本发明涉及内部应力场测量技术领域，特别涉及一种co2压裂过程的应力场变化测量方法。
背景技术
由于非常规油气水力压裂过程中不仅对水资源的消耗量巨大，而且压裂液中存在的大量有害添加剂容易造成生态环境的污染，因此，采用超临界co2压裂便是当前重点发展的一种无水压裂技术。
由于co2压裂过程的复杂性，水力压裂中的一些基础理论和方法并不完全适用于超临界co2的压裂研究，而对于超临界co2的现有研究大都处于对于co2压裂后形成缝网结构的定性分析上，无法实现其压裂过程的观测和表征。
现有技术中也存在采用数值模拟的方法，来定量分析裂缝扩展过程中应力场的分布演化规律的方案，但是数值模拟的方法计算精度容易受外界条件影响，使得数值模拟结果的准确性和可靠性无法保证。
技术实现要素：
本发明提供一种co2压裂过程的应力场变化测量方法，以解决现有技术中由于计算精度易受外界影响而导致的数值模拟结果的准确性和可靠性无法保证的问题。
为实现上述目的，本申请提供的技术方案如下：
一种co2压裂过程的应力场变化测量方法，包括：
co2泵送系统对真实储层岩心的多个相同且透明的三维物理模型进行co2压裂实验；
计算机根据co2压裂实验后的三维物理模型的ct扫描结果，进行数字重构，获得完整缝网的三维数字模型，并在所述完整缝网的三维数字模型中截取不同的裂缝状态，生成不同裂缝状态下的三维数字模型；
3d打印机根据所述不同裂缝状态下的三维数字模型进行打印，得到多个不同裂缝状态下的三维物理模型；
co2泵送系统对所述不同裂缝状态下的三维物理模型进行相应目标压力下的co2压裂实验；
温箱对进行相应目标压力下的co2压裂实验后的各个三维物理模型进行降温处理；
切片机对进行降温处理之后的各个三维物理模型进行切片，得到各个三维物理模型的三个正交平面二维切片；
计算机对应力条纹分布进行处理，得到各个三维物理模型内各个点的三维最大剪应力；所述应力条纹分布为三个满足实验要求的正交平面二维切片进行二维光弹实验后得到的。
优选的，所述不同的裂缝状态包括：裂缝起裂前、裂缝扩展到预设长度及裂缝停止扩展。
优选的，所述co2泵送系统对所述不同裂缝状态下的三维物理模型进行相应目标压力下的co2压裂实验，包括：
co2泵送系统向裂缝起裂前的三维物理模型中注入超临界co2，直至注入压力较破裂压力低预设压差时，停止注入超临界co2并维持当前注入压力；
co2泵送系统向裂缝扩展到预设长度的三维物理模型中注入超临界co2，直至注入压力较形成当前裂缝的压力低预设压差时，停止注入超临界co2并维持当前注入压力。
优选的，在所述co2泵送系统对真实储层岩心的多个相同且透明的三维物理模型进行co2压裂实验之前，还包括：
计算机对所述真实储层岩心的扫描结果进行数字重构，获得所述真实储层岩心的三维数字模型；
3d打印机根据所述真实储层岩心的三维数字模型进行打印，得到多个相同且透明的所述真实储层岩心的三维物理模型；
温箱对多个所述真实储层岩心的三维物理模型进行处理，使多个所述真实储层岩心的三维物理模型的性质稳定；
三轴加载装置对多个所述真实储层岩心的三维物理模型进行三向伺服加载，直至达到目标值。
优选的，在所述co2泵送系统对所述不同裂缝状态下的三维物理模型进行相应目标压力下的co2压裂实验之前，还包括：
温箱对所述不同裂缝状态下的三维物理模型进行处理，使所述不同裂缝状态下的三维物理模型的性质稳定；
三轴加载装置对所述不同裂缝状态下的三维物理模型进行三向伺服加载，直至达到目标值。
优选的，所述温箱对多个所述真实储层岩心的三维物理模型进行处理，使多个所述真实储层岩心的三维物理模型的性质稳定，包括：
温箱对多个所述真实储层岩心的三维物理模型进行缓慢升温，直至升温至60℃时，保持恒温1小时，使多个所述真实储层岩心的三维物理模型的性质稳定。
优选的，所述温箱对所述不同裂缝状态下的三维物理模型进行处理，使所述不同裂缝状态下的三维物理模型的性质稳定，包括：
温箱对所述不同裂缝状态下的三维物理模型进行缓慢升温，直至升温至60℃时，保持恒温1小时，使所述不同裂缝状态下的三维物理模型的性质稳定。
优选的，所述co2泵送系统对真实储层岩心的三维物理模型进行co2压裂实验之前，还包括：
co2泵送系统的温度控制系统调节co2的注入压力和温度。
优选的，所述温箱对进行相应目标压力下的co2压裂实验后的各个三维物理模型进行降温处理，包括：
