[发明专利]一种模拟岩石多裂缝同步竞争扩展的试验方法

权利要求书

1.一种模拟岩石多裂缝同步竞争扩展的试验方法，其特征在于：包括以下步骤，

（1）采用非常规储层岩块制备长方体试样；

（2）沿试样长边预制多条对称平行分布的裂缝；

（3）根据裂缝的长度、裂缝间距和分布形态，确定四点弯曲加载时两个支撑点和两个加载点的位置；

（4）建立长方体试样多裂缝四点弯曲加载的有限元模型，计算每条裂缝缝尖的应力强度因子；对比每条裂缝缝尖的应力强度因子，判断裂缝是否能同步起裂和同步扩展；

（5）根据设计的加载点和支撑点位置，对长方体试样开展四点弯曲试验；

（6）利用高速摄像机观测四点弯曲加载过程中多裂缝的同步扩展演化过程；

（7）试验结束后，观察裂缝的扩展形态，探讨多裂缝同步扩展中的竞争行为。

2.根据权利要求1所述的一种模拟岩石多裂缝同步竞争扩展的试验方法，其特征在于：非常规储层主要包括页岩气储层、煤层气储层和致密砂岩气储层。

3.根据权利要求1所述的一种模拟岩石多裂缝同步竞争扩展的试验方法，其特征在于：步骤（3）中确定四点弯曲加载时两个支撑点和两个加载点的位置具体为：四点弯曲加载时两个加载点和两个支撑点位置对称，裂缝均匀分布于两个加载点之间，加载点根据裂缝分布及裂缝间距确定，两个支撑点分别位于两个加载点外侧。

4.根据权利要求1所述的一种模拟岩石多裂缝同步竞争扩展的试验方法，其特征在于：步骤（4）中有限元模型为基于有限元软件的断裂力学模块建立的计算裂缝尖端应力强度因子的模型；

有限元模型应针对不同的试验方案分别建立，计算的应力强度因子主要包括I型和II型应力强度因子及T应力大小，进而根据I型和II型应力强度因子及T应力大小，判断多裂缝是否能同步起裂和同步扩展；

本步骤中，四点弯曲加载时，仅可通过现有理论获得单一对称裂缝缝尖的应力强度因子：

，

当a ≤ 0.5h 时

当a 0.5h 时

式中：M为对称面处的弯矩；为取决于的系数，与预制裂缝的长度有关；

而多条裂缝时的应力强度因子除与裂缝长度有关外，还与裂缝间距和裂缝条数有关，裂缝尖端的应力强度因子可表示成如下形式：

式中：l为试样长度，b为试样宽度，h为试样高度，a为预制裂缝长度(a ≤ 0.5h)，P为四点弯曲试验时施加的荷载，S_d为预制裂缝间的距离，S为相邻支撑点和加载点间的距离，n为预制裂缝条数；为取决于裂缝长度、裂缝间距和裂缝条数的系数，不能表示为显式函数，只能通过数值模拟法获得。

5.根据权利要求1所述的一种模拟岩石多裂缝同步竞争扩展的试验方法，其特征在于：步骤（5）中四点弯曲试验是三点弯曲试验的改进，在岩石力学试验系统的三点弯曲专用试验架上进行。

6.根据权利要求5所述的一种模拟岩石多裂缝同步竞争扩展的试验方法，其特征在于：步骤（6）中通过高速摄像机实时观测四点弯曲加载过程中多裂缝的起裂时间、扩展速度、扩展路径和转向等信息。

7.根据权利要求6所述的一种模拟岩石多裂缝同步竞争扩展的试验方法，其特征在于：步骤（7）中裂缝的扩展形态包括：裂缝的扩展路径和偏转角，高速摄像机观察到的裂缝扩展过程，裂缝扩展的速度和先后顺序，利用声发射探头观测到的声发射事件数、波形和位置，破裂面形态、扫描电镜断口扫描的破裂机制。

8.根据权利要求7所述的一种模拟岩石多裂缝同步竞争扩展的试验方法，其特征在于：步骤（7）中多裂缝同步扩展中的竞争行为包括：裂缝的扩展路径、扩展速度、转向行为和破裂机制。