The problem of a plane strain hydraulic fracture propagating in a layered formation is considered. Fracture toughness, in-situ stress, and leak-off coefficient are assumed to vary by layer, while the elastic properties are kept constant throughout the domain for simplicity. The purpose of this study is to develop a numerical algorithm based on a fixed mesh approach, which is capable to solve the above problem accurately using elements which can even be larger than the layer size. In order to do this, the concept of fictitious tip stress is first introduced for determining the fracture front location. In this technique, an additional stress is applied to the tip element with the purpose to suppress opening and to mimic width corresponding to the actual fracture front location. A theoretical basis for this concept has been established and it is further calibrated for piece-wise constant elements. Once the ability to track the crack front location is developed, the effect of layers is included by vary properties as a function of front location. Several numerical examples benchmarking the numerical solution, as well as highlighting capabilities of the algorithm to tackle multiple thin layers accurately are presented.


翻译:考虑在层层构造中传播平面菌株液压断裂的问题。 假设断裂强度、 现场压力和漏泄系数随层而变化, 而弹性特性在整个域内保持不变, 以简单化为目的。 本研究的目的是根据固定网状方法开发一个基于固定网状方法的数字算法, 这个方法能够精确地解决上述问题, 使用甚至大于层大小的元素。 为了做到这一点, 先引入假的尖锐应力概念, 以确定断裂前方位置。 在此技术中, 对尖端元素施以额外压力, 目的是抑制开口和模拟与实际断裂前方位置相对应的宽度。 这个概念的理论基础已经建立, 并且进一步校准了小块不变的常数元素 。 一旦开发了跟踪前方位置的能力, 将层的效果作为前方位置的函数, 包含不同的特性。 有几个数字示例用于确定数字解决方案的基准, 以及突出算法处理多细层的能力 。

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