一种岩石错动裂缝面的间隙评价方法
【专利摘要】本发明涉及一种错动裂缝面的间隙评价方法，将地层岩心劈裂成两块岩石，分别获得具有对应关系两个裂缝面A和B；用三维激光扫描仪分别对两块岩心的对应裂缝面扫描，获得两块岩石裂缝表面的原始三维几何数据(x，y，z)；利用三角函数关系整体改变A裂缝面的原始三维几何数据，可模拟A裂缝面在不同方位上的错动；将A裂缝面错动后的三维几何数据单轴翻转，获得A裂缝面新的三维几何数据；将A裂缝面的新的三维几何数据与B裂缝面的原始三维几何数据累加，获得错动后裂缝面上的间隙数量及不同坐标位置上间隙的分布情况。本方法获得的错动裂缝面上的间隙数量和分布情况与实际的裂缝形态一致，极大提升了精度，较好的满足细观力学的数字模拟研究。
【专利说明】一种岩石错动裂缝面的间隙评价方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于石油与天然气工程领域，涉及油气田开采技术的室内实验评价，尤其 是一种岩石错动裂缝面的间隙评价方法。
【背景技术】
[0002] 地层岩石在受构造运动或水力压裂等因素的影响时会产生裂缝，由于裂缝分开后 的两块岩石所受的应力方位角具有差异，当应力释放结束后，两块岩石上对应的裂缝面可 能会产生或多或少地错动，并不会完全闭合，形成具有一定间隙和导流能力裂缝通道。目前 在评价对应裂缝面形成的导流能力的实验方法比较成熟，但无法评价对应裂缝面有错动时 产生的间隙，也无法应用一组裂缝面评价不同错动方向与错动位移产生的间隙。
[0003] 通过检索，发现如下三篇相关的公开专利文献：
[0004] 1、一种基于岩心测量的地层裂缝空间重构方法（CN103114848A)，包括以下步骤： S1、选取裂缝岩心；S2、使用非接触式测量系统对裂缝岩样进行扫描及处理，得到曲面图； S3、采用三维点云数据逆向工程软件，获得形态数据；S4、导出数据，并生成点云文件；S5、 将点云文件使用MATLAB生成裂缝空间网格图；S6、绘制等高线；S7、处理生成空间高度图； S8、对图形作必要的旋转和移动，得到重构裂缝空间模型。
[0005] 2、一种大尺寸火山岩水力裂缝起裂与扩展CT扫描裂缝监测方法 (CN103573251A)，所述方法是在水力压裂物理模拟压裂实验前和实验后分别对火山岩的岩 石样本进行CT扫描，通过对比实验前和实验后所述岩石样本的变化实现对大尺寸火山岩 水力裂缝的监测以及直观分析水力裂缝的起裂与扩展规律。
[0006] 3、一种工程地质裂缝三维变形测量仪（CN101008565)，其特征是将方位测量仪、倾 角测量仪和光栅位移测量仪有机地结合起来，通过测量两点之间的空间长度，方位角和倾 角，得到裂缝水平拉张，水平错动和垂向错动变形值。
[0007] 通过技术特征对比，上述三篇专利文献与本专利申请的方法有本质的不同。
【发明内容】
[0008] 本发明的目的在于克服现有技术的不足之处，提供一种适用评价岩石错动裂缝面 的方法，以测定岩心裂缝面发生错动时产生的间隙数量及分布情况。
[0009] 本发明解决技术问题所采用的技术方案是：
[0010] 一种岩石裂缝面的间隙评价方法，具体步骤如下：
[0011] ⑴将地层岩心劈裂开获得两个对应裂缝面A和B ;
[0012] ⑵用扫描仪分别对两块岩心的对应裂缝面扫描，获得两块岩石裂缝表面的原始三 维几何数据，空间点用（X，y，Z)表示；
[0013] ⑶将A裂缝面的原始三维几何数据单轴翻转，获得A裂缝面新的三维几何数据；
[0014] ⑷将A裂缝面的新的三维几何数据与B裂缝面的原始三维几何数据累加，获得岩 石裂缝面上的间隙数量以及不同坐标位置上间隙的分布情况。
[0015] 而且，所述步骤⑷中的数据累加是按xy平面坐标相同的点，Z值相加，将Z值最小 值设定为零。
