岩石微观裂缝扩展模拟方法、装置、设备及存储介质制造方法及图纸

本发明专利技术实施例提供了一种岩石微观裂缝扩展模拟方法、装置、设备及存储介质，其中，该方法包括：获取岩石样品的三维微观结构数据体；根据各加载阶段的二维岩石微观结构图像，计算岩石I型裂缝断裂韧性；通过模拟程序根据三维微观结构数据体和岩石I型裂缝断裂韧性，模拟不同破裂条件下的岩石微观裂缝扩展。该方案实现了基于同一岩石样品的岩石微观结构数据体和岩石I型裂缝断裂韧性来模拟不同破裂条件下的岩石微观裂缝扩展，间接地实现了同一岩石样品在不同破裂条件下的岩石微观裂缝扩展模拟中的重复性使用；可以确保不同破裂条件下的岩石微观裂缝扩展模拟中岩石样品的一致性，有利于提高实验结果准确性。

Simulation method, device, equipment and storage medium of rock micro fracture propagation

【技术实现步骤摘要】
岩石微观裂缝扩展模拟方法、装置、设备及存储介质
本专利技术涉及石油与天然气开发
，特别涉及一种岩石微观裂缝扩展模拟方法、装置、设备及存储介质。
技术介绍
储层的压裂是油气藏有效开发的常用手段，特别对于致密储层，压裂产生的人工裂缝和缝网是油气的高效运移通道。在压裂施工设计工作中，准确认识压裂裂缝扩展规律是重要基础。不同破裂条件下岩石的裂缝扩展规律常常通过理论、实验和模拟手段来认识。理论压裂裂缝扩展模型可以对理想的均质岩石进行研究，但岩石的非均质性是影响裂缝扩展规律的重要因素，理论模型则无法达到此要求。实验方面宏观压裂实验是最常用的，但由于尺度影响，岩石裂缝扩展的机理无法通过宏观压裂实验研究。近些年来，随着微观实验技术的进步，岩石微观裂缝扩展实验研究越来越多，通过加载装置与微观扫描成像装置的结合，可获得不同加载阶段的岩石二维或三维微观结构图像，可进行岩石微观裂缝扩展规律分析。其缺点是，每次裂缝扩展实验都需要对一个岩石样品进行原位加载扫描，例如，针对A破裂条件的裂缝扩展实验，需要对岩石样品A进行原位加载扫描，实验后，岩石样品A已破碎，岩石的破碎是不可逆的，不能再做其他破裂条件下的裂缝扩展实验，如需要做B破裂条件下的裂缝扩展实验，则需要采用岩石样品B进行原位加载扫描。因此，该实验方法中一个岩石样品是不可重复用于多个破裂条件下的裂缝扩展实验的，一块岩心样品只能进行一种破裂条件下的裂缝扩展实验。此外，在研究某一因素对岩石微观裂缝扩展规律时，常利用控制变量法，只研究该因素的变化对岩石微观裂缝扩展规律的影响，此时就要求实验中其余因素都保持一致，也就要求岩石样品的一致性，而该实验方法无法实现一个岩石样品重复用于多个微观裂缝扩展实验，且由于岩石的非均质性与各向异性，使得无法确保岩石样品的一致性，进而会影响实验结果的准确性。除此之外，岩石微观裂缝扩展实验价格非常昂贵，经济成本太高。模拟研究多指基于微观扫描成像实验获得的二维或三维岩石微观结构图像，结合有限元手段进行可重复的岩石微观结构破裂模拟。其缺点是有限元进行破裂模拟时，其裂缝扩展准则中的参数裂缝断裂韧性为宏观力学参数，由于尺度效应的存在，宏观力学参数用在岩石微观裂缝扩展模拟上是不合适的，会影响模拟结果的准确性。
技术实现思路
本专利技术实施例提供了一种岩石微观裂缝扩展模拟方法，以解决现有技术中岩石微观裂缝扩展模拟存在不同破裂条件下的微观实验之间样品不可复用、准确性低、成本高的技术问题。该方法包括：获取岩石样品的三维微观结构数据体；获取所述岩石样品在各加载阶段的二维岩石微观结构图像；根据各加载阶段的二维岩石微观结构图像，计算岩石I型裂缝断裂韧性；通过模拟程序根据所述三维微观结构数据体和所述岩石I型裂缝断裂韧性，模拟不同破裂条件下的岩石微观裂缝扩展。本专利技术实施例还提供了一种岩石微观裂缝扩展模拟装置，以解决现有技术中岩石微观裂缝扩展模拟存在不同破裂条件下的微观实验之间样品不可复用、准确性低、成本高的技术问题。该装置包括：结构数据体获取模块，用于获取岩石样品的三维微观结构数据体；结构图像获取模块，用于获取所述岩石样品在各加载阶段的二维岩石微观结构图像；裂缝断裂韧性计算模块，用于根据各加载阶段的二维岩石微观结构图像，计算岩石I型裂缝断裂韧性；模拟模块，用于通过模拟程序根据所述三维微观结构数据体和所述岩石I型裂缝断裂韧性，模拟不同破裂条件下的岩石微观裂缝扩展。