模所需的通用渐近解。我们证明了在忽略滞后的情况下，对于近前开口存在普适的渐近方程。看来，除了流体和岩石的力学性质，渐近打开仅取决于局部速度的裂缝扩展。这意味着，一方面，整体问题是不适定的，当试图解决它作为一个边值问题下的固定位置的前。另一方面，当使用得当，普遍渐近大大有利于解决水力压裂问题（分析和数值）。我们推导出简单的通用渐近性和评论他们的就业高效的水力压裂数值模拟，特别是，通过完善的水平集和快速行军方法。
2014-04-16 physics.flu-dyn physics.geo-ph
On the influence of fluid rheology on hydraulic fracture
本文分析了非牛顿剪切稀化流体驱动水力压裂的问题。流体粘度由四参数截断幂律模型描述。通过改变流变模型的参数，我们调查的空间和时间演化的裂缝内的流体流动和由此产生的裂缝的几何形状。对潜在的物理现象进行了详细的定量和定性分析。结果表明，流体的流变性不仅通过粘度值，而且通过流体剪切速率的范围内的粘度发生变化的水力压裂过程中显着的影响。
2020-11-17 physics.flu-dyn physics.geo-ph
Spring-Slider and Finite Element Modeling of Microseismic Events and Fault Slip during Hydraulic Fracturing
水力压裂通过打开裂缝和触发天然裂缝和断层上的滑动来增加储层渗透率。虽然小断层或断层斑块的地震滑动可以作为微震事件检测到，但对地震滑动的作用了解甚少。从建模的角度来看，使用库仑准则的地质力学分析可以确定断层是否滑动，但不能确定滑动是地震还是地震。在这里，我们提出了一个计算方法来预测断层滑动，无论是地震或地震滑动，使用速率和状态摩擦。为了避免与解决小故障相关的计算成本，我们使用弹簧滑块理想化，将故障视为点。断层之间的相互作用被忽略。该方法适用于研究断层滑动的水力裂缝，过去的故障增长，而不相交it. We表示的水力裂缝应力使用的渐近展开的应力周围的尖端的拉伸裂纹。我们研究了断层长度，方向和距离水力裂缝的影响。对于刚度小于临界刚度的速度弱化断层，滑动是地震性的，而刚度大于临界刚度的断层滑动是抗震性的。此外，我们比较了弹簧滑块理想化的有限元分析，解决了空间可变的滑移。弹簧滑块理想化提供了相当准确的预测的时刻，甚至时刻率的历史，特别是对于故障的刚度接近或大于临界刚度。差异出现在破裂传播很重要的大故障，虽然差异可能仍然可以忽略不计的许多应用。
2020-02-19 physics.geo-ph
Phase field modeling of hydraulic fracture propagation in transversely isotropic poroelastic media
本文提出了一种相场模型用于描述横向各向同性多孔弹性介质中的水力裂缝扩展，通过引入各向异性本构关系、断裂韧性张量及压力相关项建立控制方程，并经有限元法实现与多组二维、三维数值算例验证了其有效性。
2023-07-12 physics.geo-ph
Notes on Hydraulic Fracture Mechanics
这些注释说明了水力裂缝（HF）扩展的机理。在第一部分中，我们专注于不同的物理机制（流体和固体中的耗散，裂缝中的流体储存及其与渗透性岩石的交换，裂缝弹性）如何在裂缝尖端附近表现出来，并导致一个“动物园”的裂缝扩展机制，对应于取决于材料参数和裂缝扩展速度的主导机制的不同耦合。在第二部分中，我们说明了如何不同的近端制度规定的传播有限裂缝的简单几何形状（例如二维平面应变，或三维径向裂纹）的裂纹中心的流体注入驱动。这些笔记不是对这个主题的研究的回顾，在过去的20年左右，这个主题已经引起了巨大的兴趣（关于回顾，请参见，例如，Detournay [2016]）;而是试图以简单且符合逻辑的方式介绍HF的力学和物理学，从断裂尖端到有限断裂扩展。
2022-09-24 physics.flu-dyn physics.geo-ph
Blade-shaped (PKN) Hydraulic Fracture Driven By A Turbulent Fluid In An Impermeable Rock
