水力压裂想增效？注入速率藏着关键密码！北京建筑大学李晓照副教授等近日在GeoStorage期刊2026年第一期发表题为“Analytical Assessment for Effective Activation Microcracks in Hydraulic Fracturing Influenced by Injection Rate of Compressive Brittle Rocks” （水力压裂注液速率对脆性岩石内部细观裂纹有效激活率的评价方法）的论文，通过构建宏-细观断裂模型揭秘：高注入速率抑制细观裂纹激活却抬升峰值压力；精准预测参数效应，可为油气/矿山压裂优化提供硬核支撑！快来点击看速率玄机！

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全文网址：https://gs.yandypress.com/index.php/3080-8812/article/view/125/140

引用格式：Li XZ, Li HF, Zhang ZX, et al. 2026. Analytical Assessment for Effective Activation Microcracks in Hydraulic Fracturing Influenced by Injection Rate of Compressive Brittle Rocks. GeoStorage, 2(1), 14-26. https://doi.org/10.46690/gs.2026.01.02.

一、研究背景

水力压裂就像给地下储层做“微创手术”，通过高压注入液体，在岩层中制造裂缝网络，改变岩石结构。该技术广泛用于油气开采、地应力测量、环境修复和地热开发等领域。因其成本低、操作简便且能高效形成导流裂缝，已成为油气增产的核心技术，显著提升了页岩气、致密油等非常规能源的开发水平。

注入速率是决定水力压裂效果的关键参数。但其宏-细观联动机制阐释不足，尤其缺乏对细观裂纹激活、扩展与宏观压裂响应的定量关联，难以支撑复杂应力状态下压裂参数的精准调控。因此，聚焦水力压裂中注入速率对压裂效率与岩石力学性质的影响机制，揭示三轴压缩条件下脆性岩石中注入速率与细观裂纹诱导水力压裂的相互作用规律，对于水力压裂技术发展具有重要意义。

二、核心内容

突破上述局限，建立了一种宏-细观断裂力学模型（图1），实现注入速率效应的定量预测。模型核心整合三大要素：一是将细观裂纹应力强度因子与压应力状态、水压关联，量化细观裂纹尖端受力；二是构建断裂韧度函数，纳入单裂纹注入速率与压力的影响，反映裂纹抗扩展能力；三是提出水力细观裂纹渗透率参数，建立外部注入速率与单个裂纹流速的动态关联，表征初始细观裂纹的有效激活比例。模型可系统推演不同注入速率下压裂压力演化与翼裂纹扩展长度，实现细观激活与宏观响应的跨尺度耦合。

图1 a)岩石试样水力压裂的实验图；b) 水力压裂下压缩岩石内部活化细观裂纹扩展等效模型；c)岩石中单条裂纹的力学原理示意图

经实证验证，该宏-细观断裂力学框架在不同注入速率下均表现出稳健性。核心发现揭示注入速率的双重效应：一方面，外部注入速率增加会抑制初始细观裂纹的水力激活数量（图2、3），强化初始条件优、延伸阻力小的“优势裂纹”优先扩展，压裂液向少数“路径畅”裂纹集中，优势裂纹扩展抑制相邻裂纹，竞争加剧致次要裂纹受抑，但同时提升水力峰值压力（需克服更高围压与裂纹摩擦）；另一方面，水力起裂与峰值压力随应力差（见图4）、初始裂纹长度及密度增大而减小（应力环境更易促裂），而更高注入速率、围压及初始裂纹角（与应力场夹角，见图1、5）则导致峰值压力升高（需更大能量驱动裂纹扩展）。这些规律为优化压裂参数（如速率-围压匹配）提供了理论依据，助力提升脆性岩石压裂效率与安全性。

图2 外部注入流速Q对水力压裂强度Ppeak及细观裂纹渗透率kq的影响

图3 细观裂纹渗透系数kq与水力压裂强度Ppeak及水力压力裂纹启裂应力Pci的关系

图4 应力差σ1-σ3对水力压裂强度Ppeak的影响

图5 岩石内部初始裂纹角度φ对水力压裂强度Ppeak的影响

本研究通过宏-细观断裂力学模型揭示了注入速率调控细观裂纹激活与宏观压裂响应的机制，为压裂参数优化提供了理论支撑。

展望：未来可拓展至多场耦合（温度-渗流-应力）复杂条件，结合智能算法实现参数自适应调控，并在深部矿山、页岩气等场景中验证模型普适性，进一步提升工程应用价值。

三、作者简介

第一作者：李晓照，北京建筑大学土木与交通工程学院副教授，从事深地岩石宏-细观断裂力学与工程研究。主编中、英学术专著2部，发表论文70余篇（第一作者SCI/EI 40余篇）。主持及参与国家基金等项目10余项，获中国岩石力学与工程学会自然科学奖一等奖、陕西省优秀博士论文奖。兼任中国岩石力学与工程学会工程安全与防护等分会理事，GeoStorage青年编委等。