[發明專利]界面裂紋II型剪切動態應力強度因子測試系統和方法

在審

• 申請號: 202110356308.X
• 申請日: 2021-04-01
• 公開（公告）號: CN113075060A
• 公開（公告）日: 2021-07-06
• 發明（設計）人: 周文高;朱炬輝;王素兵;陳明忠;管彬;石孝志;耿周梅;齊天俊;曾凌翔;鄒龍慶
• 申請（專利權）人: 中國石油天然氣集團有限公司;中國石油集團川慶鉆探工程有限公司
• 主分類號: G01N3/24
• 分類號: G01N3/24
• 代理公司: 成都中璽知識產權代理有限公司 51233
• 代理人: 邢偉;潘銀虎

本發明提供了一種界面裂紋II型剪切動態應力強度因子測試系統和方法，測試系統包括加壓模塊、測量模塊和界面裂紋II型剪切動態應力強度因子計算模塊；測試方法包括：S1、加工含有預制裂紋的試件塊；S2、利用測試系統對試件塊施加荷載，并記錄試件塊斷裂過程；S3、獲得N個特征點的開口位移量和剪切位移量；S4、計算N個特征點的應力強度因子并構造數據點(K_IIk，r_k)；S5、擬合與r的一次函數關系式，其截距值就是t_j時的裂尖應力強度因子；S6、重復步驟S3至S5，計算所有時刻的裂尖II型應力強度因子。本發明能夠計算裂紋尖端的應力強度因子，操作簡單，結果可靠，可為相關工作提供技術參考。

技術領域

本發明涉及石油勘探開發技術領域，具體來講，涉及一種界面裂紋II型剪切動態應力強度因子測試系統和方法。

背景技術

自然界中存在許多層狀巖石，例如頁巖、煤層、砂泥巖、互層巖石等等，在進行水力壓裂作業過程當中，水力裂縫擴展至層狀巖石界面時，水力裂縫的走向及其引起的界面滑移等問題備受關注。當裂縫穿過界面沿著垂向擴展時，有利于增加水力裂縫高度，提高儲層改造效果；當水力層狀巖石層間膠結強度較弱時，水力裂縫有可能沿著層間界面擴展，降低水力裂縫高度，造成壓裂液漏失，降低壓裂效果，漏失的壓裂液甚至可能造成對鄰近井的井間干擾，影響其鄰近井的正常作業。

根據斷裂力學理論，裂縫延伸準則為尖端應力強度因子大于斷裂韌度，因此，獲得層狀巖石斷裂過程中的界面應力強度因子對于裂縫在層狀巖石內的擴展路徑判斷具有重要意義，可對裂縫的走向進行合理預測。

在非常規油氣水力壓裂過程中，層狀巖石界面剪切滑移關系著水力裂縫的擴展規律，而II型剪切動態應力強度因子是控制剪切滑移過程的關鍵參數。然而，目前只能根據公式推導計算獲得層狀巖石界面動態II型應力強度因子，計算復雜，難于操作，不利于為相關工作提供技術參考。

發明內容

發明人經研究發現：現有的關于計算層狀巖石界面裂紋II型剪切應力強度因子的公式中含有項，在r→0的情況下，裂紋II型剪切應力強度因子趨于無窮大，裂紋尖端具有奇異性。也就是說，由于函數奇異性的存在，無法利用現有公式直接計算裂紋尖端處的II型剪切應力強度因子。因此，可以采用外推法間接計算得到在裂紋尖端處的II型剪切應力強度因子。

本發明的目的在于解決現有技術存在的上述不足中的至少一項。例如，本發明的目的之一在于提供一種能夠結合彎曲試驗和裂紋尖端應變場函數來計算層狀巖石界面裂紋II型剪切動態應力強度因子的測試系統和測試方法。