本发明涉及页岩气开发工程问题，特别是指一种预测和评价泥页岩水压致裂裂网扩展规律的方法。
背景技术：
随着全球经济的快速发展，能源越来越成为制约一个国家经济发展的关键因素，它是国民经济发展的能源保证。页岩气作为一种非常规能源，具有低碳、污染小、储量大的特点，发展前景良好。我国页岩气埋藏深、成因复杂，多以吸附态、游离态、溶解态等形式存在于页岩内部，由于其储层具有低孔特征和极低的基质渗透率，所以必须进行储层改造，清水压裂是我国开发页岩气最重要的储层改造方式。清水压裂产生复杂的裂网是提高储气层渗透率的重要方式，合理描述裂缝的形态及裂网的扩展规律对评价压裂效果、预测页岩气产量具有重要意义。由于裂网扩展规律复杂，天然裂缝及节理等因素对水压致裂裂缝具有很大影响，国内外学者对裂缝的形成、扩展不断进行了探索，但目前缺少对泥页岩水压致裂裂网规律的有效研究方法。
国内外学者对泥页岩水压致裂后裂缝的分布形态、扩展规律进行了大量研究，商校森、丁云宏等人在考虑裂缝复杂程度、分布及对产量贡献的基础上，建立了复杂裂缝表征方法，提出了裂缝潜能指数的概念，可以作为对比裂缝优劣的参数之一；李玮、闫铁等人引入分形几何理论，应用分形方法来描述岩石裂纹的弯曲形态，从理论上证实了水力压裂下岩石断裂韧性的理论计算值常低于施工压力的结论；李芷、贾长贵等人开展了真三轴实验条件下的水力压裂实验，研究了水力主裂缝的起裂、扩展规律和层里面对水力裂缝扩展的影响。然而，泥页岩经水力压裂后形成的裂网系统复杂，对裂缝定量表征困难，实际压裂设计中又无明确表征方法，导致页岩压裂后的缝网扩展规律一直没有得到深刻认知。
技术实现要素：
为了解决背景技术中所存在的问题，本发明提出了一种预测和评价泥页岩水压致裂裂网扩展规律的方法，解决了泥页岩经水力压裂后形成的裂网系统复杂、对裂缝定量表征困难、实际压裂设计中又无明确表征的问题。
本发明的技术方案是：一种预测和评价泥页岩水压致裂裂网扩展规律的方法，包括以下步骤：
s1：页岩制裂；先把页岩加工成立方体的试样，施加小于页岩抗拉强度的围压，再用高压脉冲水射流发生装置根据工程需求对页岩进行多级分阶段压裂或重复致裂，最后，仔细观察并标注页岩表面出现的裂网；
s2：模态裂网提取；用高清数码相机对页岩裂网进行采集，用ps技术将拍摄的高清裂网图像转化为背景色为白色、裂网为黑色的二维灰度模态裂网图像；
s3：裂网模数转化；借助matlab软件中的二值函数将二维灰度模态裂网图像转化为二值图像；
s4：获得表征裂网信息的特征参数并统计；获取二值图像中表征裂网信息的特征参数并用获得的特征参数表征和统计裂网，所述特征参数包括裂缝长度、宽度、面积和分形维数；
s5：裂网规律研究；分别对数字模态裂网面积、裂缝长度、宽度、分形维数进行计算分析，其中，裂缝的长度、宽度、面积表示页岩的破坏程度，分形维数表示了裂网的复杂程度和扩展形态；根据统计的裂缝的长度、宽度、面积和分形维数分析得出裂网扩展规律并对水压致裂效果进行评价。
所述在步骤s1中，把页岩加工成30cm×30cm×30cm的试样。
所述在步骤s2中，将图像尺寸调整为2n×2n，n＝0、1、2...的像素的图像。
所述在步骤s4中，具体步骤为：
s4.1，计算裂缝长度：
s4.1.1，获得二值图像中裂缝的上边界矩阵p和下边界矩阵q；
以一个像素点为单位，分别从二值图像每列的第一行排查到最后一行，找到裂缝的上边界和下边界，上边界的数据存入矩阵，下边界的数据存入矩阵q中，p(xi，yi)、q(xj，yj)分别代表上边界像素点和下边界像素点在二值图像中的坐标值，i＝1，2，3...，j＝1，2，3...；