温箱以2℃/h的速度降温至室温。
优选的，所述计算机对应力条纹分布进行处理，得到各个三维物理模型内各个点的三维最大剪应力，包括：
计算机根据所述应力条纹分布进行相移法提取，得到相应的应力场；
计算机根据公式
计算机根据三个正交平面内的最大剪应力分布(τmax)xy，(τmax)yz，(τmax)zx，计算得到三维物理模型内各个点的三维最大剪应力。
本发明提供的所述co2压裂过程的应力场变化测量方法，通过co2泵送系统对真实储层岩心的多个相同且透明的三维物理模型进行co2压裂实验；然后由计算机根据co2压裂实验后的三维物理模型的ct扫描结果，进行数字重构，获得完整缝网的三维数字模型，并在所述完整缝网的三维数字模型中截取不同的裂缝状态，生成不同裂缝状态下的三维数字模型；再由3d打印机根据所述不同裂缝状态下的三维数字模型进行打印，得到多个不同裂缝状态下的三维物理模型；然后co2泵送系统再对所述不同裂缝状态下的三维物理模型进行相应目标压力下的co2压裂实验；通过温箱对进行相应目标压力下的co2压裂实验后的各个三维物理模型进行降温处理；由切片机对进行降温处理之后的各个三维物理模型进行切片，得到各个三维物理模型的三个正交平面二维切片；最后通过计算机对应力条纹分布进行处理，得到各个三维物理模型内各个点的三维最大剪应力。也即，区别于现有技术中的数值模拟的方法，本发明所述co2压裂过程的应力场变化测量方法，结合数字重构、3d打印技术、co2压裂实验、温度控制和二维光弹性实验，不仅可以直观显示三维物理模型的不同裂缝状态，而且定量化的记录三维物理模型内部应力相位图，从而实现三维应力场分布的可视化与定量表征；并且，真实反映了非连续结构体的复杂结构的同时，通过多个相同且透明的三维物理模型同时进行上述实验，保证了测量结果的准确性和可靠性，避免了现有技术中由于计算精度易受外界影响而导致的数值模拟结果的准确性和可靠性无法保证的问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术内的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述内的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的co2压裂过程的应力场变化测量方法的流程图；
图2是本发明另一实施例提供的co2压裂过程的应力场变化测量方法的另一流程图；
图3是本发明另一实施例提供的co2压裂过程的应力场变化测量方法的另一流程图；
图4是本发明另一实施例提供的热光曲线图；
图5是本发明另一实施例提供的co2压裂过程的应力场变化测量方法的另一流程图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
本发明提供一种co2压裂过程的应力场变化测量方法，以解决现有技术中由于计算精度易受外界影响而导致的数值模拟结果的准确性和可靠性无法保证的问题。
具体的，该co2压裂过程的应力场变化测量方法，参见图1，包括：
s101、co2泵送系统对真实储层岩心的多个相同且透明的三维物理模型进行co2压裂实验；
具体的，可以在co2注入前通过调节气体的压力和温度改变co2气体的相态，保证压裂流体处于特定的气态或者超临界态。
也即，优选的，co2泵送系统包括温度控制系统，用于调节co2的注入压力和温度。
在co2压裂实验之前，需要三轴加载装置分别对真实储层岩心的各个三维物理模型进行固定，在真实储层岩心的各个三维物理模型被压裂后，停止超临界co2的注入，卸载三轴加载装置的外部三向应力，将真实储层岩心的各个三维物理模型从温箱中取出。
s102、计算机根据co2压裂实验后的三维物理模型的ct扫描结果，进行数字重构，获得完整缝网的三维数字模型，并在所述完整缝网的三维数字模型中截取不同的裂缝状态，生成不同裂缝状态下的三维数字模型；
在具体的实际应用中，可以将完整的压裂过程分成三个不同的裂缝扩展阶段，即该不同的裂缝状态包括：裂缝起裂前、裂缝扩展到预设长度及裂缝停止扩展；然后在重构得到的完整缝网模型中截取不同扩展阶段的裂缝形态。
优选的，所述在所述完整缝网的三维数字模型中截取不同的裂缝状态，生成不同裂缝状态下的三维数字模型，包括：
