基于三维数字化的应力裂缝组合形态基础研究

Along with the development of oil and gas in marginal, deep and tight reservoir, Higher requests are being make in the study of hydraulic fracturing. The study of Stress fracture combination model based on the 3D digital is the technical basis to quantitative research of fracture morphology, the "matching" of fracture, complex fracture combination space and the influence of flow conductivity. Improving 3D laser scanning fracture experiment platform and analysis method to obtain 3D digital characteristic parameters by research. Group in microscopic mechanics, fracture mechanics and other mechanics theory to analysis of the stress fracture surface deformation and the characteristics of "matching". Based on the mechanics parameters of rock and characteristic parameters of 3D digital fracture surface, to establish stress fracture combination space characteristics model. Application of discrete element numerical simulation and experimental apparatus of fracture flow conductivity to verify the change rule of fracture width, using simulation and experimental results to improve the stress fracture combined space model. The research results could be used for study fractured rock mass deformation, and also make a a far-reaching influence of the development of oil and gas.

随着油气工业向着边际、深层、致密等油气层开发的进程，对储层改造技术研究提出了更高的要求。改造后裂缝形态及其导流能力的精确刻画是有效改造各类储层的研究基础。基于三维数字化的应力裂缝组合形态基础问题提出为定量化研究裂缝三维形态、裂缝面"吻合度"、复杂载荷裂缝面形组合及对裂缝导流能力影响提供理论基础。改进三维裂缝形态激光扫描实验平台及结果分析方法，定量描述裂缝形态三维数字化特征参数。结合细观力学、断裂力学等力学理论，分析应力作用裂缝表面变形及吻合度特征，在获取岩石力学参数和三维数字化面形特征参数基础上，建立起加载裂缝组合形态特征及裂缝宽度变化的数学模型。应用离散元数值模拟仿真以及裂缝导流能力实验仪对加载岩石裂缝宽度变化的规律进行验核，运用仿真和实验结果对加载裂缝组合形态数学模型进行改进。研究成果能为加载裂隙岩体变形等提供参考依据，也可望为油气储层压裂改造工艺的改进、促进低效油气开发带来深远影响。

裂缝的导流能力与裂缝表面形态密切相关，不同岩性、不同地质条件下岩石的裂缝表面各异，因此定量化研究裂缝双面组合的形态显得尤为重要。本研究设计并研发一套裂缝表面数字化分析方法，对不同条件下的裂缝表面形态进行定量化研究。应用细观力学模型、断裂力学模型以及损伤力学模型等多种理论方法，建立以弹塑性理论为基础的裂缝表面微凸体接触的细观力学模型。结合室内实验和数字化分析手段，建立基于吻合度的裂缝闭合模型。通过计算裂缝面滑移前后裂缝开度的分形维数和概率密度分布函数，利用多重分形理论对裂缝面和裂缝开度分布特征进行研究，建立裂缝滑移闭合模型，剖析滑移裂缝的闭合机理。综合逾渗理论和改进的分形维数计算方法，建立裂缝导流能力数学模型，定量分析裂缝的闭合机理和导流能力。研究成果能为加载裂隙岩体变形等提供参考依据，也可望为油气储层压裂改造工艺的改进、促进低效油气开发带来深远影响。