【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及岩石力学与岩层压裂，特别涉及一种预脉冲组合压裂下岩石疲劳损伤测试及破裂仿真方法。
技术介绍
1、水力压裂是油气开采、围岩劈裂注浆等压裂工程的研究理论基础，涉及到能源开采、交通及水利工程等领域，静压压裂下水力裂缝以“主裂缝”的形式深入扩展，产生裂缝数量少，脉冲压裂能够产生“网状裂缝”，但裂缝扩展深度小，不易形成大规模压裂缝网，将两种压裂相结合构造一种更好的预脉冲组合压裂方法，能够避免了常规水力压裂存在的不足。在工程应用中发现，通过控制预脉冲水压加载频率和幅值等参数输出周期性变化脉冲水压往复循环作用在岩体上，引起岩体发生疲劳损伤，二次静压致裂促进压裂缝网的形成。预脉冲水压作用下脉冲加载参数很难确定，导致预脉冲加载时间长，岩层缝网压裂规模小，生产成本高。
2、预脉冲水力压裂通过调控预脉冲加载频率、幅值输出不同压裂水压，影响预脉冲加载阶段岩石疲劳损伤累积，改变二次静压致裂阶段裂裂缝扩展压裂效果。由于地层中预脉冲水压作用下岩石疲劳强度很难确定，特别是不同岩性地层预脉冲水压作用下岩石岩损伤抗拉强度衰减规律难以确定，影响预脉冲压裂控制参数的确定。同时，在模拟预脉冲组合水力压裂岩石破裂时，还没有实现疲劳强度退化，不能准确分析预脉冲组合压裂下岩石破裂及缝网形成机制。
3、公开号为cn107907431a的一种三轴加载脉冲水力压裂裂缝扩展动态监测试验装置，公开一种三轴水力压裂裂缝传递压力监测、裂缝发育及扩展规律研究的物理模拟实验系统平台，主要包括注液控制系统、三轴应力加载系统、缝内水压监测系统和声发射三维动态监
4、现有方案中，预脉冲组合压裂技术压裂参数选择多从数值模拟和现场采收效果进行评价，未从预脉冲压裂疲劳损伤机理方面考虑，难以获得准确压裂设计参数，影响预脉冲组合压裂效果，增加压裂成本。同时，在预脉冲组合压裂下预脉冲加载阶段，采用直接拉伸或巴西劈裂的方法测试岩石损伤抗拉强度，需要对岩样施加的应力进行卸载，不能反应真实脉冲加载应力路径下岩石的抗拉强度。预脉冲水压循环加载岩石强度劣化特征很难测试，并且已有水力压裂数值仿真没有建立起预脉冲组合水力压裂下考虑岩体强度劣化模拟分析方法，难以实现预脉冲组合压裂模拟，因此，预脉冲组合压裂参数很难设定，难以实现预脉冲组合压裂参数最优设计，提高岩层压裂效果，亟需一种预脉冲组合压裂下岩石疲劳损伤测试及破裂仿真方法。
技术实现思路
1、针对现有技术的不足之处，提供一种预脉冲组合压裂下岩石疲劳损伤测试及破裂仿真方法，通过室内静态真三轴水力压裂反演预脉冲组合压裂下预脉冲加载阶段岩石损伤抗拉强度及岩石损伤抗拉强度随预脉冲循环加载次数衰减劣化曲线，获得不同预脉冲加载参数下岩石损伤抗拉强度变化规律，建立预脉冲组合压裂下岩石破裂模型，通过连续-非连续方法建立预脉冲组合压裂下岩石破裂仿真模拟方法，实现预脉冲组合压裂下裂缝扩展模拟，用以获得预脉冲组合压裂优势加载参数。
2、本专利技术提供的一种预脉冲组合压裂下岩石疲劳损伤测试及破裂仿真方法，包括：
3、对岩石试样进行静压水力压裂测试得到静压破裂压力平均值；
4、获取脉冲加载水压，基于所述脉冲加载水压和所述静压破裂压力平均值的比值对所述岩石试样进行疲劳寿命测试得到不同比值下岩石试样的疲劳寿命；
