CN108254262B - 岩石层理裂缝剪切参数预测方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供一种岩石层理裂缝剪切参数预测方法及装置，该方法包括：根据岩石层理裂缝对岩石破坏方式进行分析，确定符合预设条件的岩心；对符合预设条件的多个不同层理裂缝倾角的岩心进行压缩，得到压缩强度；根据所述压缩强度，确定所述层理裂缝面的剪切参数。本发明实施例提供的岩石层理裂缝剪切参数预测方法及装置提高了岩石层理裂缝剪切参数确定的准确性。

Description

岩石层理裂缝剪切参数预测方法及装置

技术领域

本发明实施例涉及石油天然气钻完井技术领域，尤其涉及一种岩石层理裂缝剪切参数预测方法及装置。

背景技术

深层岩石以及页岩气储层岩石含有层理裂缝等弱面，使得岩石具有不连续性。在大斜度井、水平井钻井过程中钻遇这些地层，由于存在一定倾角和走向的低强度薄弱面会先于岩石本体发生破坏，从而容易引起井壁垮塌。目前，国内外对井壁稳定性的分析逐渐考虑地层岩石层理裂缝面的影响。分析层理裂缝性地层井壁稳定性时需要检查在该井筒内压作用下，完整地层的井壁稳定性和其中裂缝层理面的稳定性。对任意井，首先将原地应力转换到相应的井眼坐标系，其次在井眼坐标系下，计算井眼周围地层中的应力分布，并将应力转换到弱面坐标系下，计算作用在层理裂缝面上的正应力和剪应力，然后利用强度判别准则分析完整井壁的稳定性和层理裂缝面的稳定性。

在层理裂缝性地层井壁稳定性分析方法中，岩石层理裂缝面的参数为至关重要的分析数据，其中，岩石层理裂缝面的参数包括层理裂缝倾角，方位，粘聚力和内摩擦角，岩石层理裂缝面倾角和方位可以通过地层倾角测井或岩石取心观测简单获得，通常层理裂缝面粘聚力和内摩擦角可通过直剪实验获取，但是由于剪切面上剪应力分布不均匀，岩样剪切破坏先从边缘开始，在边缘发生应力集中现象，有效剪切面在试验过程中逐渐变小，而计算抗剪强度时却按岩样的原截面积计算的，由于剪切面是预先指定的，可能不是实际的剪切面，室验时不能严格控制排水条件，不能测量孔隙水压力，所以直剪实验过程中存在试样有效面积逐渐减小，主应力方向变化，剪切面上应力分布不均以及预定剪切面未必是试样最弱面等特点，因此，提供的数据可靠程度相对较差。而三轴压缩实验能控制试样排水条件，受力状态明确，可以控制大小主应力，剪切面不固定，所以可以考虑采用三轴压缩实验确定层理裂缝面的内摩擦角和粘聚力。但是，采用一般确定岩石内摩擦角和粘聚力的方法不适用于确定层理裂缝面剪切参数，通常的方法是在不同围压下，对层理裂缝倾角相同的一组岩样进行三轴加载，得出一系列σ3和σ1值，其中，σ3为三轴压缩时的围压，σ1为三轴压缩时岩样破坏的轴向压力，这样，就可以在σ-τ坐标中绘制一组摩尔圆，根据这组摩尔圆的破坏包络线求取剪切强度参数。然而，这种方法得出的包络线不完全是层理裂缝面强度包络线，不同围压下的岩石强度并不一定遵循同一破坏规律，使得σ1-σ3的实验曲线相关性较差。因此，如何准确的确定层理裂缝面剪切参数，是目前亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明实施例提供一种岩石层理裂缝剪切参数预测方法及装置，用以提高岩石层理裂缝剪切参数确定的准确性。