基于图像处理技术，对所述ct扫描结果的图像进行区域阈值分割、截取及重构操作，得到裂缝扩展到预设长度的三维数字模型。
该预设长度可以根据具体的应用环境而定，此处不做具体限定，均在本申请的保护范围内。
s103、3d打印机根据所述不同裂缝状态下的三维数字模型进行打印，得到多个不同裂缝状态下的三维物理模型；
根据上述不同裂缝状态的设置，利用3d技术重新制作物理模型，这样就得到裂缝扩展过程中三个不同阶段的物理模型，即没有初始裂缝的完整模型、带有一定长度初始裂缝的模型、裂缝停止扩展的物理模型。
s104、co2泵送系统对所述不同裂缝状态下的三维物理模型进行相应目标压力下的co2压裂实验；
值得说明的是，步骤s104中的第二次co2压裂试验，并不是重复步骤s101中的第一次co2压裂实验。步骤s101中的第一次co2压裂实验，其目的是得到真实储层岩心的多个相同且透明的三维物理模型在特定的温度和应力条件下最终的压裂缝网形态。
根据上述内容可知，co2压裂实际上经历了不同的起裂和扩展过程，才最终形成完整的压裂缝网。而裂缝的起裂和扩展过程是一个高速的动态过程，无法在第一次co2压裂实验过程中开展冻结实验。因此，为了研究裂缝的不同扩展阶段、压裂裂缝尖端应力场的演化，就需要通过步骤s102，人为的将第一次co2压裂实验后得到的完整裂缝网络划分成不同的扩展阶段，即将动态的裂缝扩展过程分解为不同的准静态裂缝扩展阶段；并基于图像处理技术，截取重构得到带有一定裂缝长度的不同阶段扩展阶段的三维数字模型。再通过步骤s103利用3d打印技术，制作得到相应的三维物理模型，进而可以通过步骤s104对各个阶段的三维物理模型开展第二次co2压裂实验，使其各自维持相应的注入压力后进行应力冻结实验，即可得到co2压裂过程中三维应力场及其演化规律的透明显示与定量表征。
具体的，对于不同裂缝状态下的三维物理模型，可以设置不同的目标压力，优选的，选择如下压力设置：
co2泵送系统向裂缝起裂前的三维物理模型中注入超临界co2，直至注入压力较破裂压力低预设压差时，停止注入超临界co2并维持当前注入压力；
co2泵送系统向裂缝扩展到预设长度的三维物理模型中注入超临界co2，直至注入压力较形成当前裂缝的压力低预设压差时，停止注入超临界co2并维持当前注入压力。
该预设压差可以根据具体的应用环境进行设定，此处不做具体限定，均在本申请的保护范围内。
压裂过程中的破裂压力，是指裂缝开始起裂时的压力。也就是一次完整的压裂过程中，得到的注入压力-时间曲线的峰值点。一旦注入压力超过破裂压力，裂缝就开始起裂扩展，试件(即进行实验的三维物理模型)发生破坏。本步骤中对裂缝起裂前的三维物理模型的注入压力要低于第一次压裂得到的破裂压力，是因为要保证其处于即将起裂的状态，以便于进行应力冻结实验。
除第一次co2压裂实验外，后续开展的co2压裂实验是为了实现应力冻结，因此要保证注入压力和外部围压维持在一定定值，且不会使裂缝继续扩展。因此，后续co2压裂实验的注入压力以第一次co2压裂实验得到压力-时间曲线中的应力值作为参考，保证施加的注入压力小于能够使裂缝继续扩展所需的驱动力。
s105、温箱对进行相应目标压力下的co2压裂实验后的各个三维物理模型进行降温处理；
优选的，可以设置温箱以2℃/h的速度降温至室温。
然后，即可卸载三轴加载装置的外部三向应力，将进行相应目标压力下的co2压裂实验后的各个三维物理模型从温箱中取出。
s106、切片机对进行降温处理之后的各个三维物理模型进行切片，得到各个三维物理模型的三个正交平面二维切片；
具体的，可以选取三个进行降温处理之后的三维物理模型，分别沿三个正交平面x-y、y-z、z-x进行切片，得到三维物理模型的三个正交平面二维切片，切片厚度为1mm。
s107、计算机对应力条纹分布进行处理，得到各个三维物理模型内各个点的三维最大剪应力；
所述应力条纹分布为三个满足实验要求的正交平面二维切片进行二维光弹实验后得到的。
在具体的实际应用中，可以先通过对三个正交平面二维切片进行磨平抛光，使其成为满足实验要求的正交平面二维切片，再对其进行二维光弹实验，得到应力条纹分布，然后通过步骤s107得到三维物理模型内各个点的三维最大剪应力。