s4.1.2，计算裂缝上边界长度和下边界长度，计算通式为：
其中，li为边界长度，s为一个像素的实际长度，即图像长度除以像素个数；
s4.1.3，取裂缝上边界长度和下边界长度的较大值作为裂缝长度；
s4.2，计算裂缝宽度：
s4.2.1，获得二值图像中裂缝的左边界矩阵p0和右边界矩阵q0；
以一个像素点为单位，分别从每行的第一列排查到最后一列，找到裂缝的左边界和右边界，p0(xi，yi)、q0(xj，yj)分别代表左边界像素点和右边界像素点在二值图像中的坐标值，i＝1，2，3...，j＝1，2，3...；
s4.2.2，计算各列的左右边界距离，计算公式为：
其中，s为一个像素的实际长度；
s4.2.3，取所计算的每一列左右边界距离的较大值作为裂缝宽度；
s4.3，计算裂缝面积：
每一条裂缝面积s0＝li×l0，总面积为s＝∑s0；
s4.4，计算裂缝的分形维数d，计算公式为：
d＝li/b，
其中，li为裂缝曲线长度，b为裂缝直线长度，且li大于b；
裂缝直线长度b是裂缝两个端点的直线距离，假设两个端点的坐标值为m(xi，yi)，n(xj，yj)，则
所述步骤s4.4中分形维数另一种计算方法：使用不同长度的正方形网格去覆盖裂纹，当正方形网格长度ε出现变化时，则覆盖裂纹的网格数目n(ε)必然会出现相应地变化，根据分形理论有公式：n(ε)∝ε-d，当正方形网格长度为ε1，ε2，ε3，……，εk时，则覆盖裂纹的正方形网格数目相应为n(ε1)，n(ε2)，n(ε3)，……，n(εk)，n(ε)∝ε-d的两边同取双对数得：lgn(ε)＝-d*lgε+a，式中a为待定常数；d为被测裂纹的分形维数，又叫盒维数；把网格长度作为横坐标，网格数目作为纵坐标绘图，d值等于该坐标图拟合直线斜率值的绝对值。
本发明首先模拟工程进行水压制裂，接着提取模态裂网，然后进行模态裂网数字化，最后进行数字裂网的统计分析研究，具体分析裂网面积、裂缝长度、宽度、分形维数等参数，通过分形维数等参数计算，对裂网进行统计和表征，得到页岩的破坏程度，表征出裂网的复杂程度和扩展形态，综合页岩破坏程度和裂网扩展形态可以得出裂网扩展规律并对水压致裂效果进行评价，其中岩石破坏程度越严重，所产生的裂网越复杂，页岩水压致裂效果越好。
具体实施方式
下面本发明对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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1：一种预测和评价泥页岩水压致裂裂网扩展规律的方法，包括以下步骤：
s1：页岩制裂；先把页岩加工成立方体的试样，施加小于页岩抗拉强度的围压，再用高压脉冲水射流发生装置根据工程需求对页岩进行多级分阶段压裂或重复致裂，最后，仔细观察并标注页岩表面出现的裂网；
s2：模态裂网提取；用高清数码相机对页岩裂网进行采集，用ps技术将拍摄的高清裂网图像转化为背景色为白色、裂网为黑色的二维灰度模态裂网图像；
s3：裂网模数转化；借助matlab软件中的二值函数将二维灰度模态裂网图像转化为二值图像；
s4：获得表征裂网信息的特征参数并统计；获取二值图像中表征裂网信息的特征参数并用获得的特征参数表征和统计裂网，所述特征参数包括裂缝长度、宽度、面积和分形维数；
s5：裂网规律研究；分别对数字模态裂网面积、裂缝长度、宽度、分形维数进行计算分析，其中，裂缝的长度、宽度、面积表示页岩的破坏程度，分形维数表示了裂网的复杂程度和扩展形态；根据统计的裂缝的长度、宽度、面积和分形维数分析得出裂网扩展规律并对水压致裂效果进行评价。