第一方面，本发明实施例提供一种岩石层理裂缝剪切参数预测方法，包括：

根据岩石层理裂缝对岩石破坏方式进行分析，确定符合预设条件的岩心；

对符合预设条件的多个不同层理裂缝倾角的岩心进行压缩，得到压缩强度；

根据所述压缩强度，确定所述层理裂缝面的剪切参数。

可选地，所述根据岩石层理裂缝对岩石破坏方式进行分析，确定符合预设条件的岩心，包括：

根据所述岩石层理裂缝，确定第一层理裂缝面倾角α；

根据所述第一层理裂缝面倾角α为零度时岩石的单轴压缩强度，确定第二层理裂缝面倾角α_Ι；

根据第一层理裂缝面倾角α为90度时岩石的单轴压缩强度，确定第三层理裂缝面倾角α_Ⅱ；

判断所述第一层理裂缝面倾角α是否小于所述第二层理裂缝面倾角α_Ι，且大于所述第三层理裂缝面倾角α_Ⅱ；

若所述第一层理裂缝面倾角α小于所述第二层理裂缝面倾角α_Ι，且大于所述第三层理裂缝面倾角α_Ⅱ，则确定所述岩石的岩心符合单轴压缩时的预设条件。

可选地，所述对符合预设条件的多个不同层理裂缝倾角的岩心进行压缩，得到压缩强度，包括：

对符合预设条件的多个不同层理裂缝倾角的岩心进行单轴压缩，得到单轴压缩强度；

所述根据所述压缩强度，确定所述层理裂缝面的剪切参数，包括：

根据所述单轴压缩强度，得到层理裂缝面的第一强度曲线；

根据所述第一强度曲线，确定所述层理裂缝面的剪切参数。

可选地，所述根据第一层理裂缝面倾角α为零度时岩石的单轴压缩强度，确定第二层理裂缝面倾角α_Ι，包括：

根据公式(1)确定所述第二层理裂缝面倾角α_Ι；

所述根据第一层理裂缝面倾角α为90度时岩石的单轴压缩强度，确定第三层理裂缝面倾角α_Ⅱ，包括：

根据公式(2)，确定所述第三层理裂缝面倾角α_Ⅱ；

其中，

为层理裂缝面的内摩擦角，C'为层理裂缝面的粘聚力，σ₀为第一层理裂缝面倾角α为0°时岩石的单轴压缩强度，σ₉₀为第一层理裂缝面倾角α为90°时岩石的单轴压缩强度。

可选地，所述根据岩石层理裂缝对岩石破坏方式进行分析，确定符合预设条件的岩心，包括：

根据所述岩石层理裂缝，确定第四层理裂缝面倾角α_*；

根据所述第四层理裂缝面倾角α_*为零度时岩石的三轴压缩强度，确定第五层理裂缝面倾角α_*Ι；

根据所述第四层理裂缝面倾角α_*为90度时岩石的三轴压缩强度，确定第六层理裂缝面倾角α_*Π；

判断所述第四层理裂缝面倾角α_*是否小于所述第五层理裂缝面倾角α_*Ι，且大于所述第六层理裂缝面倾角α_*Π；

若所述第四层理裂缝面倾角α_*小于所述第五层理裂缝面倾角α_*Ι，且大于所述第六层理裂缝面倾角α_*Π，则确定所述岩石的岩心符合三轴压缩时的预设条件。

可选地，所述对符合预设条件的多个不同层理裂缝倾角的岩心进行压缩，得到压缩强度，包括：

对符合预设条件的多个不同层理裂缝倾角的岩心进行三轴压缩，得到三轴压缩强度；

所述根据所述压缩强度，确定所述层理裂缝面的剪切参数，包括：

根据所述三轴压缩强度，得到层理裂缝面的第二强度曲线；

根据所述第二强度曲线，确定所述层理裂缝面的剪切参数。

可选地，所述根据所述第四层理裂缝面倾角α_*为零度时岩石的三轴压缩强度，确定第五层理裂缝面倾角α_*Ι，包括：

根据公式(3)确定第五层理裂缝面倾角α_*Ι；

所述根据所述第四层理裂缝面倾角α_*为90度时岩石的三轴压缩强度，确定第六层理裂缝面倾角α_*Π，包括：

根据公式(4)确定第六层理裂缝面倾角α_*Π；

其中，

为层理裂缝面的内摩擦角，C'为层理裂缝面的粘聚力，σ₁₍₀₎为第四层理裂缝面倾角α为0°时岩石的三轴压缩强度，σ₁₍₉₀₎为层理裂缝倾角α为90°时岩石的三轴压缩强度，σ₃为围压。

