颗粒介质中聚合物注入引发裂缝的CFD-DEM模拟

我们数值研究了非牛顿聚合物溶液在颗粒材料中引发裂缝的机制和条件。采用计算流体动力学和离散元方法的耦合方法对多孔介质中的流体流动进行建模。基于幂律模型计算聚合物溶液的流动行为和作用在颗粒上的拖曳力。通过将结果与实验室实验进行比较，确认了数值模型的充分性。数值结果与实验数据一致，在包含流体流速、流变学、峰值压力和围压的无量纲参数中呈现相似趋势。结果表明，流体流速、流变学和固体材料特性强烈影响裂缝引发行为。注入更粘稠的瓜尔胶基溶液会导致由颗粒位移引起的更宽裂缝。较不粘稠的XG基溶液产生更线性的裂缝，主要由渗透主导。两种流体之间的峰值压力比在刚性材料中高于较软材料。最后，考虑流体和固体材料特性的无量纲参数$1/\Pi_1$和$\tau_2$是确定剪切稀化流体引发裂缝的良好指标。我们的数值结果表明，裂缝引发发生在$1/\Pi_1 > 0.06$和$\tau_2 > 2\cdot 10^{-7}$时。