本专利技术实施例还提供了一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述任意的岩石微观裂缝扩展模拟方法，以解决现有技术中岩石微观裂缝扩展模拟存在不同破裂条件下的微观实验之间样品不可复用、准确性低、成本高的技术问题。本专利技术实施例还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有执行上述任意的岩石微观裂缝扩展模拟方法的计算机程序，以解决现有技术中岩石微观裂缝扩展模拟存在不同破裂条件下的微观实验之间样品不可复用、准确性低、成本高的技术问题。在本专利技术实施例中，提出了获取岩石样品的三维微观结构数据体，再获取同一岩石样品在各加载阶段的二维岩石微观结构图像，基于各加载阶段的二维岩石微观结构图像，计算岩石I型裂缝断裂韧性，最后，通过模拟程序根据该岩石样品的三维微观结构数据体和岩石I型裂缝断裂韧性，不同破裂条件下的岩石微观裂缝扩展，实现了基于同一岩石样品的数据和各加载阶段的二维岩石微观结构图像来模拟不同破裂条件下的岩石微观裂缝扩展，间接地实现了同一岩石样品在不同破裂条件下的岩石微观裂缝扩展模拟中的重复性使用，可以间接认为实现了岩石样品的可重复使用性；同时，由于基于同一岩石样品的数据和各加载阶段的二维岩石微观结构图像来模拟不同破裂条件下的岩石微观裂缝扩展，使得可以确保破裂条件下的岩石微观裂缝扩展模拟中岩石样品的一致性，有利于提高实验结果准确性；此外，基于同一岩石样品的数据和各加载阶段的二维岩石微观结构图像可以模拟不同破裂条件下的岩石微观裂缝扩展，相对可以避免或减少扫描成像、加载扫描等实验，有利于降低实验成本；此外，基于同一岩石样品的三维微观数据和各加载阶段的二维岩石微观结构图像可以模拟不同破裂条件下的岩石微观裂缝扩展，并基于各加载阶段的二维岩石微观结构图像计算岩石I型裂缝断裂韧性，可以得到微观级别的岩石I型裂缝断裂韧性，相对现有技术中的宏观力学参数，本申请的微观级别的岩石I型裂缝断裂韧性更适合模拟岩石微观裂缝扩展，有利于提高模拟结果的准确性。附图说明此处所说明的附图用来提供对本专利技术的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本专利技术的限定。在附图中：图1是本专利技术实施例提供的一种岩石微观裂缝扩展模拟方法的流程图；图2是本专利技术实施例提供的一种岩石样品的俯视图；图3是本专利技术实施例提供的一种未加载状态岩石高分辨率微观结构图像的示意图；图4是本专利技术实施例提供的一种计算机设备的结构框图；图5是本专利技术实施例提供的一种岩石微观裂缝扩展模拟装置的结构框图。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施方式和附图，对本专利技术做进一步详细说明。在此，本专利技术的示意性实施方式及其说明用于解释本专利技术，但并不作为对本专利技术的限定。在本专利技术实施例中，提供了一种岩石微观变形的模拟方法，如图1所示，该方法包括：步骤102：获取岩石样品的三维微观结构数据体；步骤104：获取所述岩石样品在各加载阶段的二维岩石微观结构图像；步骤106：根据加载过程的力与位移数据，计算岩石I型裂缝断裂韧性；步骤108：通过模拟程序根据所述三维微观结构数据体和所述岩石I型裂缝断裂韧性，模拟不同破裂条件下的岩石微观裂缝扩展。由图1所示的流程可知，提出了获取岩石样品的三维微观结构数据体，再获取同一岩石样品在各加载阶段的二维岩石微观结构图像，基于各加载阶段的二维岩石微观结构图像，计算岩石I型裂缝断裂韧性，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种岩石微观裂缝扩展模拟方法，其特征在于，包括：/n获取岩石样品的三维微观结构数据体；/n获取所述岩石样品在各加载阶段的二维岩石微观结构图像；/n根据各加载阶段的二维岩石微观结构图像，计算岩石I型裂缝断裂韧性；/n通过模拟程序根据所述三维微观结构数据体和所述岩石I型裂缝断裂韧性，模拟不同破裂条件下的岩石微观裂缝扩展。/n

