Numerical approach to influence of pore pressure magnitude and gradient on fracture propagation in brittle heterogeneous rocks

Abstract: A series of numerical tests of hydraulic fracturing in heterogeneous rocks were performed to investigate the influence of pore pressure magnitude and gradient on initiation and propagation of tensile fractures. The numerical tests were run with a Rock Failure Process Analysis code, F-RFPA2D, incorporated with a Flow-Stress-Damage coupling model (FSD). To investigate the influence of pore pressure magnitude on fracture behaviour, “pinch-off” breaking tests, originally employed by Bridgeman to investigate the effective stress law for tensile fracture in a uniform pore pressure field, were numerically modelled. In another numerical test, a double-notched sample, with fluid pressure in one notch while keeping the other one open to the atmosphere, is numerically extended to investigate how the fluid flow direction or the pore pressure gradient will influence the fracture behaviour. The simulation results show that fracture is strongly influenced by both pore pressure magnitude and pore pressure gradient. Keywords: seepage mechanics; heterogeneous; pore pressure; numerical simulation; failure process ZUSAMMENFASSUNG: Um den Einfluss der Wasserdruckgroesse der Oeffnung und der Porisitaet auf den Bruchentstanden und Verbreiten der Tension von Gebirgen zu beurteilen, wurde viele nummerische Pruefungen auf den hydraulischen Bruch in dem Gebirgen aufgenommen. Diese Pruefungen wurden mittels der Analyse- Software F-RFPA2D und Flow-stress-Damage Coupling model ( FSD) durchgefuehrt. Um den Einfluess der Wasserdruckgroesse der Oeffnung auf den Bruch zu beurteilen, wurden auch Bruchpruefung und nummerische Analogexperimenten gemacht, und dadurch wurde die ganze Phase der Bruchentstanden und Verbreiten wiedergezeigt, und die Ergebnissen ergeben sich, dass die Wasserdruckgroesse der Oeffnung und der Porisitaet sehr viel auf den Bruchentstanden und Verbreiten der Tension von Gebirgen beeinfluessen. Schluesselwoerter: Durchlaessigkeit , ungeleichmaessig, Wasserdruck der Oeffnung, nummerische Analog, Zerstoerungspahse Résumé : Une série de simulations numériques a été ménée pour analyser l’influence de la grandeur de la pression de pore et du gradient sur la naissance et la propagation des fractures de tensions par le biais de la simulation numérique des fractures hydroliques dans des rochers hétérogènes . Le logiciel F-RFPA (Rock Failure Process Analysis code ) intégrant FSD ( Flow-Stress-Damage coupling model ) y a été employé. Les résultats des simultations montrent tout le processus de la naissance et de la propagation des fractures sous la pression de pore. Ces résultats nous ont permis de constater que la grandeur de la pression de pore et le gradient exercent une influence importante sur la naissance des fractures dans les rochers et sur leur mode de propagation . Mots de clé : le mécanisme de transfusion ; l’hétéogénéité ; la pression de pore ; la simultation numérique ; le processus destructif