[0016] 一种岩石错动裂缝面的间隙评价方法，具体步骤如下：
[0017] ⑴将地层岩心劈裂开获得两个对应裂缝面A和B ;
[0018] ⑵用扫描仪分别对两块岩心的对应裂缝面扫描，获得两块岩石裂缝表面的原始三 维几何数据，空间点用（X，y，z)表示；
[0019] ⑶对A裂缝面的原始三维几何数据整体改变X值、y值，完成在y方向、X方向上地 错动，错动位移即为改变值与原始值的差值，或利用三角函数关系同时改变X值和y值，形 成一定角度的错动；
[0020] ⑷将经步骤（3)改变后的A裂缝面的三维几何数据单轴翻转，获得岩石A裂缝面 新的三维几何数据；
[0021] (5)将A裂缝面的新的三维几何数据与B裂缝面的原始三维几何数据累加，获得错 动裂缝面上的间隙数量和分布情况。
[0022] 本发明的优点和积极效果是：
[0023] 1、本发明利用三维数字扫描方式对裂缝两个表面进行空间定位获得三维几何数 据，并根据裂缝闭合原理，将三维几何数据进行处理，可获得错动裂缝闭合后的间隙分布情 况。
[0024] 2、本发明获得的错动裂缝面上的间隙数量和分布情况与实际的裂缝形态高度一 致，极大地提升了精度，具有可行性和实用性，能够较好的满足细观力学的数字模拟研究。
【专利附图】
【附图说明】
[0025] 图1为间隙点个数与间隙大小关系柱状图；
[0026] 图2为间隙点占总点数比例与间隙大小关系柱状图；
[0027] 图3 (a)为A裂缝面三维图；
[0028] 图3 (b)为B裂缝面三维图；
[0029] 图4为对应裂缝面间隙分布等值线图；
[0030] 图5为对应裂缝面间隙分布三维图。
【具体实施方式】
[0031] 下面通过具体实施例对本发明作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限 定性的，不能以此限定本发明的保护范围。
[0032] -种岩石裂缝面的间隙评价方法，具体步骤如下：
[0033] ⑴将地层岩心劈裂开获得两个对应裂缝面A和B。岩石劈裂或在地层应力作用下 断裂时产生的两个新表面，这两个表面具有一定的对应关系，我们称为对应裂缝面。
[0034] ⑵用高精度三维激光扫描仪分别对两块岩心的对应裂缝面进行扫描，获得两块 岩石裂缝表面的原始三维几何数据，空间点用（X，y，z)表示。如岩心劈裂后裂缝面积为 25mmX 30mm = 750mm2,若扫描仪精度为0. 1mm，那么一个裂缝面扫描后可获得75000个点， 在空间中建立坐标系，xy面平行于裂缝面方向，则z值表示裂缝面上的点的高度值，裂缝面 上每一个点都用（x，y，z)表示，如（〇,3，10)表示裂缝面上 xy坐标为（0,3)的点，相对于基 准面的高度为1mm。
[0035] ⑶将A裂缝面的原始三维几何数据进行单轴翻转，其原理是以x或y方向的中心 线为对称轴，与中心线距离相同的两点互换z值，从而获得A裂缝面新的三维几何数据。岩 石劈裂后获得两个对应裂缝面，这两个面应具有镜像特征，三维扫描过程中两个裂缝面均 在相同坐标系下建立，为了描述两个裂缝面的镜像关系需将其中一个面进行轴对称翻转， 最简单的方式是以X或y方向上的中心线为对称轴进行翻转，假设裂缝面上X方向有3个 点（0，1，3)，（0,2，1)和（0,3,4)，则中心线为y = 2,翻转时y = 2上的点不变，与中心线距 离相同的两个点互换z值则这3个点翻转后为（0,1,4), (0,2,1)和（0,3,3)。