在石油和天然气工业中，高流速水驱动水力压裂比以往任何时候都更常见。虽然裂缝很小，但水的高注入速率和低粘度导致裂缝中的高雷诺数和潜在湍流。在这里，我们提出了一个半解析解的叶片形（PKN）几何水力压裂驱动的湍流流体在零流体泄漏到地层的限制。我们使用Gaukler-Manning-Strickler参数化来模拟PKN裂缝中的湍流，该参数化将水的流速与沿着裂缝的压力梯度联系起来。在这个关系中的关键参数是达西-韦斯巴赫摩擦系数的粗糙度的裂纹壁。耦合这种湍流参数化与质量守恒允许我们写一个非线性偏微分方程的裂纹宽度作为空间和时间的函数。通过相似性分析，我们得到了一个半解析解使用正交多项式级数。将裂缝尖端附近的渐近行为嵌入到多项式级数中，我们发现非常快速的收敛：用级数的两个项得到适当精确的解。这种封闭形式的解决方案有利于层流和湍流水力压裂的结果和参数之间的清晰比较。特别是，它解决了一个众所周知的问题，即校准模型的数据难以同时匹配的水力压裂长度和井筒压力。
2016-09-05 physics.flu-dyn physics.geo-ph
Key parameters affecting the performance of fractured geothermal reservoirs: a sensitivity analysis by thermo-hydraulic-mechanical simulation
离散裂缝储层具有支持和维持长期地热能提取操作的能力。注入冷水以从裂缝储层提取热水的过程导致岩石基质中的热应力和孔隙弹性应力。因此，这些热-水-机械（THM）机制支配增强型地热系统（EGS）操作的效率。然而，THM机制受各种岩石和流体参数以及模型设置的初始和边界条件的影响。在本文中，我们已经确定和分析了22个这样的参数。由于所涉及的参数数量庞大，因此难以准确估计各个参数的相对重要性。为了解决这个问题，我们已经进行了广泛的敏感性分析的地平线2020项目的目的，多学科和多接触演示EGS勘探和开采技术和潜力（H2020 MEET）使用的实验方法的设计，并确定了影响模拟的三个关键结果的关键参数：热突破时间，质量通量和整体能量回收。我们发现，对于一个给定的离散裂缝网络，裂缝孔径，岩石基质渗透率，和井筒半径是最有影响力的参数控制的热突破时间，质量通量，和整体能量回收。
2021-07-05 physics.geo-ph
Time-lapse reconstruction of the fracture front from diffracted waves arrivals in laboratory hydraulic fracture experiments
利用32个声源/ 32个接收器组成的四维声波成像系统对250 mm立方体试件在真三轴应力状态下的水力压裂裂缝扩展过程进行了监测。我们提出了一种方法的基础上的衍射波的到来重建裂缝的几何形状（和流体前锋时，从裂缝的前端不同）。使用贝叶斯模型选择，我们排名不同的可能的裂缝几何形状（径向，椭圆形，倾斜或不）和估计模型误差。成像每4秒重复一次，并提供这些低速裂缝生长的定量测量。我们测试所提出的方法在两个不同的岩石（大理石和辉长岩）的实验条件下进行的实验特性分别流体滞后粘度（大理石）和韧性（辉长岩）为主的水力压裂传播制度。在这两个实验中，大约150到200个源-接收器组合表现出清晰的衍射波到达。反演的结果表明，当裂缝感觉到试样边界时，径向几何形状朝着实验结束略微演变成椭圆形。所有模型的估计建模误差为波到达拾取误差的量级。后验估计表明，对于给定的采集序列，骨折前缘位置的不确定性为毫米量级。从衍射波重建的裂缝演化被证明是一致的$90^{\circ}$入射透射波穿过生长裂缝的分析。
2020-03-29 physics.flu-dyn physics.geo-ph
Three-dimensional buoyant hydraulic fracture growth: constant release from a point source
在深度处扩展的水力裂缝经受由流体和固体之间的密度差引起的浮力。本文关注的是从最初的径向过渡到一个细长的浮力增长的分析-一个关键的主题，了解在上地壳垂直水力压裂的程度。使用完全耦合的数值模拟和缩放参数，我们表明，一个单一的无量纲数支配浮力水力裂缝的增长：无量纲粘度的径向水力裂缝时，浮力成为一阶。它量化了当径向水力裂缝的生长仍然处于由粘性流耗散主导的状态或已经处于裂缝能量耗散主导的状态时，是否发生向浮力的过渡。一个家庭的裂缝形状出现在较晚的时间，从手指状（韧性政权），倒细长棍棒状（粘性政权）。3D韧性为主的浮力裂缝呈现指状形状，具有恒定体积韧性为主的头部和具有恒定均匀水平宽度的粘性尾部：在浮力开始之后没有进一步的水平生长。然而，如果在粘度占主导地位的制度，同时发生的浮力过渡，垂直和水平的增长继续匹配缩放参数。一旦断裂韧性不严格为零，当无量纲水平韧性变为一阶时，水平增长停止。水平宽度遵循预测的比例。
2022-09-02 physics.flu-dyn physics.geo-ph
