基于精确矿物晶体仿真模型的钻井岩屑力学参数测量方法技术

本申请公开了一种基于精确矿物晶体仿真模型的钻井岩屑力学参数测量方法。该方法由岩样微观岩石力学试验的岩屑尺度精确矿物晶体仿真模拟、标准岩样尺度仿真参数模拟、共三大步骤与若干分步组成。本专利技术充分利用钻井岩屑信息，基于微观岩石力学试验系统，采用精确矿物晶体尺度仿真建模方法，建立了岩体在0.5

【技术实现步骤摘要】
基于精确矿物晶体仿真模型的钻井岩屑力学参数测量方法


[0001]本申请涉及软件自动化测试
，具体而言，涉及一种基于精确矿物晶体仿真模型的钻井岩屑力学参数测量方法。

技术介绍

[0002]深部钻井是进行深部能源开采、研究的重要作业方式。石油钻井工程是利用钻井设备钻穿多套地层到达预定油气层，形成油气采出或注入所需流体的稳定通道的工程。在石油开采实践中所涉及的地层多为2000米以下的深部储层，其力学性质对于石油钻井工程与深地岩石力学研究都具有重要意义。对于深部地层岩石的岩石力学性质研究，因其相关研究起步较晚，且主要集中于岩石的可钻性、研磨性等工程特性，在力学性质测量方向相关专利技术较少。
[0003]岩石的力学性质是指岩石在应力作用下表现的弹性、弹塑性、流变性等与受力有关的性质，其中最重要的性质为岩石的弹性和弹塑性。岩石的弹性变形性质用弹性模量和泊松比两个指标表示，塑性变形性质可用Mohr
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Coulomb等力学模型描述。
[0004]传统的获取地层岩石力学参数的方法是取芯试验法和测井资料预测法。取芯试验法是从本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于精确矿物晶体仿真模型的钻井岩屑力学参数测量方法，其特征在于，包括：在钻井现场采集待测储层的钻井岩屑，制成1cm
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1cm
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1cm尺寸试样，以用于微观岩石力学试验；微观岩石力学试验系统中，利用TESCAN综合矿物分析系统(TIMA)等观察获取岩屑试样的0.5
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1cm细观尺度成岩矿物成分、矿物微观结构和矿物分布数字图像；在微观岩石力学试验系统中，利用纳米压痕试验获取岩屑试样各成岩矿物颗粒的力学性质参数，包括弹性模量E、粘聚力c和内摩擦角φ在内；在微观岩石力学试验系统中，利用原子力显微镜(AFM)试验观察获取矿物晶体胶结物的力学参数；在微观岩石力学试验系统中，利用X射线计算机断层扫描(CT)技术或二维显微镜技术获取岩样的体积孔隙率，观察微裂纹和微孔隙结构与测量岩样的体积孔隙率，根据体积孔隙率调整精确矿物晶体仿真模型参数；建立1cm
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1cm岩屑细观尺度精确矿物晶体仿真模型，采用精确矿物晶体尺度仿真建模方法基于以上微观岩石力学试验方法进行建模，以建立0.5
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1cm细观岩屑尺度与5
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10cm宏观岩石力学试验标准岩样尺度之间力学性质的关联性；建立5cm
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10cm完整岩样宏观尺度的精确矿物晶体仿真模型：将1cm
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1cm细观尺度精确矿物晶体仿真模型通过对矿物分布图像进行图像跨尺度扩展处理的方法获取大尺寸扩展矿物分布图像，并基于其构建岩屑5cm
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10cm宏观尺度精确矿物晶体仿真模型；采集相似岩石信息；基于相似岩石信息修正精确矿物晶体仿真模型；在1
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5m工程尺度，继续使用图像跨尺度扩展方法扩大岩屑精确矿物晶体模型，获取基于岩屑信息的5m
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5m尺寸精确矿物晶体模型，根据地质勘察结果，获取现场节理等非连续面的组数、分布、密度、间距、走向、倾向等信息，随机生成多组节理分布形成离散节理网络，将之插入，利用超算技术获取5m
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5m裂隙岩体力学性质参数，以建立5
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10cm宏观标准岩样尺度与1
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5m工程裂隙岩体尺度之间力学性质的关联性。2.根据权利要求1所述的基于精确矿物晶体仿真模型的钻井岩屑力学参数测量方法，其特征在于，所述建立1cm
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1cm岩屑细观尺度精确矿物晶体仿真模型，采用精确矿物晶体尺度仿真建模方法基于以上微观岩石力学试验方法进行建模，以建立0.5
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1cm细观岩屑尺度与5
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10cm宏观岩石力学试验标准岩样尺度之间力学性质的关联性，包括：根据TESCAN全自动矿物分析系统(TIMA)所获取的岩样矿物分布数字图像，根据识别结果获取各成岩矿物种类，根据各像素点的灰度值信息确定各矿物相的分布位置，使用ABAQUS程序建立像素点与单元对应的有限元模型；在模型内不同矿物相之间插入矿物晶间相单元；在有限元模型中不同成岩矿物相的交界线处插入一组细带状单元，以反映矿物晶体间粘聚力对岩样力学表现的影响；设置各相材料属性：根据网格压痕试验结果确定各矿物相的材料岩石力学性质，根据原子力显微镜观察结果确定矿物间相的材料岩石力学性质，根据以上结果在ABAQUS中设置模型各材料的力学性质；根据岩屑体积孔隙率，在模型中插入孔隙单元，其材料岩石力学性质根据已有研究成果进行设置；体积孔隙率小于1.5％的情况下孔隙率对模型的影响较小，出于节省运算时间
成本的考虑，不在模型中考虑其影响。在岩屑体积孔隙率大于1.5％的情况下，则采用脚本程序在模型内指定材料相区域内按孔隙率插入相应孔隙单元，孔隙单元数量由体积孔隙率进行确定，孔隙单元位置在选定材料相区域内随机分布，孔隙单元几何关系根据扫描结果进行设置，孔隙单元材料力学参数；为精确矿物晶体模型设置边界条件与输出等参数，按单轴压缩试验完成程序参数设置，使用ABAQUS程序进行数值试验模拟运算；完成运算并整理结果，生成模型应力
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应变曲线与云图，得到单轴抗压强度、杨氏模量等岩石力学性质模拟结果。3.根据权利要求1所述的基于精确矿物晶体仿真模型的钻井岩屑力学参数测量方法，其特征在于，所述建立5cm

【专利技术属性】
技术研发人员：唐旭海，高飞，刘泉声，许婧璟，张怡恒，乔江美，
申请(专利权)人：武汉大学深圳研究院，
类型：发明
国别省市：