一种基于能量演化及模糊层次分析岩石脆性的方法技术

本发明专利技术涉及一种基于能量演化及模糊层次分析岩石脆性的方法，基于岩石脆性与能量演化特征的关系,将全应力

【技术实现步骤摘要】
一种基于能量演化及模糊层次分析岩石脆性的方法


[0001]本方法涉及石油工程领域，特别是涉及一种基于能量演化及模糊层次分析岩石脆性的方法。

技术介绍

[0002]非常规油气是目前主要的能源来源，其主要的开发方式是“水平井+多级水力压裂技术”。脆性是表征和识别压裂“甜品区”的关键因素之一，为水力压裂参数设计提供重要的依据。脆性岩石表明有利于储层形成复杂网络裂缝，增大压裂改造体积，提高油气渗流能力，最大程度提升水力压裂的效率。因此科学的岩石脆性评价方式对水力压裂设计具有重要的指导意义。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的在于提供基于能量演化及模糊层次分析的岩石脆性方法，该方原理可靠，操作简单，能够定量表征岩石破裂全过程的脆性特征。
[0004]为实现以上技术目的，本文采用以下方案。
[0005]本专利技术利用储层的井下岩柱(直径25mm，长度50mm)开展三轴压缩实验，以获取储层条件下岩石的差应力σ
‑
轴向应变ε的关系曲线，即应力
‑
应变曲线。
[0006]一种基于能量演化及模糊层次分析岩石脆性的方法，包括以下步骤：
[0007](1)选取目标岩心，通过三轴压缩实验，获取岩石的应力
‑
应变曲线。
[0008](2)在应力
‑
应变曲线上获取岩石的屈服应力σ
A
，峰值应力σ
B
，残余应力σ
C
，理想峰值应力σ
D
，屈服应变ε
a
，峰值应变ε
b
，残余应变εr，峰值应力40％σ
0.4
，峰值应力60％σ
0.6
，峰值应力40％对应的轴向应变ε
0.4
，峰值应力60％对应的轴向应变ε
0.6
。并计算弹性模量E，屈服模量D，跌落模量M。
[0009](3)岩石破坏的整个过程始终伴随着与外界的能量转换和交换，岩石在载荷作用下的损伤和变形主要是由能量耗散、转化和释放驱动的；在变形过程中，假设岩心不与外界环境之间发生热传递，将岩心视为一个闭环系统，且假设卸载弹性模量等于初始弹性模量，则岩石破坏全过程可以描述为3个阶段：能量累积，能量耗散，能量释放。
[0011](4)峰前脆性指数由岩石储存弹性能的能力B1和屈服程度B2共同组成评价岩石峰前脆性。B1表征弹性变形阶段弹性能储存的能量与峰前总能量的比例，B2表征屈服阶段弹性能增量与理想条件下屈服阶段弹性能增量的比例。峰后脆性指数由维持自我破裂的能力B3评价岩石峰后脆性，B3由峰后消耗的弹性能与峰后破裂所需能量的比例。
[0012](5)基于模糊层次分析法，通过峰前累积弹性能，耗散能，峰后额外能的能量密度建立最优矩阵(R)，为消除一致性的问题，将最优矩阵(R)转化为模糊一致矩阵(F)，计算出各阶段能量对脆性影响的权重a，b，c。
[0013](6)一种基于能量演化及模糊层次分析岩石脆性的方法B
new
由峰前脆性指数B1，B2峰后脆性指数B3和其相应的权重a，b，c共同组成。
[0014]在本专利技术中，所述步骤(2)中弹性模量E，屈服应力σ
A
，屈服模量D，跌落模量M计算步骤如下：
[0015]1)弹性模量E：
[0016][0017]2)裂纹应变是指在应力作用下，岩石内部的原生裂纹起裂和扩展以及新裂纹产生导致的岩石轴向和径向变形的变化。对于岩石试样，体积应变ε
v
可由轴向应变(ε1)和侧向应变(ε2)表示：
[0018]ε
ν
＝ε1+2ε2ꢀꢀꢀꢀ
(2)
[0019]绘制体积应变ε
v
‑
轴向应变ε的关系曲线，体积裂纹开始出现拐点时，此时拐点对应的应力为岩石的裂纹损伤应力即屈服应力σ
A
。
[0020]3)屈服模量D：
[2021][0022]4)跌落模量M：
[0023][0024]5)理想峰值应力σ
D
：
[0025]理想情况下，峰值应力可以达到D点且满足胡克定律