Branching of Hydraulic Cracks in Gas or Oil Shale with Closed Natural Fractures: How to Master Permeability
虽然水力压裂技术，又名水力压裂（或压裂，压裂），已成为高度发达和极其成功的，一个一致的公式的相关断裂力学，不会与一些观察是不可用的。在这里尝试。经典断裂力学以及当前的商业软件预测垂直裂缝在不从水平井套管的穿孔分支的情况下扩展，水平井套管的穿孔通常间隔10 m或更大。然而，为了解释井口处的气体生产率，裂缝间距必须仅为约0.1 m，这将使页岩块的总气体渗透率增加约10，000 $\times$。这种渗透性的增加通常归因于预先存在的正交天然裂缝系统，其间距约为0.1 m。但它们的平均年龄约为1亿年，最近的一项分析表明，这些裂缝必须在不到100万年的时间内被页岩的二次蠕变完全封闭。在这里，它被认为是在页岩中产生天然裂缝的构造事件也必须创建具有纳米或微米开裂损伤的薄弱层。数值模拟表明，沿软弱层的渗透率大大增强，横向Biot系数大大增加，一定会导致压裂产生横向分支和水力裂缝沿软弱层的开放，即使这些裂缝最初几乎关闭。有限元裂纹带模型，最近开发的各向异性球柱面微平面本构关系的基础上，证明了这些发现。
2018-12-06 physics.geo-ph
Energy Release Rate in hydraulic fracture: can we neglect an impact of the hydraulically induced shear stress?
Aberystwyth University（阿伯里斯特威斯大学）；Università di Trento（特伦托大学）
本文提出一种新型液压断裂模型，考虑了裂缝面的液压诱导剪应力，通过弹性算子和改进的断裂传播条件，提高了对液压断裂物理机制的描述精度，并通过数值模拟验证了其可靠性与效率。
2016-12-10 cs.NA math.NA physics.geo-ph
On a 2D hydro-mechanical lattice approach for modelling hydraulic fracture
提出了一种描述水力劈裂的二维格点方法。流体压力和机械响应的相互作用由Biot理论描述。将格构模型应用于厚壁圆筒的分析，导出了弹性响应的解析解。用格点模型得到的数值结果与解析解吻合得很好。在此基础上，将耦合格点法应用于厚壁圆筒的断裂分析。结果表明，所提出的晶格方法提供的结果是独立的网格尺寸。此外，观察到一个强大的几何尺寸效应的名义强度之间的解析推导的下限和上限。这种尺寸效应随着Biot系数的增大而减小。
2014-12-01 cond-mat.mtrl-sci physics.geo-ph
On modeling hydraulic fracture in proper variables: stiffness, accuracy, sensitivity
考虑了水力裂缝扩展问题，采用了最近提出的修正公式，考虑了质点速度、适当的开度、适当的空间坐标和$\varepsilon$正则化。我们表明，制定可能会显着提高效率的数值追踪裂缝的传播。它的优点是通过重新访问Nordgren问题说明。结果表明，修改后的配方有利于（i）可能性有各种刚度的微分方程空间离散化后，（ii）获得高精度和稳定的数值计算结果与适度的计算工作，和（iii）灵敏度分析。阐述了广泛的数值例子说明。
2012-03-26 math.AP math.DS physics.geo-ph
Pressure Responses of a Vertically Hydraulic Fractured Well in a Reservoir with Fractal Structure
得到了非均质油藏中垂直水力压裂井压力动态的解析解。利用分形几何的概念对储层的非均质性进行了模拟。这种储层称为分形储层。根据分数阶微积分理论，应用时间分数阶导数来反映分形储层的记忆特性。通过各种合成实例，充分研究了不同参数对计算井筒压力的影响。
2015-02-13 physics.flu-dyn physics.geo-ph
Local Stress Redistribution Controls Interactions between Hydraulic Fractures and Pre-existing Fractures
