[发明专利]一种基于数字岩心的页岩力学参数快速计算方法

说明书

本发明涉及一种基于数字岩心的页岩力学参数快速计算方法，包括：(1)构建页岩矿物组分三维数字岩心；A、扫描页岩结构，得到页岩矿物结构图，计算脆性矿物百分含量；B、构建页岩矿物组分三维数字岩心；(2)基于页岩矿物组分三维数字岩心有限元并行计算；C、对三维数字岩心依次进行区域分解、离散化，得到若干三维像素；D、施加一个宏观应变，使得该三维数字岩心弹性势能最小，求取由该宏观应变引起的平均应力，求得整体页岩的岩石力学参数。本发明考虑页岩矿物组分对页岩力学参数的影响，计算结果更加准确。对数字岩心进行区域分解，基于并行计算对三维数字岩心进行有限元模拟，不丢失数字岩心信息，准确计算岩石力学参数，节省计算时间。

技术领域

本发明涉及一种基于数字岩心的页岩力学参数快速计算方法，属于页岩油气藏勘探开发技术领域。

背景技术

页岩力学参数的获取对于水平井钻井和水力压裂开采具有重要作用，研究表明弹性模量与页岩脆性具有一定的相关性，因此准确测定页岩弹性模量对于寻找油气甜点也具有重要作用。实际矿场通常采用岩石力学实验测定页岩力学参数，然而由于页岩脆性高，对页岩开展岩石力学实验难度大，而且具有费用高、时间长等缺点。

随着CT和扫描电镜技术的发展，对页岩微观结构的研究取得了极大的进展。通过二值图像分割方法，把数字岩心图像转换成表征孔隙空间和颗粒结构的二值图，此方法对于传统高渗砂岩效果较好，但是对于致密页岩来说，矿物组分信息复杂，二值图像无法准确地描述页岩力学特征，直接用于测定页岩弹性参数具有较大误差。因此，建立页岩矿物组分三维数字岩心对于计算其岩石力学参数具有重要意义。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种基于数字岩心的页岩力学参数快速计算方法；

根据X射线荧光分析(或EDS能谱分析)可以建立页岩矿物组分图，然后基于数字岩心构建方法，能够构建考虑矿物组分的三维数字岩心。对数字岩心进行有限元模拟时，每一个像素表示为一个三线性的有限元，为了准确地计算页岩的力学参数，必须取构建得到的三维数字岩心的较大覆盖区域，然而这将导致有限元自由度急速增长，因此有必要采用区域分解方法基于并行计算对三维数字岩心进行有限元模拟，最终求取整体页岩岩石力学参数。

本发明所述方法不仅计算速度快，而且还花费少。

术语解释

1、页岩力学参数，是指页岩的岩石力学参数，主要包括杨氏模量、体积模量、剪切模量、泊松比、抗拉强度和抗压强度等参数。

2、脆性矿物，是指断裂或破坏前表现出极少或没有塑性形变的矿物成分，页岩脆性矿物主要包括石英和碳酸盐矿物。

3、体素，是体积元素(volumepixel)的简称，包含体素的立体可以通过立体渲染或者提取给定阈值轮廓的多边形等值面表现出来。

4、页岩体积模量，是指页岩平均应力与体应变的比值。

5、页岩剪切模量，是指页岩剪切应力与剪切应变的比值。

6、页岩杨氏模量，是指岩石单轴应力和单轴应变之间的比值。

7、页岩泊松比，是指岩石在单向受拉或受压时，横向正应变与轴向正应变的绝对值的比值。

本发明的技术方案为：

一种基于数字岩心的页岩力学参数快速计算方法，包括：

(1)构建页岩矿物组分三维数字岩心

A、扫描页岩结构，分析得到页岩矿物结构图，并计算脆性矿物的体积百分含量；

B、基于页岩矿物结构图，采用数字岩心构建方法构建页岩矿物组分三维数字岩心；页岩矿物组分三维数字岩心各体素由页岩矿物组分构成；

(2)基于页岩矿物组分三维数字岩心的有限元并行计算