[0036] ⑷将岩石A裂缝面的新的三维几何数据与岩石B裂缝面的原始三维几何数据累 力口，其原理是按xy平面坐标相同的点，z值相加，将z值最小值设定为零，即可获得岩石裂 缝面上的间隙数量以及不同坐标位置上间隙的分布情况。假设A裂缝面上有3个点（0，1， 3)，（1，2，1)和（3,3,4)，B裂缝面上对应的3个点（0，1，1)，（1，2,2)和（3,3，1)，累加后得 裂缝面上3个点的对应三维坐标分别为（0，1，4)，（1，2,3)和（3,3,5)，最小值归零则变为 (0，1，1)，（1，2,0)和（3,3,2)，z值大小表示裂缝闭合后间隙大小，在这3个点中存在间隙 的分别为两个点即（〇, 1，1)和（3, 3, 2)，间隙分别为0. 1mm和0. 2mm。
[0037] 此外，本方法还可以进行岩石错动裂缝面的间隙的评价，其具体步骤如下：
[0038] ⑴将地层岩心劈裂开获得两个对应裂缝面A和B ;
[0039] ⑵用高精度三维激光扫描仪分别对两块岩心的对应裂缝面进行扫描，获得两块岩 石裂缝表面的原始三维几何数据，空间点用（X，y，z)表示；
[0040] ⑶为模拟错动裂缝产生的间隙，将原始的三维几何数据进行调整，对岩石A裂缝 面的原始三维几何数据整体改变X值、y值，即在y方向、X方向上完成错动，错动位移即为 改变值与原始值的差值，若要使错动具有一定角度，可利用三角函数关系计算需改变的X 值与y值；
[0041] ⑷将A裂缝面的改变后的三维几何数据进行单轴翻转，其原理是以X或y方向的 中心线为对称轴，与中心线距离相同的两点互换z值，从而获得岩石A裂缝面新的三维几何 数据；
[0042] (5)将A裂缝面的新的三维几何数据与B裂缝面的原始三维几何数据累加，其原理 是按xy平面坐标相同的点，z值相加，将z值最小值设定为零，
[0043] 即可获得错动裂缝面上的间隙数量和分布情况。
[0044] 统计对应裂缝面之间间隙大小与点数，可获得如图1所示的柱状图。
[0045] 也可统计不同大小间隙点占总点数的百分比（即不同大小的间隙在整个裂缝面 上占有的比例），如图2所示。
[0046] 也可应用三维制图软件，将三维几何数据绘制成多种图形，更加直观，如图3、4。其 中图4、图5中黑色部分表示间隙不为0的点分布情况，白色部分表示间隙为0的点分布情 况。
【权利要求】
1. 一种岩石裂缝面的间隙评价方法，其特征在于：具体步骤如下： ⑴将地层岩心劈裂开获得两个对应裂缝面A和B ; ⑵用扫描仪分别对两块岩心的对应裂缝面扫描，获得两块岩石裂缝表面的原始三维几 何数据，空间点用（x，y，z)表示； (3)将A裂缝面的原始三维几何数据单轴翻转，获得A裂缝面新的三维几何数据； ⑷将A裂缝面的新的三维几何数据与B裂缝面的原始三维几何数据累加，获得岩石裂 缝面上的间隙数量以及不同坐标位置上间隙的分布情况。
2. 根据权利要求1所述的岩石裂缝面的间隙评价方法，其特征在于：所述步骤⑷中的 数据累加是按xy平面坐标相同的点，z值相加，将z值最小值设定为零。
3. -种岩石错动裂缝面的间隙评价方法，其特征在于：具体步骤如下： ⑴将地层岩心劈裂开获得两个对应裂缝面A和B ; ⑵用扫描仪分别对两块岩心的对应裂缝面扫描，获得两块岩石裂缝表面的原始三维几 何数据，空间点用（x，y，z)表示； ⑶对A裂缝面的原始三维几何数据整体改变X值、y值，完成在y方向、X方向上地错 动，错动位移即为改变值与原始值的差值，或利用三角函数关系同时改变X值和y值，形成 一定角度的错动； ⑷将经步骤（3)改变后的A裂缝面的三维几何数据单轴翻转，获得岩石A裂缝面新的 三维几何数据； (5)将A裂缝面的新的三维几何数据与B裂缝面的原始三维几何数据累加，获得错动裂 缝面上的间隙数量和分布情况。
【文档编号】G01B11/14GK104121864SQ201410390748
【公开日】2014年10月29日 申请日期:2014年8月11日 优先权日:2014年8月11日
【发明者】卢渊, 伊向艺, 肖阳, 张 浩, 张玉, 戴亚婷, 顾亚鹏 申请人:卢渊, 伊向艺, 肖阳, 张 浩