Civil and Environmental Engineering, University of Utah（犹他大学土木与环境工程系）；Department of Civil and Urban Engineering, New York University（纽约大学城市与土木工程系）
通过实验和模拟，研究了天然裂缝诱导的应力重分布如何控制水力裂缝的轨迹，揭示了剪切变形对裂缝吸引或排斥的作用机制。
2026-06-11 cs.CE physics.geo-ph
Numerical simulation of hydraulic fracturing: a hybrid FEM based algorithm
本文研究了水力压裂裂缝的数值模拟问题。提出了一种求解水力劈裂平面应变模型的有效算法。该算法利用基于有限元的子程序来计算断裂材料的变形。在润滑理论的框架下，建立了广义牛顿流体在裂缝中的流动模型。这样，计算方案的体系结构相对简单，使人们能够处理断裂材料性质和结构以及流体的各种流变模型的高级情况。特别是，孔隙弹性，塑性和断裂材料的空间变化特性的问题可以分析。该算法的准确性和效率进行了验证，对分析基准解决方案。该算法的能力证明了在复杂的地质环境中的水力压裂传播的例子。
2022-04-25 cs.CE math-ph math.MP
Conditioning of stochastic 3-D fracture networks to hydrological and geophysical data
裂缝的几何形状和连通性对裂缝网络的流动和输运性质有很大的影响。我们提出了一种新的方法来随机生成三维离散网络的连接断裂的水文和地球物理数据的条件。一个分层拒绝抽样算法是用来绘制实现后验概率密度函数在不同的条件水平。该方法适用于一个良好的研究花岗岩地层内的两个钻孔位于相距6米的数据。先前的模型包括27个裂缝，其几何形状（位置和方向）由来自单孔探地雷达（GPR）的盐水示踪剂测试和光学电视记录期间获得的数据的信息所限定。11个跨孔水力连接在相邻的钻孔中的裂缝之间的顺序，其中示踪剂到达不同的裂缝被用于调节。此外，网络的条件所观察到的相对水力重要性的不同的水力连接，通过数值模拟的流量响应。在所考虑的条件数据中，相对流量贡献的约束在确定网络实现之间的可变性方面是最有效的。然而，我们发现后验模型空间是由强加的先验界强有力地决定的。强先验界来自探地雷达测量，并有助于使该方法在计算上可行。我们分析了一组230后的实现，再现所有数据，假设在所有骨折相同的均匀transmittance的不确定性。后验模型提供了有价值的统计数据的长度尺度和密度的连接骨折，以及他们的连接。
2017-01-07 physics.geo-ph
Energy-Efficient Fracturing Based on Stress-Coupled Perforation
针对水力压裂极端限流射孔的高能耗与排放问题，提出应力耦合射孔技术，建立裂缝扩展数学模型并优化射孔参数，实现多裂缝扩展模拟，能耗降低37%，已在樊页1井成功应用。
2023-08-28 physics.geo-ph
Propagation of a plane-strain hydraulic fracture accounting for a rough cohesive zone
岩石的准脆性性质挑战了线性水力断裂力学（LHFM）的基本假设：线弹性断裂力学和光滑平行板润滑流体流动。我们放松这些假设，并调查的增长的平面应变水力压裂在一个粗糙的粘性区和流体滞后的不渗透介质占。除了无量纲的韧性和时间尺度的合并的流体和断裂前的LHFM的情况下，现在的解决方案还取决于在原位内聚应力比和强度的流动偏差引起的孔径粗糙度。该解决方案是适当的描述成核时间尺度，它描绘成成核阶段，中间阶段和后期的时间阶段，收敛到LHFM预测最终发生的裂缝生长。当流体前沿进入粗糙内聚区时，发生高度非线性的流体-机械耦合，粗糙内聚区本身在成核和中间阶段期间演变。这种耦合导致显著的附加粘性流耗散。因此，裂缝演化偏离LHFM解决方案，具有更短的裂缝长度，更大的宽度和净压力。随着滞后区和内聚区分数都变小，这些偏差最终在后期减小。较大的无量纲韧性和原位内聚应力比的偏差增加，因为这两个进一步本地化附近的流体前位于粗糙的内聚区的粘性耗散。收敛到LHFM可以发生在很晚的时候，在现实的价值观，在原位，以凝聚力的应力比遇到的深度。一个粗糙的粘性区的影响似乎是突出的实验室实验和短期的准脆性岩石中的原位注射，最终有更大的能量需求相比，LHFM预测。
2020-11-24 physics.flu-dyn physics.geo-ph
On the hydraulic fracturing in naturally-layered porous media using the phase field method
