岩石力学参数评价模型构建方法及岩石力学特性评价方法技术

本发明专利技术公开一种岩石力学参数评价模型构建方法及岩石力学特性评价方法，构建方法包括：构建包含有结构体的三维岩心数值模型组；确定三维岩心数值模型组中每个岩心数值模型的岩石力学参数组合；获取岩心数值模型的物理参数；对每岩石力学参数矩阵与物理参数矩阵进行数理统计，建立以声波时差、体积密度、结构体积占比为评价变量的岩石力学参数计算评价模型。本发明专利技术实现了强非均质性、强各向异性的岩石力学参数评价模型的经济、高效构建，为安全钻井、高效压裂所必需的岩石力学特性评价提供了关键支撑，对深部油气、页岩油气等复杂油气藏的安全高效勘探开发具有重要意义。藏的安全高效勘探开发具有重要意义。藏的安全高效勘探开发具有重要意义。

【技术实现步骤摘要】
岩石力学参数评价模型构建方法及岩石力学特性评价方法


[0001]本专利技术涉及石油与天然气勘探与开发
，尤其涉及一种岩石力学参数评价模型构建方法及岩石力学特性评价方法。

技术介绍

[0002]岩石的力学特性是安全钻井、高效压裂等工程设计、实施的必要基础；岩石的结构特征是影响岩石力学特性的重要因素，譬如砾岩的砾石大小、分布、含量等结构特征，碳酸盐岩的孔、洞、缝等结构特征。因此，科学构建复杂结构岩石力学参数评价模型是岩石力学特性评价的前提与基础，对油气藏的安全高效勘探开发具有重要意义。
[0003]目前岩石力学参数评价模型的构建主要通过理论推导与物理实验统计两种途径，其中对于结构复杂的岩石，由于结构发育导致岩石呈现强非均质性、强各向异性，通过理论导出复杂结构岩石力学特性的理论量化模型，存在难度极大、甚至无法实现的问题；而对于目前通常采用的物理实验统计方法，在物理实验的过程中，不可避免地需对岩心试样进行破碎才能获取所需的力学实验结果，并且要建立岩石力学参数计算评价模型，需对大量岩心试样进行物理实验；因此，该类方法普遍面临岩心试样耗量大、实验周期长、效率低、实验成本极高等系列问题。因此，亟需构建岩石力学参数评价模型，以解决现有技术中存在的上述问题。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于解决上述现有技术存在的缺陷，提供一种成本低、效率高的岩石力学参数评价模型构建方法及岩石力学特性评价方法。该构建方法解决了复杂结构岩石力学参数评价模型通过理论推导难度大甚至无法实现、物理实验构建面临岩心试样耗量大、实验周期长、效率低、实验成本极高等系列难题。实现了强非均质性、强各向异性的复杂结构岩石力学计算评价模型的经济、高效构建，为安全钻井、高效压裂所必需的岩石力学参数评价提供了关键支撑，对深部油气、页岩油气等复杂油气藏的安全高效勘探开发具有重要意义。
[0005]一种岩石力学参数评价模型构建方法，包括：
[0006]步骤一：构建包含有结构体的三维岩心数值模型组D
StrC
；所述三维岩心数值模型组D
StrC
包含有N个岩心数值模型D
StrCi
，即D
StrC
＝{D
StrC1
，D
StrC2
，
…
，D
StrCi
，
…
， D
StrCN
}；所述结构体包括：裂缝S
frac
、孔洞S
hole
、砾石S
gravel
、层理S
bed
、节理 S
joints
；
[0007]步骤二：通过岩石力学数值模拟实验，确定所述三维岩心数值模型组D
StrC
中每个岩心数值模型D
StrCi
的岩石力学参数组合RMD
StrCi
，其中i代表第i个岩心数值模型D
StrCi
的岩石力学参数组合；
[0008]所述岩石力学参数组合RMD
StrCi
中包括的参数有：弹性模量E
