[发明专利]基于能量演化的页岩脆性指数评价方法

权利要求书

1.一种基于能量演化的页岩脆性指数评价方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：制作圆柱体页岩岩样；

步骤2：将所述岩样安装在岩石三轴试验系统中，设定围压，对岩样开展单轴、三轴试验，实时采集围压、轴向应力、轴向应变和横向应变数据；

步骤3：根据岩样的单轴、三轴压缩试验数据，绘制相应的应力应变曲线；

步骤4：设定不同的围压，重复步骤2～3，绘制不同围压下的单轴、三轴应力应变曲线；

步骤5：基于应力应变曲线，分析页岩的能量演化过程，计算各部分能量；

步骤5中页岩的能量演化过程中各部分能量计算公式具体如下：

岩石变形破坏过程中的总吸收能表示为：；弹性应变能表示为：；式中：U₀为外力对岩石所做的总功；U_e为岩石可释放的弹性应变能；σ₁和ε₁是轴向应力和轴向应变；σ₃和ε₃是围压和环向应变；E₀是弹性模量；μ是泊松比；

损伤应力前的耗散能等于损伤应力前总吸收能减去损伤应力储存的弹性应变能：式中：U_da是损伤应力前的耗散能，U_0a 是损伤应力处对应的总吸收能， U_ea是损伤应力处对应的弹性应变能，σ_1a 和 ε_1a 是损伤应力处对应的轴向应力和轴向应变，σ_3a 和ε_3a 是损伤应力处对应的围压和环向应变；

峰值应力前的耗散能表示为：，式中：U_db是峰值应力前的耗散能，U_0b 是峰值应力处对应的总吸收能，U_eb是峰值应力处对应的弹性应变能，σ_1b和ε_1b 是峰值应力处对应的轴向应力和轴向应变，σ_3b 和ε_3b是峰值应力处对应的围压和环向应变；

峰后破坏阶段释放的弹性应变表示为：，式中：，U_ec是岩样破坏后残余的弹性应变能，σ_1c和ε_1c 是残余应力处对应的轴向应力和轴向应变，σ_3c 和ε_3c是残余应力处对应的围压和环向应变；

峰后破坏阶段由于原始裂纹或新裂纹的贯通破坏消耗了能量，此时的耗散能表示为：，式中： U_d-post峰后破坏阶段产生的耗散能，ε_1r和ε_3r 分别是残余强度处对应的轴向应变和环向应变；

步骤6：基于峰前能量演化计算峰前脆性指数，定义峰前破坏能指数，所述峰前破坏能指数用于对所述峰前脆性指数进行修正；

峰前脆性指数计算公式为：，，B_pre1表示峰前脆性指数，B_pre2表示峰前脆性指数；

K₁表示峰前破坏能指数：；

步骤7：基于峰后能量演化计算峰后脆性指数，定义峰后破坏能指数，所述峰后破坏能指数用于对所述峰前脆性指数进行修正；

峰后脆性指数计算公式为：，， B_post1表示峰后脆性指数，B_post2表示峰后脆性指数；

K₂表示峰后破坏能指数：， U_od表示指残余强度阶段对应的总吸收能；U_ed表示指残余强度阶段剩余的弹性应变能；

步骤8：对修正前、修正后的峰前脆性指数和峰后脆性指数采用乘法合成方法，分别得出综合反映峰前峰后能量演化特征的页岩脆性评价指数；

修正前的页岩脆性评价指数计算公式为：，，B₁表示修正前的脆性评价指数，B₁^’表示脆性评价指数；

修正后的页岩脆性评价指数计算公式为：，，B₂表示脆性评价指数，B₂^’表示脆性评价指数。