本实施例提供的所述co2压裂过程的应力场变化测量方法，通过上述过程，区别于现有的利用数值模拟显示压裂应力场变化的方法，它综合采用ct扫描、数字重构、3d打印、co2压裂实验、应力冻结及光弹性量测技术，不仅可以透明显示三维物理模型压裂时内部裂缝的空间分布与扩展形态，而且可以获得压裂裂缝扩展过程中内部三维应力相位图，实现固体co2压裂过程中三维应力场及其演化规律的透明显示与定量表征。并且，本实施例不仅可以真实地反映固体内部复杂的非连续结构，同时，利用多个相同透明的三维物理光弹模型实现了对内部应力场及其演化的透明分析与表征，确保了测量结果的准确性和可靠性，解决了现有数值模拟方法及传统应力实验技术中普遍存在的裂纹扩展计算精度和准确性难以保证、复杂结构模型难以制备和压裂扩展应力场无法连续及透明表征的难题。
本发明另一实施例提供了另外一个具体的co2压裂过程的应力场变化测量方法，在上述实施例的基础之上，在图1的步骤s101之前，参见图2，还包括：
s201、计算机对所述真实储层岩心的扫描结果进行数字重构，获得所述真实储层岩心的三维数字模型；
s202、3d打印机根据所述真实储层岩心的三维数字模型进行打印，得到多个相同且透明的所述真实储层岩心的三维物理模型；
具体可以采用具有光弹特性的veroclear材料打印基质部分，采用fullcure705材料打印孔隙或裂隙部分。
s203、温箱对多个所述真实储层岩心的三维物理模型进行处理，使多个所述真实储层岩心的三维物理模型的性质稳定；
优选的，温箱对多个所述真实储层岩心的三维物理模型进行缓慢升温，直至升温至60℃时，保持恒温1小时，使多个所述真实储层岩心的三维物理模型的性质稳定。
s204、三轴加载装置对多个所述真实储层岩心的三维物理模型进行三向伺服加载，直至达到目标值。
达到预设的冻结温度后，保持恒温1小时，保证三维物理模型内外均达到统一的冻结温度，然后即可通过步骤s204对三维物理模型进行三向伺服加载达到目标值。
该目标值可以视其具体应用环境而定，此处不做具体限定，均在本申请的保护范围内。
另外，在对所述不同裂缝状态下的三维物理模型进行应力冻结实验时，需要保证在试件达到冻结温度时，所受到的外部应力作用维持恒定，且试件处于线弹性阶段，不能发生破坏，因此，优选的，在图1的步骤s104之前，参见图3，还包括：
s301、温箱对所述不同裂缝状态下的三维物理模型进行处理，使所述不同裂缝状态下的三维物理模型的性质稳定；
优选的，温箱对所述不同裂缝状态下的三维物理模型进行缓慢升温，直至升温至60℃时，保持恒温1小时，使所述不同裂缝状态下的三维物理模型的性质稳定。
s302、三轴加载装置对所述不同裂缝状态下的三维物理模型进行三向伺服加载，直至达到目标值。
达到预设的冻结温度后，保持恒温1小时，保证三维物理模型内外均达到统一的冻结温度，然后即可通过步骤s204对三维物理模型进行三向伺服加载达到目标值。
该目标值可以视其具体应用环境而定，此处不做具体限定，均在本申请的保护范围内。
为使三维物理模型的性质稳定，温箱对上述三维物理模型进行处理，采用60℃作为各个三维物理模型的冻结温度，当然也可以采用其他温度，此处不做具体限定，具体取值可以参见图4所示的三维物理模型的热光曲线，该热光曲线一般通过记录对径受压圆盘在不同温度下的条纹级数变化来得到。
具体可以针对实验中使用的光弹性材料veroclear，通过设计不同温度点的反射式光弹实验进行详细测试。利用3d打印技术打印得到
然后选取热光曲线过渡态阶段的各个温度作为目标温度，测试打印模型处于目标温度时的物理力学性质，本实施例综合热光曲线中不同温度点的变化趋势以及材料物理力学性质，选定过渡态温度60℃作为冻结温度，当然也可以选择其他温度，此处不做具体限定，均在本申请的保护范围内。
本发明另一实施例提供了另外一个具体的co2压裂过程的应力场变化测量方法，在上述实施例及图1至图3的基础之上，步骤s107如图5所示，包括：
s401、计算机根据所述应力条纹分布进行相移法提取，得到相应的应力场；
s402、计算机根据公式
s403、计算机根据三个正交平面内的最大剪应力分布(τmax)xy，(τmax)yz，(τmax)zx，计算得到三维物理模型内各个点的三维最大剪应力。
具体的工作原理与上述实施例相同，此处不再一一赘述。
本发明中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。