i
、单轴抗压强度UCS
i
、泊松比μ
i
、内聚力C
i
、内摩擦角FI
i
；
[0009]根据所述每个岩心数值模型D
StrCi
的岩石力学参数组合RMD
StrCi
确定所有岩心数值
模型对应的岩石力学参数矩阵：
[0010][0011]步骤三：获取岩心数值模型的物理参数；通过声波传播数值模拟实验，确定所述三维岩心数值模型组D
StrC
中每个岩心数值模型的声波时差AC；同时确定每个岩心数值模型的体积密度、结构体积占比；
[0012]根据所述每个岩心数值模型对应的声波时差AC、体积密度、结构体积占比确所有岩心数值模型的物理参数矩阵：
[0013][0014]步骤四：对所述每岩石力学参数矩阵与物理参数矩阵进行数理统计，分析岩石力学参数与声波时差、体积密度、结构体积占比之间的定量关系，建立以声波时差、体积密度、结构体积占比为评价变量的岩石力学参数计算评价模型；
[0015]E＝f(AC,DEN,V
V
)
[0016]μ＝f(AC,DEN,V
V
)
[0017]UCS＝f(AC,DEN,V
V
)
[0018]C＝f(AC,DEN,V
V
)
[0019]FI＝f(AC,DEN,V
V
)。
[0020]进一步地，如上所述的岩石力学参数评价模型构建方法，所述步骤一包括：
[0021]步骤11：选取代表性岩心试样S
RC
，对所述岩心试样S
RC
进行CT三维扫描，基于CT扫描结果重构原始三维岩心数值模型D
RC
；
[0022]步骤12：基于所述原始三维岩心数值模型D
RC
，提取岩心中的结构体Strv；
[0023]步骤13：分析获得所述结构体Strv对应的M个结构特征参数；
[0024]步骤14：根据所述结构特征参数的个数M与各个结构特征参数的数值范围，通过正交组合设计得到N个结构体的特征参数组合；依据每个结构体的特征参数组合构建一个对应的所述岩心数值模型D
StrCi
；所有的结构体对应的所述岩心数值模型D
StrCi
构成所述包含有结构体的三维岩心数值模型组D
StrC
。
[0025]进一步地，如上所述的岩石力学参数评价模型构建方法，所述步骤12包括：
[0026]步骤121：对所述原始三维岩心数值模型D
RC
进行切片获取岩心试样的二维灰度图像；
[0027]步骤122：对所述二维灰度图像进行滤波，并对滤波后的图像进行直方图均衡化处理；
[0028]步骤123：根据均衡化图像中结构的类型、特征，选择选择合理的阈值，对均衡化处理的灰度图像进行阈值分割，通过阈值分割将灰度图像转换为二值化图像；
[0029]步骤124：对二值化图像进行降噪处理，并基于形态学的开运算消除降二值化图像中孤立的点、基于形态学的闭运算填平二值化图像中的孔洞，从而获得处理后的二值化图像；
[0030]步骤125：基于拓扑分水岭算法对处理后的二值化图像进行图像分割，以对图像中结构体Strv进行分割、提取，最终得到所述岩心中的结构体Strv。
[0031]进一步地，如上所述的岩石力学参数评价模型构建方法，步骤13所述结构特征参数包括：
[0032]所述裂缝S
frac
对应的结构特征参数数量包括：裂缝长度L
frac
、裂缝开度W
frac
、裂缝密度D
frac...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种岩石力学参数评价模型构建方法，其特征在于，包括：步骤一：构建包含有结构体的三维岩心数值模型组D
StrC
；所述三维岩心数值模型组D
StrC
包含有N个岩心数值模型D
StrCi
，即D
StrC
＝{D
StrC1
，D
StrC2
，
…
，D
StrCi