[0026][0027][0028]在本专利技术中，所述步骤(4)中,计算峰前脆性指数B1计算过程如下：
[0029]1)计算弹性变形阶段岩石储存弹性能与峰值前总能量的比例B1[0030][0031][0032]式中：B1表征岩石的储能能力，与岩石脆性程度呈正相关；U
e
为峰前弹性能；U
d
为峰前耗散能；
[0033]2)计算岩石屈服阶段的屈服程度B2：
[0034][0035][0036]式中：B2表征岩石的屈服程度，与岩石脆性程度呈正相关；为损失弹性能；
为屈服阶段储存在岩石内部的弹性能；
[0037]3)计算峰后岩石弹性能释放的能力B3：
[0038][0039][0040]式中：B3表征岩石峰后弹性能释放的能力，与岩石脆性程度呈正相关；U
er
为残留在岩石内部的弹性能；额外能；U
f
破裂能。
[0041]在本专利技术中，所述步骤(5)中基于模糊层次分析法确定B1,B2,B3的权重，步骤如下：
[0042]1)建立层次结构，将脆性指数设置为决策层,将岩石破裂的3个阶段设置为准则层,将描述不同阶段的脆性指标设置为方案层。
[0043]2)基于能量演化确定每个阶段脆性指标的相对大小,建立最优矩阵(R)：
[0044][0045]3)通过公式(14)将最优举证(R)转化为模糊一致矩阵(F)：
[0046][0047]式中：r
ij
是模糊一致矩阵中i行j列的值；r
i
和r
j
是最优矩阵(R)中i行和j列的和；n是评价指标的数量；
[0048]4)通过公式(15)结合模糊一致矩阵(F)计算权重：
[0049][0050]W
S
表示权重；S1对应权重系数a；S2对应权重系数b；S3对应权重系数c；
[0051]在本专利技术，所述步骤(6)中基于能量演化及模糊层次分析的岩石脆性方法B
new
定义式如下：
[0052]B
new
＝aB1+bB2+cB
3 (16)
附图说明
[0053]图1基于应力
‑
应变曲线岩石破裂过程能量演化示意图。
[0054]图2岩石应力
‑
应变曲线及岩石屈服应力、屈服应变计算示意图。
[0055]图3层次结构示意图。
具体实施方式
[0056]下面根据附图和实例进一步说明本专利技术，以便于本
的技术人员理解本专利技术。但应该清楚，本专利技术不限于具体实施方式的范围，对本
的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于能量演化及模糊层次分析岩石脆性的方法，依次包括以下步骤：(1)选取储层的井下岩心，制作成直径25mm，长度50mm标准小岩柱，开展三轴压缩实验，以获取差应力σ
‑
轴向应变ε的关系曲线，即应力
‑
应变曲线；(2)在应力应变曲线上获取岩石的屈服应力σ
A
，峰值应力σ
B
，残余应力σ
C
，理想峰值应力σ
D
，屈服应变ε
a
，峰值应变ε
b
，残余应变ε
r
，峰值应力40％σ
0.4
，峰值应力60％σ
0.6
，峰值应力40％对应的轴向应变ε
0.4
，峰值应力60％对应的轴向应变ε
0.6
，并计算弹性模量E，屈服模量D，跌落模量M；(3)基于裂纹应变模型获取岩石的屈服应力σ
A
，屈服应变ε
a
；(4)弹性模量E，屈服模量D，跌落模量M计算步骤如下：1)2)3)(5)峰前脆性指数由岩石储存弹性能的能力B1和屈服程度B2共同评价岩石峰前脆性，B1表征弹性变形阶段弹性能储存的能量与峰前总能量的比例，B2表征屈服阶段弹性能增量与理想条件下屈服阶段弹性能增量的比例，峰后脆性指数由维持自我破裂的能力B3评价峰后脆性，B3由峰后消耗的弹性能与峰后破裂所需能量的比例；(6)基于模糊层次分析法，通过岩石应力
‑
应变曲线中弹性能U
e
，耗散能U
d
，额外能确定B1,B2,B3的权重a，b，c；(7)计算岩石的脆性指数B1,B2,B3步骤如下：1)计算峰前岩石储存弹...

【专利技术属性】
技术研发人员：毛金成，邓硕文，林冲，张阳，杨小江，毛金桦，李超，
申请(专利权)人：西南石油大学，
类型：发明
国别省市：