Though a number of formulations have been proposed for phase--field models for hydraulic fracture, the definition of the degraded poroelastic strain energy varies from one model to another. This study explores previously proposed forms of the poroelastic strain energy with diffused fracture and assesses their ability to recover the explicit fracture opening aperture. We then propose a new form of degraded poroelastic strain energy derived from micromechanical analyses. Unlike the previously proposed models, our poroelastic strain energy degradation depends not only on the phase--field variable (damage) but also on the type of strain energy decomposition. Comparisons against closed form solutions suggest that our proposed model can recover crack opening displacement more accurately irrespective of Biot's coefficient or the pore--pressure distribution. We then verify our model against the plane strain hydraulic fracture propagation, known as the KGD fracture, in the toughness dominated regime. Finally, we demonstrate the model's ability to handle complex hydraulic fracture interactions with a pre--existing natural fracture.


翻译:关于水力压裂变分相场模型中孔隙弹性应变能降解的研究 Translated abstract: 本研究探讨了先前提出的扩散裂纹的孔隙弹性应变能的形式,并评估了它们恢复显式裂缝张开位移的能力。随后,我们提出了一种基于微观力学分析得出的新型孔隙弹性应变能降解形式。与先前的模型不同的是,我们的孔隙弹性应变能降解不仅取决于相场变量(损伤),还取决于应变能分解的类型。我们的模型可以更准确地恢复裂纹张开位移,而不受Biot系数或孔压分布的影响。我们还通过在韧度优势区域中进行平面应变水力压裂传播(KGD裂纹)验证了我们的模型。最后,我们展示了该模型处理与预存在自然裂缝的复杂水力压裂交互作用的能力。

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