本研究构建相场框架研究天然层状多孔介质水力压裂，耦合比奥孔隙弹性理论与相场法，通过交错方案求解，揭示了不同层状构型和界面倾角下的三种裂缝扩展形态规律。
2023-07-12 cs.NA math.NA physics.geo-ph
HyFrac.fun: A 3D Hydraulic Fracturing Simulator on Cloud
College of Civil Engineering, Tongji University（同济大学土木工程学院）；School of Software, Shandong University（山东大学软件学院）；Center of Excellence in Applied Mechanics and Structures, Department of Civil Engineering, Faculty of Engineering, Chulalongkorn University（朱拉隆功大学工程学院土木工程系应用力学与结构卓越中心）；GreenTech Nexus: Research Center for Sustainable Construction Innovation, Faculty of Engineering, Chulalongkorn University（朱拉隆功大学工程学院绿色科技纽带可持续建筑创新研究中心）
本文提出HyFrac.fun，一种基于云的三维压裂模拟器，通过利用SGBEM-FEM governing operator系统之间的结构同构性，实现了压裂传播和生产求解器之间的无缝集成，揭示了应力影现象对长周期生产效率的影响。
2026-06-04 cs.CE physics.geo-ph
Robust Hydraulic Fracture Monitoring (HFM) of Multiple Time Overlapping Events Using a Generalized Discrete Radon Transform
在这项工作中，我们提出了一种新的算法，通过开发的稀疏性所观察到的地震信号时，在一个由时空传播的基础上，水力压裂监测（HFM）的多事件定位。我们提供了明确的建设这些传播波传播，这取决于非线性的问题参数的前向模型-未知的源位置和断裂机制，时间和事件的程度，以及接收器的位置。在相当一般的假设和适当的离散化这些参数，我们首先建立一个过完备的字典广义Radon传播，并假设数据是很好地表示为这些传播的线性叠加。利用这种结构，我们提出了稀疏惩罚算法和工作流程的时间重叠多个震波迹象从单井数据的超分辨率提取。
2013-05-09 cs.IT math.IT physics.geo-ph
On the layer crossing problem for a semi-infinite hydraulic fracture
本文研究半无限水力裂缝穿越应力层问题，提出三种应力修正尖端渐近解方法，并引入应力松弛因子以提高粗糙网格下层间穿越计算精度，用于水力压裂模拟的前沿追踪。
2023-05-22 cs.CE cs.NA math.NA
Fracture network characterization with deep generative model based stochastic inversion
裂隙网络的分布对于表征流场和溶质运移行为至关重要，特别是对于强化地热系统，因为裂隙提供优先流动路径。然而，估计的裂缝网络的参数和量化其不确定性的基础上观察数据是一个不平凡的任务，因为裂缝模型的反演建模是强非线性和非高斯分布。为了解决这个问题，提出了一种新的反演建模框架的裂缝网络的估计。在这项工作中采用的层次参数化方法。对于少量的大裂缝，每条裂缝的特征在于裂缝长度、方位角和裂缝中心的协调性。对于密集的小裂缝，裂缝密度和分形维数被用来表征裂缝网络。采用变分自动编码器和生成对抗网络（VAE-GAN），将GAN目标与先验约束信息融合，获取复杂裂隙网络的参数分布，满足裂隙场的先验知识，从而将高维复杂参数分布映射为低维连续参数场。然后，依托贝叶斯框架，采用集成平滑的基础上收集的数据从水力层析成像，以减少裂缝分布的不确定性。两个不同复杂度的数值例子被用来测试所提出的框架的性能。结果表明，该算法在提供足够的先验约束信息和水头测量值的情况下，能够有效地估计裂隙场的分布。
2023-02-07 physics.geo-ph
A computationally efficient approach to modeling contact problems and fracture closure using superposition method
