Fluid flow analysis in a rough fracture (type II) using complex networks and lattice Boltzmann method

Complexity of fluid flow in a rough fracture is induced by the complex configurations of opening areas between the fracture planes. In this study, we model fluid flow in an evolvable real rock joint structure, which under certain normal load is sheared. In an experimental study, information regarding about apertures of the rock joint during consecutive 20 mm displacements and fluid flow (permeability) in different pressure heads have been recorded by a scanner laser. Our aim in this study is to simulate the fluid flow in the mentioned complex geometries using the lattice Boltzmann method (LBM), while the characteristics of the aperture field will be compared with the modeled fluid flow permeability To characterize the aperture, we use a new concept in the graph theory, namely: complex networks and motif analysis of the corresponding networks. In this approach, the similar aperture profile along the fluid flow direction is mapped in to a network space. The modeled permeability using the LBM shows good correlation with the experimental measured values. Furthermore, the two main characters of the obtained networks, i.e., characteristic length and number of edges show the same evolutionary trend with the modeled permeability values. Analysis of motifs through the obtained networks showed the most transient sub-graphs are much more frequent in residual stages. This coincides with nearly stable fluid flow and high permeability values. RÉSUMÉ La complexité de l'écoulement du fluide dans une fracture rugueuse est induite par la configuration complexe de l'ouverture des zones parmi les plans de fracture. Dans cette étude, nous écoulement du modèle de fluide dans un joint de vrai rock évolutif qui sous une charge normale de certains est cisaillé. Information en ce qui concerne d'ouvertures de la roche commune pendant 20 mm déplacements et des flux de fluide (perméabilité) dans la tête des pressions différentes ont été enregistrées par balayage laser. Notre objectif dans cette étude est de simuler l'écoulement de fluide dans les géométries complexes mentionnés en 2D LBM tandis que les caractéristiques du champ d'ouverture seront comparés avec les attributs modèle d'écoulement de fluide. Pour la caractérisation des champs dans les ouvertures, nous utilisons une nouvelle théorie de la théorie des graphes, à savoir, les réseaux complexes et l'analyse des motifs des réseaux correspondants. De cette façon, le profil d'ouverture similaires le long de la direction de l'écoulement du fluide est mappé dans un espace réseau. La perméabilité modélisés à l'aide LBM montre une bonne corrélation avec les valeurs expérimentales mesurées. En outre, les deux personnages principaux des réseaux obtenus, à savoir, la longueur caractéristique et le nombre de bords montrent la même tendance évolutive avec les valeurs de perméabilité modélisés. L'analyse des motifs à travers les réseaux obtenus ont montré le plus transitoire sous-graphes sont beaucoup plus fréquents dans les stades résiduelle. Cela coïncide avec écoulement du fluide à peu près stable et les valeurs à haute perméabilité.