赵凯凯，姜鹏飞，冯彦军，等. 基于最大周向拉应力准则的水力裂纹起裂特征研究[J]. 采矿与岩层控制工程学报，2021，3(2)：023520.
ZHAO Kaikai，JIANG Pengfei，FENG Yanjun，et al. Investigation of the characteristics of hydraulic fracture initiation by using maximum tangential stress criterion[J]. Journal of Mining and Strata Control Engineering，2021，3(2)：023520.
基于最大周向拉应力准则的水力裂纹起裂特征研究
赵凯凯1,2,3,4，姜鹏飞1,2,3,4，冯彦军1,2,3,4，孙晓冬1,2,3,4，程利兴1,2,3,4，郑建伟1,2,3,4
(1.煤炭科学研究总院 开采研究分院, 北京 100013； 2.煤炭科学研究总院 煤炭资源高效开采与洁净利用国家重点实验室, 北京 100013； 3.中煤科工开采研究院有限公司, 北京 100013； 4.天地科技股份有限公司 开采设计事业部, 北京 100013)
摘 要：为研究水力裂纹起裂特征，优化水力压裂设计及施工，采用最大周向拉应力准则作为水力裂纹的开裂判据，推导裂纹起裂角和临界水压的计算方程。分析起裂角和临界水压与预制裂纹倾角、注入水压、应力差和孔隙压力等的关系。研究结果表明：起裂角随预制裂纹倾角的增加呈先增加后减小的趋势；随着水压增高，裂纹起裂角逐渐减小；起裂角随应力差的增加呈单调递增趋势，随孔隙水压增加呈单调递减趋势。临界水压随裂纹倾角的增加呈单调增加的趋势。整体而言，临界水压随应力差增大而增加；随预制裂纹长度的增加而逐渐降低；随断裂韧度的增加呈单调递增趋势；随孔隙水压增加呈单调递减趋势。理论预测的起裂角及临界水压与水力压裂试验结果较为吻合。研究结论可为水力压裂设计及施工提供借鉴。
关键词：定向水力压裂；水力裂纹；起裂角；临界水压；最大周向拉应力准则
基金项目：国家自然科学基金资助项目(51704160)；天地科技股份有限公司科技创新创业资金专项资助项目(2018-TD-MS027，2019-TD-ZD008)
作者简介：赵凯凯(1993— )，男，安徽淮北人，博士研究生，从事水力压裂与巷道围岩控制等方面的研究工作。E-mail：kaikai_zhao@126.com