[发明专利]岩石刚度确定方法和装置

说明书

本申请提供了一种岩石刚度确定方法和装置，其中，该方法包括：获取设有预制裂缝的岩石试件的初始图像和实验图像，其中，初始图像是在对岩石试件进行三点弯断裂实验之前岩石试件表面的图像，实验图像是在对岩石试件进行三点弯断裂实验过程中岩石试件表面的图像；基于初始图像和实验图像确定岩石试件的应变场；依据岩石试件的物理参数和三点弯断裂实验的实验参数，确定岩石试件的应力场；根据应变场和应力场，计算岩石试件中多个位置中各位置处的刚度。上述方法可以确定岩石试件中的层理界面的刚度，有助于设计压裂施工流程，确保水力裂缝扩展行为具有良好的可控性。

技术领域

本申请涉及石油工程岩石力学技术领域，特别涉及一种岩石刚度确定方法和装置。

背景技术

在页岩油储层压裂过程中，水力裂缝扩展会遇到多个性质相同或不同的岩层界面，而水力裂缝在岩层界面的扩展行为受到地层应力、相邻岩层性质以及岩层界面性质的影响。在地层应力以及相邻岩层的性质确定的情况下，确定岩层界面性质有助于设计压裂施工流程，确保水力裂缝扩展行为具有良好的可控性。

然而，目前常规界面力学性质方法如岩石直剪试验，实验结果为多个层理界面破坏时的平均性质，不能具体给出某一层理界面的力学性质，例如刚度等。

针对上述问题，目前尚未提出有效的解决方案。

发明内容

本申请实施例提供了一种岩石刚度确定方法和装置，以解决现有技术中无法确定某一层理界面的刚度的问题。

本申请实施例提供了一种岩石刚度确定方法，包括：获取设有预制裂缝的岩石试件的初始图像和实验图像，其中，初始图像是在对岩石试件进行三点弯断裂实验之前岩石试件表面的图像，实验图像是在对岩石试件进行三点弯断裂实验过程中岩石试件表面的图像；基于初始图像和实验图像确定岩石试件的应变场；依据岩石试件的物理参数和三点弯断裂实验的实验参数，确定岩石试件的应力场；根据应变场和应力场，计算岩石试件中多个位置中各位置处的刚度。

在一个实施例中，在基于初始图像和实验图像确定岩石试件的应变场之后，还包括：基于应变场确定岩石试件的岩层损伤区域。

在一个实施例中，基于应变场确定岩石试件的岩层损伤区域，包括：根据应变场确定多组应变拐点；基于多组应变拐点，确定岩层损伤区域。

在一个实施例中，在基于应变场确定岩石试件的岩层损伤区之后，还包括：根据初始图像和实验图像计算岩石试件的位移场；基于岩石试件的岩层损伤区域内的位移场，计算出岩层界面的张开位移和错动位移。

在一个实施例中，在基于初始图像和实验图像确定岩石试件的应变场之后，还包括：根据应变场将岩石试件的岩石区域划分为弹性区和断裂过程区；基于弹性区的刚度和断裂过程区的刚度确定岩石试件的岩石损伤系数。

在一个实施例中，根据应变场将岩石试件的岩石区域划分为弹性区和断裂过程区，包括：基于应变场，计算在三点弯断裂实验中施加的轴向压力为峰值时岩石试件的槽口尖端处的应变平均值；将应变平均值确定为应变临界值；将应变值小于应变临界值的区域确定为弹性区，将应变值大于或等于应变临界值的区域确定为断裂过程区。

在一个实施例中，基于弹性区的刚度和断裂过程区的刚度确定岩石试件的岩石损伤系数，包括：按照以下公式确定岩石试件的岩石损伤系数：

其中，η为岩石损伤系数，K_p为断裂过程区的刚度，K_e为弹性区的刚度。

在一个实施例中，根据应变场和应力场，计算岩石试件中多个位置中各位置处的刚度，包括：按照以下公式计算岩石试件中多个位置中各位置处的刚度：