[发明专利]一种裂缝面粗糙度各向异性表征方法

说明书

本发明涉及石油地质以及岩土工程领域，尤其是一种裂缝面粗糙度各向异性表征方法。利用岩石表面形貌仪、接触打孔器、数字表面粗糙度仪、摄影测量法以及三维激光扫描仪等方法或装置，获取裂缝面的三维信息数据；通过构建不同方向裂缝面粗糙度评价单元以及标准节理轮廓线数据库，建立的裂缝面跨尺度评价模型，实现裂缝面粗糙度各向异性的表征。本发明专利通过建立相应的数学算法，实现裂缝面粗糙度各向异性的程序化表征，具有较高的实用价值，并且预测成本低廉、可操作性强，能大量减少人力、财力的支出，预测结果对评估裂缝面的力学性质在工程实践中的应用以及石油地质等多个方面具有重要的意义。

技术领域

本发明涉及石油地质以及岩土工程领域，尤其是一种裂缝面粗糙度各向异性表征方法。

背景技术

裂缝的粗糙度会影响裂缝的应力、应变的分布；裂缝(节理)粗糙度系数(JRC)是岩石裂缝表面几何形态的定量描述参数JRC，值。Barton and Choubey(1977)根据大量模型试验和现场观测结果，提出了标准粗糙度等级剖面曲线。该曲线将JRC值分为10个区间，范围为0≤JRC≤20。在实际应用中，将实际结构面剖面曲线与标准粗糙度等级剖面曲线进行对比，从而确定JRC值。目前，裂缝三维表面形貌常用CT三维扫、激光三维扫描仪、表面光度仪以及位移传感器测量。裂缝面粗糙度影响岩体的物理、力学和水力学等性质，是客观地预测裂缝抗剪强度、位移时产生的膨胀和水力传导特征的关键(Kulatilake et al.,2008；葛云峰等，2012；Bisdom et al.,2016)，并可能影响断层的走滑(Power et al.,1987)。Barton(1982)通过大量实验，将节理力学开度与水力等效开度用粗糙度系数JRC联系了起来。

岩体结构面(诸如层面、节理、断层、裂隙等)是地质作用和人类活动的结果，是岩体的重要组成部分，其力学性质不仅影响岩体的基本物理力学性质，还在很大程度上控制着工程岩体的变形、强度及稳定性。而岩体结构面粗糙度又是结构面力学性质的重要影响因素。只有充分认识结构面的粗糙特性并能准确对其进行定量化评价，才可以更好地掌握其力学特性。因此，岩体结构面粗糙度是岩石力学界学者们研究的焦点之一。很少有学者将结构面的各向异性和尺寸效应特征统一起来进行研究，因而仍不能全面分析结构面的各向异性特征，准确把握其尺寸效应。岩体结构面粗糙度特性是岩体节理力学性质的重要影响因素之一。关于裂缝面形貌特征的表征，国内外学者做了大量的工作。但是，大多数学者是在裂缝面形貌各向同性的基础上开展研究工作的。然而，研究表明，裂缝面的剪切力学性质及水力力学特性表现出明显的各向异性特征，这一现象主要源于裂缝面形貌粗糙度的各向异性。因此，准确把握岩体裂缝面形貌粗糙度的方向特征，进而准确评估裂缝面的力学性质在工程实践中具有重要的意义。鉴于此，寻找一种科学有效的方法评估裂缝面粗糙度的各向异性特征显得至关重要。

本发明专利利用岩石表面形貌仪、接触打孔器、数字表面粗糙度仪、摄影测量法以及三维激光扫描仪方法或装置，获取裂缝面的三维信息数据。通过构建不同方向裂缝面粗糙度评价单元以及标准节理轮廓线数据库，建立的裂缝面跨尺度评价模型，实现裂缝面粗糙度各向异性的表征。

发明内容

本发明旨在解决上述问题，提供了一种裂缝面粗糙度各向异性表征方法，它实现了一个地区储层多期次裂缝分期评价预测。

本发明的技术方案为：一种裂缝面粗糙度各向异性表征方法，具体步骤如下：

第一步裂缝面形貌获取；

利用岩石表面形貌仪、接触打孔器、数字表面粗糙度仪、摄影测量法以及三维激光扫描仪等方法或装置，获取裂缝面的三维信息数据；

第二步不同方向裂缝面粗糙度评价单元构建；

利用获取的裂缝面三维数据信息，建立不同方向裂缝面粗糙度评价单元，定义θ为裂缝面粗糙度的评价方向，是裂缝面粗糙度的评价方向与正北方向的夹角(图2)；

第三步标准节理轮廓线数据库构建；