5、基于所述不同比值下岩石试样的疲劳寿命对所述岩石试样进行预脉冲加载得到不同循环加载次数下的岩石试样；
6、对所述不同循环加载次数下的岩石试样进行二次静压致裂得到不同循环加载次数对应的岩石试样破裂压力和岩石试样损伤抗拉强度；
7、基于所述同循环加载次数的岩石试样损伤抗拉强度构建预脉冲组合压裂岩石破裂模型；
8、基于所述预脉冲组合压裂岩石破裂模型优化预脉冲组合压裂参数。
9、可选地，基于真三轴静压水力压裂方法对所述岩石试样进行一次静压水力压裂测试得到静压破裂压力平均值。
10、可选地，对所述岩石试样进行预脉冲加载得到不同循环加载次数下的岩石试样前还包括设置预脉冲加载次数比，其中，所述预脉冲加载次数比的计算公式为：c＝n/n
11、式中，c表示预脉冲加载次数比，n表示预脉冲循环加载次数，n表示岩石试样疲劳寿命。
12、可选地，对所述不同循环加载次数下的岩石试样进行二次静压致裂得到不同循环加载次数对应的岩石试样破裂压力和岩石试样损伤抗拉强度的过程包括：
13、对所述不同循环加载次数下的岩石试样进行静压水力压裂测试得到岩石试样破裂压力；
14、基于所述岩石试样破裂压力采用水力压裂破裂公式进行反演得到所述岩石试样损伤抗拉强度。
15、可选地，所述水力压裂破裂公式为：
16、
17、式中，t表示试样抗拉强度，po表示孔隙水压，k表示岩石孔隙弹性参数,σh表示水平最大主应力，σh表示水平最小主应力，k的取值范围为1<k<2。
18、可选地，基于所述不同循环加载次数的岩石试样损伤抗拉强度构建预脉冲组合压裂岩石破裂模型的过程包括：
19、基于所述不同循环加载次数的岩石试样损伤抗拉强度得到不同循环加载次数的岩石试样抗拉强度劣化曲线；
20、对所述不同循环加载次数的岩石试样抗拉强度劣化曲线进行拟合得到岩石强度衰减拟合曲线；
21、将所述岩石强度衰减拟合曲线引入改进内聚力模型中建立预脉冲组合压裂岩石破裂模型。
22、可选地，对所述不同循环加载次数的岩石试样抗拉强度劣化曲线进行拟合的公式为：
23、
24、
25、式中，t(0)表示静压水力压裂下试样抗拉强度，t(n)表示预脉冲水压下加载次数为n时试样疲劳损伤抗拉强度，tf表示试样疲劳抗拉强度，n表示预脉冲循环加载次数，n表示疲劳寿命，v表示预脉冲水压加载应力系数，t(0)为静压水力压裂下试样抗拉强度，t(n)为预脉冲水压加载下脉冲加载疲劳寿命为n时，试样疲劳抗拉强度，t(n)为预脉冲水压下加载次数为n时试样损伤抗拉强度。
26、可选地，所述脉冲组合压裂岩石破裂模型包括预脉冲加载阶段和二次静压致裂阶段，所述脉冲组合压裂岩石破裂模型为：
27、
28、式中，tf为试样疲劳抗拉强度，当tf＝t0表示试样静态抗拉强度；当tf＝tn为不同加载次数(n)下的损伤抗拉强度，当tf＝tc为二次静压致裂时试样强度，un表示断裂面的法向位移，uno表示断裂面的临界法向位移，unn表示断裂面的极限法向位移。
29、可选地，所述脉冲组合压裂岩石破裂模型还包括基于连续非连续数值方法完成预脉冲组合压裂下岩体疲劳破裂仿真。
30、可选地，所述预脉冲组合压裂下岩体疲劳破本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种预脉冲组合压裂下岩石疲劳损伤测试及破裂仿真方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的预脉冲组合压裂下岩石疲劳损伤测试及破裂仿真方法，其特征在于，基于真三轴静压水力压裂方法对所述岩石试样进行一次静压水力压裂测试得到静压破裂压力平均值。
