A fractal approach for surface roughness analysis of laboratory hydraulic fracture

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中文题名实验室水力压裂裂缝表面粗糙度的分形分析方法
作者Xi Zhang
作者单位CSIRO Energy, Melbourne, VIC, 3168, Australia
刊名Journal of Natural Gas Science and Engineering
2021
85
摘要
岩石经水力压裂处理后产生的裂缝表面通常较为粗糙。为了将裂缝形变与流体流动进行关联,须准确地对裂缝表面粗糙度进行表征。本文用一种实用的分形方法来分析实验产生的水力压裂裂缝表面粗糙度,该方法可以用于建模应用。水力压裂实验采用近均质的粉砂岩立方体样品,在真三轴单元中进行,裂缝呈现出较好的径向分布特征。为了评价粗糙度,将每个表面分解为考虑不同长度尺度的大规模断裂波纹度和局部表面粗糙度。除了波纹度,粗糙度幅度与长度尺度呈幂律关系,显示出分形特征。与指数为0.5的理想脆性材料不同,粗糙度指数在0.1的狭窄范围内变化,但均超过0.5。水力裂缝表面的分形维数为1.4,与粗糙度指数匹配度较好。粗糙度指数的增加可能表明裂缝扩展以及流体和支撑剂沿裂缝运移的难度增加。因此,水力裂缝表面特征对裂缝发育及压裂效果评价至关重要。

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