[发明专利]一种自支撑裂缝初始形态构建方法

权利要求书

1.一种自支撑裂缝初始形态构建方法，依次包括以下步骤：

(A)获取目标储层岩石，加工为长方体岩板，将其沿垂直于高度方向一分为二，形成A、B两个粗糙裂缝面；

(B)采集A、B两个裂缝面的表面形貌数据，对数据进行降噪和插值处理，得到“初始高度矩阵”分别为A₀、B₀，包括：将采集得到的表面形貌数据进行降噪和插值处理后，对于A裂缝面，得到其对应的“初始高度矩阵”A₀：

A₀＝(a_ij)_m×n，i＝1,2,…,m；j＝1,2,…,n

a_ij＝Z(iΔx-Δx,jΔy-Δy)

m＝int(w/Δx)+1

n＝int(l/Δy)+1

式中a_ij——矩阵A₀中第i行、第j列元素；

m——矩阵A₀的行数；

n——矩阵A₀的列数；

Z(iΔx-Δx,jΔy-Δy)——横坐标iΔx-Δx、纵坐标jΔy-Δy所对应的裂缝面高度，mm；

Δx——岩板底面所在平面上x方向的数据采集精度，mm；

Δy——岩板底面所在平面上y方向的数据采集精度，mm；

w——岩板宽度，即裂缝宽度，mm；

l——岩板长度，即裂缝长度，mm；

int(x)——为取整函数，即只截取x中的整数部分；

对于B裂缝面，得到其对应的“初始高度矩阵”B₀；

(C)对裂缝面进行净值化处理，由A₀、B₀得到“净高度矩阵”A₁、B₁，是指用裂缝面上所有点的高度值减去裂缝面最低点的高度值，以此来消除岩板厚度对数据处理结果的影响，净值化处理后得到A、B两个裂缝面的“净高度矩阵”A₁、B₁：

A₁＝A₀-[min(A₀)]_m×n

B₁＝B₀-[min(B₀)]_m×n

式中A₁——A裂缝面对应的“净高度矩阵”；

B₁——B裂缝面对应的“净高度矩阵”；

min(A₀)——矩阵A₀中最小的元素值；

min(B₀)——矩阵B₀中最小的元素值；

(D)对A裂缝面进行反向处理，由A₁、B₁得到“反向高度矩阵”A₂、B₂：

A₂＝[max(A₁)]_m×n-A₁+[max(B₁)]_m×n

B₂＝B₁

式中A₂——A裂缝面对应的“反向高度矩阵”；

B₂——B裂缝面对应的“反向高度矩阵”；

max(A₁)——矩阵A₁中最大的元素值；

max(B₁)——矩阵B₁中最大的元素值；

(E)删除A裂缝面长度方向末端和B裂缝面长度方向起始端的数据点，由A₂、B₂得到“错位高度矩阵”A₃、B₃：

A₃＝(b_ij)_m×n′，i＝1,2,…,m；j＝1,2,…,n′

B₃＝(c_ij)_m×n′，i＝1,2,…,m；j＝u+1,u+2,…,n

n′＝n-int(δ/Δy)＝int(l/Δy)-int(δ/Δy)+1

u＝int(δ/Δy)

式中A₃——A裂缝面对应的“错位高度矩阵”；

B₃——B裂缝面对应的“错位高度矩阵”；

b_ij——A裂缝面对应的“反向高度矩阵”A₂中第i行、第j列元素；

c_ij——B裂缝面对应的“反向高度矩阵”B₂中第i行、第j列元素；

m——矩阵A₃、B₃的行数，同矩阵A₁、B₁、A₂、B₂；

n′——矩阵A₃、B₃的列数；

n——矩阵A₂、B₂的列数，同矩阵A₁、B₁；

int(x)——取整函数，同上；

δ——裂缝错位量，mm；

u——矩阵A₂、B₂中需删除的数据列数；

(F)不断缩小两个裂缝面之间的间距，直至裂缝面刚好接触，先求取错位处理后裂缝A面与B面之间的最小高度差h，然后将A裂缝面向下平移h，实现两个裂缝面的触碰，由A₃、B₃得到“接触高度矩阵”A₄、B₄：

h＝min(d_ij-e_ij)，i＝1,2,…,m；j＝1,2,…,n′

A₄＝A₃-[h]_m×n′

B₄＝B₃

式中h——错位处理后A裂缝面与B裂缝面之间的最小高度差，mm；

d_ij——A裂缝面对应的“错位高度矩阵”A₃中第i行、第j列元素；

e_ij——B裂缝面对应的“错位高度矩阵”B₃中第i行、第j列元素；

A₄——A裂缝面对应的“接触高度矩阵”；

B₄——B裂缝面对应的“接触高度矩阵”；

m——“错位高度矩阵”A₃、B₃的行数；

n′——“错位高度矩阵”A₃、B₃的列数；

(G)通过下式将“接触高度矩阵”A₄、B₄中的高度值转化为空间中裂缝面各个坐标点对应的高度值，再利用A₄、B₄作图，即可得到自支撑裂缝的初始形态：

Z_A(iΔx-Δx,jΔy-Δy)＝f_ij，i＝1,2,…,m；j＝1,2,…,n′

Z_B(iΔx-Δx,jΔy-Δy)＝g_ij，i＝1,2,…,m；j＝1,2,…,n′

式中Z_A(iΔx-Δx,jΔy-Δy)——A裂缝面经一系列处理后，横坐标为iΔx-Δx，纵坐标为jΔy-Δy所对应点的高度，mm；

Z_B(iΔx-Δx,jΔy-Δy)——B裂缝面经一系列处理后，横坐标为iΔx-Δx，纵坐标为jΔy-Δy所对应点的高度，mm；

f_ij——A裂缝面对应的“接触高度矩阵”A₄中第i行、第j列元素；

g_ij——B裂缝面对应的“接触高度矩阵”B₄中第i行、第j列元素；

m——“接触高度矩阵”A₄、B₄的行数；

n′——“接触高度矩阵”A₄、B₄的列数。

2.如权利要求1所述的一种自支撑裂缝初始形态构建方法，其特征在于，所述裂缝错位量δ通过下式求取：

式中δ——裂缝错位量；

E——地层岩石的杨氏模量，MPa；

v——地层岩石的泊松比，无量纲；

L——人工裂缝半长，m；

Δσ——地层水平主应力差，Δσ＝σ₃-σ₁，MPa；

σ₃——地层最大水平主应力，MPa；

σ₁——地层最小水平主应力，MPa；

θ——人工裂缝与地层最大水平主应力方向之间的夹角，度。