[發(fā)明專利]一種基于數(shù)字巖心的頁巖力學(xué)參數(shù)快速計(jì)算方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710288425.0
• 申請日: 2017-04-27
• 公開（公告）號: CN107045580B
• 公開（公告）日: 2020-04-21
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 曾青冬;姚軍;張磊;劉文政
• 申請（專利權(quán)）人: 中國石油大學(xué)（華東）
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G06Q50/02
• 代理公司: 濟(jì)南金迪知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 37219
• 代理人: 楊樹云

本發(fā)明涉及一種基于數(shù)字巖心的頁巖力學(xué)參數(shù)快速計(jì)算方法，包括：(1)構(gòu)建頁巖礦物組分三維數(shù)字巖心；A、掃描頁巖結(jié)構(gòu)，得到頁巖礦物結(jié)構(gòu)圖，計(jì)算脆性礦物百分含量；B、構(gòu)建頁巖礦物組分三維數(shù)字巖心；(2)基于頁巖礦物組分三維數(shù)字巖心有限元并行計(jì)算；C、對三維數(shù)字巖心依次進(jìn)行區(qū)域分解、離散化，得到若干三維像素；D、施加一個(gè)宏觀應(yīng)變，使得該三維數(shù)字巖心彈性勢能最小，求取由該宏觀應(yīng)變引起的平均應(yīng)力，求得整體頁巖的巖石力學(xué)參數(shù)。本發(fā)明考慮頁巖礦物組分對頁巖力學(xué)參數(shù)的影響，計(jì)算結(jié)果更加準(zhǔn)確。對數(shù)字巖心進(jìn)行區(qū)域分解，基于并行計(jì)算對三維數(shù)字巖心進(jìn)行有限元模擬，不丟失數(shù)字巖心信息，準(zhǔn)確計(jì)算巖石力學(xué)參數(shù)，節(jié)省計(jì)算時(shí)間。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種基于數(shù)字巖心的頁巖力學(xué)參數(shù)快速計(jì)算方法，屬于頁巖油氣藏勘探開發(fā)技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

頁巖力學(xué)參數(shù)的獲取對于水平井鉆井和水力壓裂開采具有重要作用，研究表明彈性模量與頁巖脆性具有一定的相關(guān)性，因此準(zhǔn)確測定頁巖彈性模量對于尋找油氣甜點(diǎn)也具有重要作用。實(shí)際礦場通常采用巖石力學(xué)實(shí)驗(yàn)測定頁巖力學(xué)參數(shù)，然而由于頁巖脆性高，對頁巖開展巖石力學(xué)實(shí)驗(yàn)難度大，而且具有費(fèi)用高、時(shí)間長等缺點(diǎn)。

隨著CT和掃描電鏡技術(shù)的發(fā)展，對頁巖微觀結(jié)構(gòu)的研究取得了極大的進(jìn)展。通過二值圖像分割方法，把數(shù)字巖心圖像轉(zhuǎn)換成表征孔隙空間和顆粒結(jié)構(gòu)的二值圖，此方法對于傳統(tǒng)高滲砂巖效果較好，但是對于致密頁巖來說，礦物組分信息復(fù)雜，二值圖像無法準(zhǔn)確地描述頁巖力學(xué)特征，直接用于測定頁巖彈性參數(shù)具有較大誤差。因此，建立頁巖礦物組分三維數(shù)字巖心對于計(jì)算其巖石力學(xué)參數(shù)具有重要意義。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種基于數(shù)字巖心的頁巖力學(xué)參數(shù)快速計(jì)算方法；

根據(jù)X射線熒光分析(或EDS能譜分析)可以建立頁巖礦物組分圖，然后基于數(shù)字巖心構(gòu)建方法，能夠構(gòu)建考慮礦物組分的三維數(shù)字巖心。對數(shù)字巖心進(jìn)行有限元模擬時(shí)，每一個(gè)像素表示為一個(gè)三線性的有限元，為了準(zhǔn)確地計(jì)算頁巖的力學(xué)參數(shù)，必須取構(gòu)建得到的三維數(shù)字巖心的較大覆蓋區(qū)域，然而這將導(dǎo)致有限元自由度急速增長，因此有必要采用區(qū)域分解方法基于并行計(jì)算對三維數(shù)字巖心進(jìn)行有限元模擬，最終求取整體頁巖巖石力學(xué)參數(shù)。

本發(fā)明所述方法不僅計(jì)算速度快，而且還花費(fèi)少。

術(shù)語解釋

1、頁巖力學(xué)參數(shù)，是指頁巖的巖石力學(xué)參數(shù)，主要包括楊氏模量、體積模量、剪切模量、泊松比、抗拉強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度等參數(shù)。

2、脆性礦物，是指斷裂或破壞前表現(xiàn)出極少或沒有塑性形變的礦物成分，頁巖脆性礦物主要包括石英和碳酸鹽礦物。

3、體素，是體積元素(volumepixel)的簡稱，包含體素的立體可以通過立體渲染或者提取給定閾值輪廓的多邊形等值面表現(xiàn)出來。

4、頁巖體積模量，是指頁巖平均應(yīng)力與體應(yīng)變的比值。

5、頁巖剪切模量，是指頁巖剪切應(yīng)力與剪切應(yīng)變的比值。

6、頁巖楊氏模量，是指巖石單軸應(yīng)力和單軸應(yīng)變之間的比值。

7、頁巖泊松比，是指巖石在單向受拉或受壓時(shí)，橫向正應(yīng)變與軸向正應(yīng)變的絕對值的比值。

本發(fā)明的技術(shù)方案為：

一種基于數(shù)字巖心的頁巖力學(xué)參數(shù)快速計(jì)算方法，包括：

(1)構(gòu)建頁巖礦物組分三維數(shù)字巖心

A、掃描頁巖結(jié)構(gòu)，分析得到頁巖礦物結(jié)構(gòu)圖，并計(jì)算脆性礦物的體積百分含量；

B、基于頁巖礦物結(jié)構(gòu)圖，采用數(shù)字巖心構(gòu)建方法構(gòu)建頁巖礦物組分三維數(shù)字巖心；頁巖礦物組分三維數(shù)字巖心各體素由頁巖礦物組分構(gòu)成；

(2)基于頁巖礦物組分三維數(shù)字巖心的有限元并行計(jì)算