Hydraulic fracturing (HF) treatment often involves particle migration and is applied for propping or plugging fractures. Particle migration behaviors, e.g., bridging, packing, and plugging, significantly affect the HF process. Hence, it is crucial to effectively simulate particle migration. In this study, a new numerical approach is developed based on a coupled element partition method (EPM). The EPM is used to model natural and hydraulic fractures, in which a fracture is allowed to propagate across an element, thereby avoiding remeshing in fracture simulations. To characterize the water flow process in a fracture, a fully hydromechanical coupled equation is adopted in the EPM. To model particle transportation in fractures with water flow, each particle is treated as a discrete element. The particles move in the fracture as a result of being dragged by fluid. Their movement, contact, and packing behaviors are simulated using the discrete element method. To reflect the plugging effect, an equivalent aperture approach is proposed. Using this method, the particle migration and its effect on water flow are well simulated. The simulation results show that this method can effectively reproduce particle bridging, plugging, and unblocking in a hydraulic fracture. Furthermore, it is demonstrated that particle plugging significantly affects water flow in a fracture and hence the propagation of hydraulic fracture. This method provides a simple and feasible approach for the simulation of particle migration in a hydraulic fracture.

中文翻译：

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水力压裂裂缝颗粒堵塞的单元划分数值模拟

水力压裂（HF）处理通常涉及颗粒迁移，并用于支撑或堵塞裂缝。颗粒迁移行为（例如桥接，堆积和堵塞）会严重影响HF工艺。因此，有效模拟颗粒迁移至关重要。在这项研究中，基于耦合单元划分方法（EPM）开发了一种新的数值方法。EPM用于模拟自然裂缝和水力裂缝，其中裂缝允许在整个单元中传播，从而避免了裂缝模拟中的重新网格化。为了表征裂缝中的水流过程，EPM中采用了完全水力耦合方程。为了模拟水在裂缝中的颗粒传输，将每个颗粒视为离散元素。由于被流体拖曳，颗粒在裂缝中移动。使用离散元方法模拟了它们的运动，接触和堆积行为。为了反映堵塞效果，提出了一种等效的孔径方法。使用这种方法，可以很好地模拟颗粒迁移及其对水流的影响。仿真结果表明，该方法可以有效地再现水力裂缝中的颗粒桥连，堵塞和疏通。此外，已证明颗粒堵塞显着影响裂缝中的水流，从而影响水力裂缝的传播。该方法为模拟水力压裂中的颗粒迁移提供了一种简单可行的方法。为了反映堵塞效果，提出了一种等效的孔径方法。使用这种方法，可以很好地模拟颗粒迁移及其对水流的影响。仿真结果表明，该方法可以有效地再现水力裂缝中的颗粒桥连，堵塞和疏通。此外，已证明颗粒堵塞显着影响裂缝中的水流，从而影响水力裂缝的传播。该方法为模拟水力压裂中的颗粒迁移提供了一种简单可行的方法。为了反映堵塞效果，提出了一种等效的孔径方法。使用这种方法，可以很好地模拟颗粒迁移及其对水流的影响。仿真结果表明，该方法可以有效地再现水力裂缝中的颗粒桥连，堵塞和疏通。此外，已证明颗粒堵塞显着影响裂缝中的水流，从而影响水力裂缝的传播。该方法为模拟水力压裂中的颗粒迁移提供了一种简单可行的方法。并在水力压裂中畅通无阻。此外，已证明颗粒堵塞显着影响裂缝中的水流，从而影响水力裂缝的传播。该方法为模拟水力压裂中的颗粒迁移提供了一种简单可行的方法。并在水力压裂中畅通无阻。此外，已证明颗粒堵塞显着影响裂缝中的水流，从而影响水力裂缝的传播。该方法为模拟水力压裂中的颗粒迁移提供了一种简单可行的方法。