表征裂缝闭合行为、表面粗糙度和裂缝顺应性在许多地球科学中是至关重要的，例如断裂带研究、地下CO2封存、核废料储存库和地热能开发。在这项研究中，我们提出了一个计算效率高的方法来模拟裂缝闭合的表面粗糙，这可以用来量化和模拟地下裂缝的机械，水力和运输性能
2017-12-25 physics.geo-ph
A continuous fracture front tracking algorithm with multi layer tip elements (MuLTipEl) for a plane strain hydraulic fracture
针对层状地层中的平面应变水力裂缝，提出一种基于固定网格的连续裂缝前沿追踪算法，通过虚拟尖端应力精确定位前沿，并处理多层薄层，数值示例验证了其准确性。
2021-04-22 cs.CE cs.NA math.NA
Methods for Large Scale Hydraulic Fracture Monitoring
在本文中，我们提出了计算效率和鲁棒性的方法来估计矩张量和位置的微震波迹象（s）的大搜索量。我们的贡献是双重的。首先，我们提出了一种新的联合复杂性的措施，即核规范的总和，同时施加稀疏的裂缝（位置）的数量在一个大的空间体积，也捕捉到的秩1性质的诱导波场图案。该波场模式被建模为源特征与来自震源的跨接收器的振幅模式的外积。因此，在每个位置处的估计的波场图案的秩-1因式分解可以用于使用阵列几何形状的知识来估计地震矩张量。与现有的工作相比，这种方法允许我们放弃任何其他假设的源签名。其次，我们利用最近提出的一阶增量投影算法的快速和有效的实施所产生的优化问题，并开发一个混合随机和确定性算法，从而导致显着的计算节省。
2013-09-09 cs.CE physics.geo-ph
THERMAID - A matlab package for thermo-hydraulic modeling and fracture stability analysis in fractured reservoirs
University of Neuchâtel（纳沙泰尔大学）
本文介绍了THERMAID工具包，用于模拟破碎岩层中流体、热传输和裂缝稳定性耦合过程，通过数值验证和简化地质力学模型评估诱发地震风险。
2018-06-28 cs.NA math.NA physics.comp-ph
Patching Hele-Shaw cells to investigate the flow at low Reynolds number in fracture networks
这项研究发现了一种新的计算有效的方法模拟低雷诺数下通过裂缝网络的流动。通过连接Hele-Shaw单元进行数值分析，研究了给定进出口压力值时，交叉口对压力场和水力阻力的影响。分析了裂缝相交长度、相交角度和裂缝开度对流体流动的影响。为此，建立了两种不同拓扑结构的模型。Hele-Shaw模拟结果的水力阻力、压力和速度与通过求解完整的纳维-斯托克斯方程（NSE）获得的结果吻合良好。结果表明，交叉口长度与水力阻力近似呈线性关系。具体地，交叉长度的增加增加了流速，结果，沿着交叉长度的压力降低。与NSE相比，与采用Hele-Shaw近似相关的误差小于2%。所有研究均在1 - 10的雷诺数范围内进行。
2020-08-03 physics.flu-dyn physics.geo-ph
Post-injection normal closure of fractures as a mechanism for induced seismicity
University of Bergen（卑尔根大学）；Christian Michelsen Research（克里斯蒂安·米凯尔森研究所）
研究通过数值模拟验证裂隙正常闭合对注人后地震潜力的影响，探讨其在增强地热系统中的作用机制。
2017-05-23 cs.NA math.NA physics.geo-ph
Interaction between Injection Points during Hydraulic Fracturing
本文提出了一种非均质多孔弹性介质水力劈裂模型。形式主义是一个有效的连续介质模型，捕捉流体压力和断裂岩石基质的耦合动力学和模型的拉伸和剪切破坏的岩石。作为应用的形式主义，我们研究的地质力学应力之间的相互作用在水力压裂（水力压裂）的两个注入点，以及这种相互作用如何影响的压裂过程。对于小于临界相关长度分离的注入点，我们发现每个点周围的压裂过程与相邻点的位置强烈相关。相关长度的大小取决于岩石的非均匀性程度，对于低渗透率的岩石，相关长度为30-45 m。在强相关的制度，我们预测一种新的有效的吸引力，吸引裂缝对邻近的注入点。