实施例2：一种预测和评价泥页岩水压致裂裂网扩展规律的方法，包括以下步骤：
s1：页岩制裂；把页岩加工成30cm×30cm×30cm的试样，施加小于页岩抗拉强度的围压，再用高压脉冲水射流发生装置根据工程需求对页岩进行多级分阶段压裂或重复致裂，最后，仔细观察并标注页岩表面出现的裂网；
s2：模态裂网提取；用高清数码相机对页岩裂网进行采集，将图像尺寸调整为2n×2n，n＝0、1、2...的像素的图像，用ps技术将拍摄的高清裂网图像转化为背景色为白色、裂网为黑色的二维灰度模态裂网图像；
s3：裂网模数转化；借助matlab软件中的二值函数将二维灰度模态裂网图像转化为二值图像；
s4：获得表征裂网信息的特征参数并统计；获取二值图像中表征裂网信息的特征参数并用获得的特征参数表征和统计裂网，所述特征参数包括裂缝长度、宽度、面积和分形维数；具体计算方法如下：
s4.1，计算裂缝长度：
s4.1.1，获得二值图像中裂缝的上边界矩阵p和下边界矩阵q；
以一个像素点为单位，分别从二值图像每列的第一行排查到最后一行，找到裂缝的上边界和下边界，p(xi，yi)、q(xj，yj)分别代表上边界像素点和下边界像素点在二值图像中的坐标值，i＝1，2，3...，j＝1，2，3...；
s4.1.2，计算裂缝上边界长度和下边界长度，计算通式为：
其中，li为边界长度，s为一个像素的实际长度，即图像长度除以像素个数；
s4.1.3，取裂缝上边界长度和下边界长度的较大值作为裂缝长度；
s4.2，计算裂缝宽度：
s4.2.1，获得二值图像中裂缝的左边界矩阵p0和右边界矩阵q0；
以一个像素点为单位，分别从每行的第一列排查到最后一列，找到裂缝的左边界和右边界，p0(xi，yi)、q0(xj，yj)分别代表左边界像素点和右边界像素点在二值图像中的坐标值，i＝1，2，3...，j＝1，2，3...；
s4.2.2，计算各列的左右边界距离，计算公式为：
其中，s为一个像素的实际长度；
s4.2.3，取所计算的每一列左右边界距离的较大值作为裂缝宽度；
s4.3，计算裂缝面积：
每一条裂缝面积s0＝li×l0，总面积为s＝∑s0；
s4.4，计算裂缝的分形维数d，计算公式为：
d＝li/b，
其中，li为裂缝曲线长度，b为裂缝直线长度，且li大于b；
裂缝直线长度b是裂缝两个端点的直线距离，假设两个端点的坐标值为m(xi，yi)，n(xj，yj)，则
s5：裂网规律研究；分别对数字模态裂网面积、裂缝长度、宽度、分形维数进行计算分析，其中，裂缝的长度、宽度、面积表示页岩的破坏程度，分形维数表示了裂网的复杂程度和扩展形态；根据统计的裂缝的长度、宽度、面积和分形维数分析得出裂网扩展规律并对水压致裂效果进行评价。
实施例3：所述步骤s4.4中分形维数另一种计算方法：使用不同长度的正方形网格去覆盖裂纹，当正方形网格长度ε出现变化时，则覆盖裂纹的网格数目n(ε)必然会出现相应地变化，根据分形理论有公式：n(ε)∝ε-d，当正方形网格长度为ε1，ε2，ε3，……，εk时，则覆盖裂纹的正方形网格数目相应为n(ε1)，n(ε2)，n(ε3)，……，n(εk)，n(ε)∝ε-d的两边同取双对数得：lgn(ε)＝-d*lgε+a，式中a为待定常数；d为被测裂纹的分形维数，又叫盒维数；把网格长度作为横坐标，网格数目作为纵坐标绘图，d值等于该坐标图拟合直线斜率值的绝对值，其它方法步骤与实施例2相同。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。