[发明专利]一种页岩储层粘土矿物水化膨胀致裂数值模拟方法

权利要求书

1.一种页岩储层粘土矿物水化膨胀致裂数值模拟方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：获取目标储层的宏观力学参数以及目标储层粘土矿物的基本资料，所述基本资料包括粘土矿物的分布特征、几何形状、几何参数、微观力学参数、最大膨胀率；

S2：根据步骤S1获取的参数，建立含有粘土矿物的有限元物理模型；

S3：建立粘土矿物膨胀裂缝起裂与扩展数学模型；

S4：根据步骤S2和步骤S3获取的模型，开展粘土矿物水化膨胀致裂数值模拟，分析不同膨胀率条件下的裂缝扩展形态。

2.根据权利要求1所述的页岩储层粘土矿物水化膨胀致裂数值模拟方法，其特征在于，步骤S1中，目标储层的宏观力学参数包括杨氏模量、泊松比以及抗拉强度。

3.根据权利要求2所述的页岩储层粘土矿物水化膨胀致裂数值模拟方法，其特征在于，步骤S1中，目标储层的宏观力学参数通过三轴岩石力学实验获取。

4.根据权利要求1所述的页岩储层粘土矿物水化膨胀致裂数值模拟方法，其特征在于，步骤S1中，粘土矿物的微观力学参数包括杨氏模量和泊松比。

5.根据权利要求4所述的页岩储层粘土矿物水化膨胀致裂数值模拟方法，其特征在于，步骤S1中，粘土矿物的分布特征通过偏光显微镜观测实验获取，粘土矿物的几何形状和几何参数通过扫描电镜观测实验获取，粘土矿物的杨氏模量通过纳米压痕实验获取，粘土矿物的泊松比取经验值，粘土矿物的最大膨胀率通过粘土矿物膨胀率实验获取。

6.根据权利要求1-5中任意一项所述的页岩储层粘土矿物水化膨胀致裂数值模拟方法，其特征在于，步骤S3中，所述粘土矿物膨胀裂缝起裂与扩展数学模型包括：

(1)考虑水化膨胀效应的页岩应力场模型：

式中：σ_x、σ_y分别为微元在x、y方向的应力；E为杨氏模量；μ为泊松比；ε_x、ε_y分别为微元在x、y方向的应变；Δω为含水量变化；α_x、α_y分别为粘土矿物在x、y方向的吸水膨胀系数；

(2)裂缝起裂准则

σ≤[σ] (2)

式中：σ为微元所受到的最大拉应力；[σ]为抗拉强度；

(3)裂缝扩展判据

式中：G_C为临界断裂能释放率；G_ⅠC、G_ⅡC分别为法向、第一切向裂缝断裂韧度；G_Ⅰ、G_Ⅱ、G_Ⅲ分别为法向、第一切向、第二切向裂缝能量释放率；n为各向应力在其对应位移上的功。