，
…
，D
StrCN
}；所述结构体包括：裂缝S
frac
、孔洞S
hole
、砾石S
gravel
、层理S
bed
、节理S
joints
；步骤二：通过岩石力学数值模拟实验，确定所述三维岩心数值模型组D
StrC
中每个岩心数值模型D
StrCi
的岩石力学参数组合RMD
StrCi
，其中i代表第i个岩心数值模型D
StrCi
的岩石力学参数组合；所述岩石力学参数组合RMD
StrCi
中包括的参数有：弹性模量E
i
、单轴抗压强度UCS
i
、泊松比μ
i
、内聚力C
i
、内摩擦角FI
i
；根据所述每个岩心数值模型D
StrCi
的岩石力学参数组合RMD
StrCi
确定所有岩心数值模型对应的岩石力学参数矩阵：步骤三：获取岩心数值模型的物理参数；通过声波传播数值模拟实验，确定所述三维岩心数值模型组D
StrC
中每个岩心数值模型的声波时差AC；同时确定每个岩心数值模型的体积密度、结构体积占比；根据所述每个岩心数值模型对应的声波时差AC、体积密度、结构体积占比确所有岩心数值模型的物理参数矩阵：步骤四：对所述每岩石力学参数矩阵与物理参数矩阵进行数理统计，分析岩石力学参数与声波时差、体积密度、结构体积占比之间的定量关系，建立以声波时差、体积密度、结构体积占比为评价变量的岩石力学参数计算评价模型；E＝f(AC,DEN,V
V
)μ＝f(AC,DEN,V
V
)UCS＝f(AC,DEN,V
V
)C＝f(AC,DEN,V
V
)FI＝f(AC,DEN,V
V
)。2.根据权利要求1所述的岩石力学参数评价模型构建方法，其特征在于，所述步骤一包括：
步骤11：选取代表性岩心试样S
RC
，对所述岩心试样S
RC
进行CT三维扫描，基于CT扫描结果重构原始三维岩心数值模型D
RC
；步骤12：基于所述原始三维岩心数值模型D
RC
，提取岩心中的结构体Strv；步骤13：分析获得所述结构体Strv对应的M个结构特征参数；步骤14：根据所述结构特征参数的个数M与各个结构特征参数的数值范围，通过正交组合设计得到N个结构体的特征参数组合；依据每个结构体的特征参数组合构建一个对应的所述岩心数值模型D
StrCi
；所有的结构体对应的所述岩心数值模型D
StrCi
构成所述包含有结构体的三维岩心数值模型组D
StrC
。3.根据权利要求2所述的岩石力学参数评价模型构建方法，其特征在于，所述步骤12包括：步骤121：对所述原始三维岩心数值模型D
RC
进行切片获取岩心试样的二维灰度图像；步骤122：对所述二维灰度图像进行滤波，并对滤波后的图像进行直方图均衡化处理；步骤123：根据均衡化图像中结构的类型、特征，选择选择合理的阈值，对均衡化处理的灰度图像进行阈值分割，通过阈值分割将灰度图像转换为二值化图像；步骤124：对二值化图像进行降噪处理，并基于形态学的开运算消除降二值化图像中孤立的点、基于形态学的闭运算填平二值化图像中的孔洞，从而获得处理后的二值化图像；步骤125：基于拓扑分水岭算法对处理后的二值化图像进行图像分割，以对图像中结构体Strv进行分割、提取，最终得到所述岩心中的结构体Strv。4.根据权利要求2所述的岩石力学参数评价模型构建方法，其特征在于，步骤13所述结构特征参数包括：所述裂缝S
frac
对应的结构特征参数数量包括：裂缝长度L
frac
、裂缝开度W
frac
、裂缝密度D
frac
、裂缝产状O
frac
、裂缝体积占比V
vfrac
；所述孔洞S
hole

【专利技术属性】
技术研发人员：梁利喜，缑健儒，刘向君，张文，丁乙，熊健，徐泽昊，罗志航，
申请(专利权)人：西南石油大学，
类型：发明
国别省市：