Um Novo Modelo de Abertura Hidráulica para Fratura Única Rugosa: Insights dos Efeitos da Inércia do Fluido e da Geometria da Fratura

Resumo Estudos anteriores apontaram que a abertura hidráulica (b h) é dependente exclusivamente das características geométricas de uma fratura, independente dos efeitos da inércia do fluido. Aqui apresentamos uma abertura hidráulica inercial (b ih) que considera o efeito da inércia do fluido e o efeito da geometria da fratura por meio de simulações numéricas diretas massivas do fluxo de fluido em fraturas 3D reais e artificiais. Os resultados da simulação indicam que, com um aumento no número de Reynolds (Re), a evolução da razão do volume de vórtices exibe três estágios distintos: estágio estável (Re 10). Esses estágios correspondem à transição dos regimes de fluxo do regime viscoso de Darcy para o regime de inércia fraca, desenvolvendo-se ainda mais para o regime de inércia forte. Dentre eles, Re = 1 pode ser considerado como o ponto crítico para o início do fluxo não-Darcy. Além disso, à medida que Re aumenta, a evolução de b ih exibe quatro estágios influenciados pelos efeitos da inércia do fluido e pela largura do fluxo principal na fratura: estabilidade, ligeiro aumento, ligeira diminuição e rápido aumento. Em seguida, com base em 892 conjuntos de resultados de simulação (Re ≥ 1), a expressão de b ih foi obtida usando Programação de Expressão Genética. Comparado aos quatro modelos empíricos existentes de b h, o presente b ih exibe a maior precisão e os menores erros (R² = 0,994, MAE = 0,008, RMSE = 0,013). Finalmente, o b ih proposto é empregado para modificar a equação de Forchheimer. Este estudo aprimora a compreensão da condutividade hidráulica em fraturas únicas rugosas em 3D.