2012-05-29 cond-mat.mtrl-sci physics.flu-dyn physics.geo-ph
Fault slip in hydraulic stimulation of geothermal reservoirs: governing mechanisms and process-structure interaction
对低渗透基底和结晶火成岩中的地热储层进行水力刺激可以通过现有裂缝的再活化和剪切扩张来提高渗透率。该过程的特征是流体流动、变形和地层裂缝结构之间的相互作用。流动受到裂缝网络的高度影响，裂缝网络又由于流体注入引起的流体力学应力变化而变形。这种过程-结构相互作用对水力刺激的结果是决定性的，并且在管理机制的分析中，基于物理的建模具有补充现场和实验数据的潜力。在这里，我们展示了最近开发的模拟技术是一个有价值的工具，了解流体力学耦合过程和断层的活化和变形的管理机制。该方法充分耦合流动断层和基质与多孔弹性矩阵变形和接触力学模型的断层，包括膨胀，因为滑动。关键因素是高纵横比的故障和强非线性的高度耦合的控制方程。使用我们的开源软件进行的示例模拟说明了直接和间接的水力断层活化和相应的渗透率提高。虽然概念上很简单，但这些例子说明了强的流体力学耦合和基于物理的数值模型在研究动态方面的前景。
2020-12-05 physics.comp-ph physics.geo-ph
Rheology-controlled hydraulic selection in fracture-matrix heat transport: Mechanisms and thermal signatures
University of Bologna（博洛尼亚大学）；Stanford University（斯坦福大学）；Univ Rennes, CNRS, Géosciences Rennes, UMR 6118（雷恩大学、法国国家科学研究中心、雷恩地球科学实验室）
本研究以热锋等为诊断指标，采用随机半解析通道模型，揭示非牛顿流体流变对裂缝-基质热输运中水力选择的影响，区分了流变控制与基质控制热输运的参考极限。
2026-10-01 physics.flu-dyn physics.geo-ph
A semi-infinite hydraulic fracture propagating in a poroelastic medium
École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL)（洛桑联邦理工学院）；Dalhousie University（达尔豪斯大学）
针对 poroelastic 介质中半无限水力裂缝扩展的近 tip 流固耦合问题，采用线性 poroelastic 理论、LEFM 及润滑理论建立模型，分析不同参数下的解演化规律，明确四种 poroelastic 效应主导的特征区域。
2026-10-14 cond-mat.mtrl-sci physics.flu-dyn physics.geo-ph
Ice viscosity governs hydraulic fracture that causes rapid drainage of supraglacial lakes
本文建立耦合弹性、黏弹性、裂隙扩展与裂缝融化/再冻结的热-水-力双尺度模型，揭示冰的黏性变形而非热效应主导冰面湖快速排水。
2024-09-09 cs.CE physics.ao-ph physics.geo-ph
An implicit level set algorithm for hydraulic fracturing with a stress-layer asymptote
本文扩展了隐式水平集算法（ILSA），引入应力修正渐近线与应力松弛因子以考虑多层应力影响，使水力压裂裂缝前缘追踪在粗糙网格上仍保持高精度。
2023-05-23 cs.CE cs.NA math.NA
Dynamics of fluid-driven fractures in the viscous-dominated regime
该研究通过实验探究粘性主导区流体驱动裂缝的动力学，测得注入及停泵阶段裂缝半径的时间标度规律，验证了理论预测，明确了材料韧性决定的最终平衡状态，为岩石水力裂缝扩展研究提供参考。
2024-07-15 physics.flu-dyn physics.geo-ph
