[發明專利]一種裂縫面粗糙度各向異性表征方法

有效

• 申請號: 201810859415.2
• 申請日: 2018-08-01
• 公開（公告）號: CN108896004B
• 公開（公告）日: 2020-03-20
• 發明（設計）人: 劉敬壽
• 申請（專利權）人: 中國石油大學（華東）
• 主分類號: G01B21/30
• 分類號: G01B21/30
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明涉及石油地質以及巖土工程領域，尤其是一種裂縫面粗糙度各向異性表征方法。利用巖石表面形貌儀、接觸打孔器、數字表面粗糙度儀、攝影測量法以及三維激光掃描儀等方法或裝置，獲取裂縫面的三維信息數據；通過構建不同方向裂縫面粗糙度評價單元以及標準節理輪廓線數據庫，建立的裂縫面跨尺度評價模型，實現裂縫面粗糙度各向異性的表征。本發明專利通過建立相應的數學算法，實現裂縫面粗糙度各向異性的程序化表征，具有較高的實用價值，并且預測成本低廉、可操作性強，能大量減少人力、財力的支出，預測結果對評估裂縫面的力學性質在工程實踐中的應用以及石油地質等多個方面具有重要的意義。

技術領域

本發明涉及石油地質以及巖土工程領域，尤其是一種裂縫面粗糙度各向異性表征方法。

背景技術

裂縫的粗糙度會影響裂縫的應力、應變的分布；裂縫(節理)粗糙度系數(JRC)是巖石裂縫表面幾何形態的定量描述參數JRC，值。Barton and Choubey(1977)根據大量模型試驗和現場觀測結果，提出了標準粗糙度等級剖面曲線。該曲線將JRC值分為10個區間，范圍為0≤JRC≤20。在實際應用中，將實際結構面剖面曲線與標準粗糙度等級剖面曲線進行對比，從而確定JRC值。目前，裂縫三維表面形貌常用CT三維掃、激光三維掃描儀、表面光度儀以及位移傳感器測量。裂縫面粗糙度影響巖體的物理、力學和水力學等性質，是客觀地預測裂縫抗剪強度、位移時產生的膨脹和水力傳導特征的關鍵(Kulatilake et al.,2008；葛云峰等，2012；Bisdom et al.,2016)，并可能影響斷層的走滑(Power et al.,1987)。Barton(1982)通過大量實驗，將節理力學開度與水力等效開度用粗糙度系數JRC聯系了起來。

巖體結構面(諸如層面、節理、斷層、裂隙等)是地質作用和人類活動的結果，是巖體的重要組成部分，其力學性質不僅影響巖體的基本物理力學性質，還在很大程度上控制著工程巖體的變形、強度及穩定性。而巖體結構面粗糙度又是結構面力學性質的重要影響因素。只有充分認識結構面的粗糙特性并能準確對其進行定量化評價，才可以更好地掌握其力學特性。因此，巖體結構面粗糙度是巖石力學界學者們研究的焦點之一。很少有學者將結構面的各向異性和尺寸效應特征統一起來進行研究，因而仍不能全面分析結構面的各向異性特征，準確把握其尺寸效應。巖體結構面粗糙度特性是巖體節理力學性質的重要影響因素之一。關于裂縫面形貌特征的表征，國內外學者做了大量的工作。但是，大多數學者是在裂縫面形貌各向同性的基礎上開展研究工作的。然而，研究表明，裂縫面的剪切力學性質及水力力學特性表現出明顯的各向異性特征，這一現象主要源于裂縫面形貌粗糙度的各向異性。因此，準確把握巖體裂縫面形貌粗糙度的方向特征，進而準確評估裂縫面的力學性質在工程實踐中具有重要的意義。鑒于此，尋找一種科學有效的方法評估裂縫面粗糙度的各向異性特征顯得至關重要。

本發明專利利用巖石表面形貌儀、接觸打孔器、數字表面粗糙度儀、攝影測量法以及三維激光掃描儀方法或裝置，獲取裂縫面的三維信息數據。通過構建不同方向裂縫面粗糙度評價單元以及標準節理輪廓線數據庫，建立的裂縫面跨尺度評價模型，實現裂縫面粗糙度各向異性的表征。

發明內容

本發明旨在解決上述問題，提供了一種裂縫面粗糙度各向異性表征方法，它實現了一個地區儲層多期次裂縫分期評價預測。

本發明的技術方案為：一種裂縫面粗糙度各向異性表征方法，具體步驟如下：

第一步裂縫面形貌獲取；

利用巖石表面形貌儀、接觸打孔器、數字表面粗糙度儀、攝影測量法以及三維激光掃描儀等方法或裝置，獲取裂縫面的三維信息數據；

第二步不同方向裂縫面粗糙度評價單元構建；

利用獲取的裂縫面三維數據信息，建立不同方向裂縫面粗糙度評價單元，定義θ為裂縫面粗糙度的評價方向，是裂縫面粗糙度的評價方向與正北方向的夾角(圖2)；

第三步標準節理輪廓線數據庫構建；