3.根据权利要求1所述的预脉冲组合压裂下岩石疲劳损伤测试及破裂仿真方法，其特征在于，对所述岩石试样进行预脉冲加载得到不同循环加载次数下的岩石试样前还包括设置预脉冲加载次数比，其中，所述预脉冲加载次数比的计算公式为：C＝n/N
4.根据权利要求1所述的预脉冲组合压裂下岩石疲劳损伤测试及破裂仿真方法，其特征在于，对所述不同循环加载次数下的岩石试样进行二次静压致裂得到不同循环加载次数对应的岩石试样破裂压力和岩石试样损伤抗拉强度的过程包括：
5.根据权利要求4所述的预脉冲组合压裂下岩石疲劳损伤测试及破裂仿真方法，其特征在于，所述水力压裂破裂公式为：
6.根据权利要求1所述的预脉冲组合压裂下岩石疲劳损伤测试及破裂仿真方法，其特征在于，基于所述不同循环加载次数的岩石试样损伤抗拉强度构建预
7.根据权利要求6所述的预脉冲组合压裂下岩石疲劳损伤测试及破裂仿真方法，其特征在于，对所述不同循环加载次数的岩石试样抗拉强度劣化曲线进行拟合的公式为：
8.根据权利要求6所述的预脉冲组合压裂下岩石疲劳损伤测试及破裂仿真方法，其特征在于，所述脉冲组合压裂岩石破裂模型包括预脉冲加载阶段和二次静压致裂阶段，所述脉冲组合压裂岩石破裂模型为：
9.根据权利要求6所述的预脉冲组合压裂下岩石疲劳损伤测试及破裂仿真方法，其特征在于，所述脉冲组合压裂岩石破裂模型还包括基于连续非连续数值方法完成预脉冲组合压裂下岩体疲劳破裂仿真。
10.根据权利要求9所述的预脉冲组合压裂下岩石疲劳损伤测试及破裂仿真方法，其特征在于，所述预脉冲组合压裂下岩体疲劳破裂仿真还包括裂缝扩展损伤表征，计算公式如下：
...【技术特征摘要】
1.一种预脉冲组合压裂下岩石疲劳损伤测试及破裂仿真方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的预脉冲组合压裂下岩石疲劳损伤测试及破裂仿真方法，其特征在于，基于真三轴静压水力压裂方法对所述岩石试样进行一次静压水力压裂测试得到静压破裂压力平均值。
3.根据权利要求1所述的预脉冲组合压裂下岩石疲劳损伤测试及破裂仿真方法，其特征在于，对所述岩石试样进行预脉冲加载得到不同循环加载次数下的岩石试样前还包括设置预脉冲加载次数比，其中，所述预脉冲加载次数比的计算公式为：c＝n/n
4.根据权利要求1所述的预脉冲组合压裂下岩石疲劳损伤测试及破裂仿真方法，其特征在于，对所述不同循环加载次数下的岩石试样进行二次静压致裂得到不同循环加载次数对应的岩石试样破裂压力和岩石试样损伤抗拉强度的过程包括：
5.根据权利要求4所述的预脉冲组合压裂下岩石疲劳损伤测试及破裂仿真方法，其特征在于，所述水力压裂破裂公式为：
6.根据权利要求1所...
【专利技术属性】
技术研发人员：魏超，蔚立元，杨为民，苏海建，张涛，耿莘涛，武东阳，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：发明
国别省市：
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