【技术特征摘要】
1.一种岩石微观裂缝扩展模拟方法，其特征在于，包括：
获取岩石样品的三维微观结构数据体；
获取所述岩石样品在各加载阶段的二维岩石微观结构图像；
根据各加载阶段的二维岩石微观结构图像，计算岩石I型裂缝断裂韧性；
通过模拟程序根据所述三维微观结构数据体和所述岩石I型裂缝断裂韧性，模拟不同破裂条件下的岩石微观裂缝扩展。


2.如权利要求1所述的岩石微观裂缝扩展模拟方法，其特征在于，根据各加载阶段的二维岩石微观结构图像，计算岩石I型裂缝断裂韧性，包括：
根据各加载阶段的二维岩石微观结构图像，计算所述岩石样品在该加载阶段的位移场分布；
根据所述岩石样品在该加载阶段的位移场分布，计算岩石I型裂缝断裂韧性。


3.如权利要求2所述的岩石微观裂缝扩展模拟方法，其特征在于，根据各加载阶段的二维岩石微观结构图像，计算所述岩石样品在该加载阶段的位移场分布，包括：
针对每个加载阶段，将岩石微观结构图像中变形前的图像作为参考图像，将岩石微观结构图像中变形后的图像作为被比较图像，将所述参考图像划分为多个区域，确定所述被比较图像中每个区域相对于所述参考图像中对应区域的形变向量，所述被比较图像中各区域对应的形变向量形成所述岩石样品在该加载阶段的位移场分布。


4.如权利要求2所述的岩石微观裂缝扩展模拟方法，其特征在于，通过以下公式根据所述岩石样品在该加载阶段的位移场分布，计算岩石I型裂缝断裂韧性：









其中，KI表示岩石I型裂缝断裂韧性；U表示I型裂纹尖端x方向位移场；V表示I型裂纹尖端y方向位移场；r表示裂尖任意点在极坐标中的极径；θ表示裂尖任意点在极坐标中的极角；k表示弹性常数；平面应力状态下为平面应变状态下为k＝3-4v；v为泊松比；μ表示剪切模量；n表示级数序列。


5.如权利要求1所述的岩石微观裂缝扩展模拟方法，其特征在于，通过模拟程序根据所述三维微观结构数据体和所述岩石I型裂缝断裂韧性，模拟不同破裂条件下的岩石微观裂缝扩展，包括：
通过所述模拟程序将所述三维微观结构数据体网格化；
基于网格化的所述三维微观结构数据体，将所述岩石I型裂缝断裂韧性作为新的裂缝扩展判定依据，模拟不同破裂条件下的岩石微观裂缝扩展。


6.如权利要求1至5中任一项所述的岩石微观裂缝扩展模拟方法，其特征在于，还包括：
获取所述岩石样品在各加载阶段的位移与力；
根据所述岩石样品在各加载阶段的位移与力，计算杨氏模量；
通过所述模拟程序根据所述三维微观结构数据体和所述杨氏模量，模拟不同加载方式下的岩石微观孔隙结构变形。


7.如权利要求6所述的岩石微观裂缝扩展模拟方法，其特征在于，通过以下公式根据所述岩石样品在各加载阶段的位移与力，计算杨氏模量：
E＝应力/应变
其中，E表示杨氏模量；应力为加载所用的力与所述岩石样品的截面积的比值，应变为加载中的位移与所述岩石样品在加载方向的长度的比值。


8.如权利要求6所述的岩石微观裂缝扩展模拟方法，其特征在于，通过所述模拟程序根据所述三维微观结构数据体和所述杨氏模量，模拟不同加载方式下的岩石微观孔隙结构变形，包括：
通过所述模拟程序...

【专利技术属性】
技术研发人员：隋微波，侯亚南，程志林，
申请(专利权)人：中国石油大学北京，
类型：发明
国别省市：北京;11