Complexity penalized hydraulic fracture localization and moment tensor estimation under limited model information
在本文中，我们提出了一种新的技术微震定位使用组稀疏惩罚，是强大的震源机制，只需要一个速度模型的地层，而不是一个完整的格林函数模型的地球的响应。在这种技术中，我们构造一组完美的delta检测器响应，阵列中的每个检测器一个，在给定位置的震波迹象，并在整个阵列中施加组稀疏。该方法不依赖于矩张量，充分利用了入射地震信号的时间紧性。此外，本文还提出了在地震台阵几何条件有限的情况下，对矩张量和格林函数的反演进行改进的方法。特别是，我们证明了吉洪诺夫正则化和截断SVD可以提高恢复的矩张量和噪声是强大的。我们评估我们的算法的合成数据和目前的误差范围估计的矩张量以及本地化。此外，我们讨论了估计的矩张量精度作为一个函数的阵列的几何形状和故障的方向。
2013-05-09 cs.IT math.IT physics.geo-ph
Particle velocity based universal algorithm for numerical simulation of hydraulic fractures
Aberystwyth University（阿伯里斯特威斯大学）；EnginSoft TRENTO（恩吉诺软件 Trento）
本文提出了一种基于粒子速度的通用算法，通过统一框架解决多种液压裂缝模型，利用速度方程和正则化技术提高计算效率与准确性。
2015-04-22 cs.NA math.NA physics.flu-dyn
Crack opening calculation in phase-field modeling of fluid-filled fracture: A robust and efficient strain-based method
提出一种无需额外算法或参数的基于应变的裂纹张开度计算方法，通过将位移跳跃转化为连续应变并代入力平衡方程，实现了稳健高效的流体填充相场断裂模拟。
2024-11-17 cs.NA math.NA physics.geo-ph
Modeling of fracture geometry alteration and fracture flow evolution under geostress and water-rock interaction
建立了水岩作用和地应力作用下裂隙岩体几何形状变化的力学-水化学耦合模型。包括WRI、微凸体变形、矿物化学溶解和压力溶解等过程，都被考虑在内。该模型的一个特点在于它的近似线性化的非线性压力溶解过程，这使得该模型与现有的数值溶质运移模型兼容。实例研究表明，尽管WRI通常只侵入岩石表面的一薄层，但这一薄层的机械弱化往往会导致岩石表面变形的显著增加。因此，分布的流场、矿物溶解率和表面蚀变增量等，都受到影响。这表明，当考虑裂隙流相关问题时，我们应该关注岩石表面的顶部薄层而不是基质。结果还表明，流体流动促进了岩石的溶解和流动通道的发育;然而，在应力引起高压溶解但流体流动缓慢的地方，矿物沉淀并填充裂缝空隙。这表明水力条件对裂缝流道的发育和裂缝几何形态的演化起着关键作用。
2019-04-11 physics.geo-ph
Why Fracking Works and How to Optimize It
尽管水力压裂（也称为水力压裂）已经取得了惊人的进步，并且许多方面现在都已经很好地理解，但页岩中水力产生的裂缝系统的拓扑结构，几何形状和演变仍然是一个谜。专家们的意见分歧很大，断裂力学家一定想知道为什么水力压裂法有效。个别受压裂纹的断裂力学最近已被阐明，但相互作用的水力裂纹的稳定性的重要问题却没有引起注意。这方面的进展可能会优化水力压裂和减少环境足迹。本文首先着重讨论了冷却或收缩裂纹系统局部化失稳临界状态的经典解，并指出这些解可以推广到水力裂纹系统。结果表明，如果能使沿裂纹的压力分布均匀，且在裂纹前端有一个陡峭的压力降，则可以避免局部化失稳。为了实现这种轮廓，泵送速率（针对泄漏速率校正）不能太高。随后，数值解表明，一个理想化的系统的圆形等距垂直裂纹从水平钻孔传播的行为类似。据指出，一个重要的作用，支撑剂，以及酸，促进创建碎片在新的裂缝，是他们部分地帮助限制裂缝闭合，从而本地化。基于天然气页岩的极低渗透性，必须设想一种分层的逐渐细化的裂缝系统，其中最细的裂缝具有亚厘米范围内的间距。总的结论是，使压裂工作的是抑制或减轻裂纹系统的局部不稳定性，这需要实现均匀的压力分布沿裂纹。
2014-07-06 physics.geo-ph