第二方面，本发明实施例提供一种岩石层理裂缝剪切参数预测装置，包括：

确定模块，用于根据岩石层理裂缝对岩石破坏方式进行分析，确定符合预设条件的岩心；

压缩模块，用于对符合预设条件的多个不同层理裂缝倾角的岩心进行压缩，得到压缩强度；

所述确定模块，还用于根据所述压缩强度，确定所述层理裂缝面的剪切参数。

可选地，所述确定模块，具体用于：

根据所述岩石层理裂缝，确定第一层理裂缝面倾角α；

根据第一层理裂缝面倾角α为零度时岩石的单轴压缩强度，确定第二层理裂缝面倾角α_Ι；

根据第一层理裂缝面倾角α为90度时岩石的单轴压缩强度，确定第三层理裂缝面倾角α_Ⅱ；

判断所述第一层理裂缝面倾角α是否小于所述第二层理裂缝面倾角α_Ι，且大于所述第三层理裂缝面倾角α_Ⅱ；

若所述第一层理裂缝面倾角α小于所述第二层理裂缝面倾角α_Ι，且大于所述第三层理裂缝面倾角α_Ⅱ，则确定所述岩石的岩心符合单轴压缩时的预设条件。

可选地，所述确定模块，具体用于：

根据所述岩石层理裂缝，确定第四层理裂缝面倾角α_*；

根据所述第四层理裂缝面倾角α_*为零度时岩石的三轴压缩强度，确定第五层理裂缝面倾角α_*Ι；

根据所述第四层理裂缝面倾角α_*为90度时岩石的三轴压缩强度，确定第六层理裂缝面倾角α_*Π；

判断所述第四层理裂缝面倾角α_*是否小于所述第五层理裂缝面倾角α_*Ι，且大于所述第六层理裂缝面倾角α_*Π；

若所述第四层理裂缝面倾角α_*小于所述第五层理裂缝面倾角α_*Ι，且大于所述第六层理裂缝面倾角α_*Π，则确定所述岩石的岩心符合三轴压缩时的预设条件。

本发明提供的岩石层理裂缝剪切参数预测方法及装置，通过根据岩石层理裂缝对岩石破坏方式进行分析，确定符合预设条件的岩心，对符合预设条件的多个不同层理裂缝倾角的岩心进行压缩，得到压缩强度，并根据压缩强度，确定层理裂缝面的剪切参数。由于通过岩石层理裂缝对岩石破坏方式的分析确定符合预设条件的岩心，对符合预设条件的岩心进行压缩后，通过压缩得到的压缩强度确定层理裂缝面的剪切参数，由此可以克服传统直剪实验方法的试样有效面积逐渐减小，主应力方向变化，剪切面上应力分布不均以及预定剪切面未必是试样最弱面等缺点，克服传统不同围压下三轴压缩实验确定层理裂缝面剪切参数的方法存在岩石强度并不一定遵循同一破坏规律，σ₁-σ₃的实验曲线相关性较差，得出的结果偏大的缺点，由此可以提高层理裂缝面剪切参数确定的准确性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的岩石层理裂缝剪切参数预测方法实施例一的流程示意图；

图2为本发明提供的岩石层理裂缝剪切参数预测方法实施例二的流程示意图；

图3为第一强度曲线的示意图；

图4为本发明提供的岩石层理裂缝剪切参数预测方法实施例三的流程示意图；

图5为第二强度曲线的示意图；

图6为本发明实施例提供的岩石层理裂缝剪切参数预测装置实施例一的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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，都属于本发明保护的范围。

下面结合具体实施例对本发明作进一步详细描述，但不作为对本发明的限定。在下述说明中，不同的“一实施例”或“实施例”指的不一定是同一实施例。此外，一或多个实施例中的特定特征、结构、或特点可由任何合适形式组合。

图1为本发明提供的岩石层理裂缝剪切参数预测方法实施例一的流程示意图。本发明实施例提供了一种岩石层理裂缝剪切参数预测方法，该方法可以由任意执行岩石层理裂缝剪切参数预测方法的装置来执行，该装置可以通过软件和/或硬件实现。如图1所示，本实施例的方法可以包括：

步骤101、根据岩石层理裂缝对岩石破坏方式进行分析，确定符合预设条件的岩心。

在本实施例中，随着岩石层理裂缝面角的变化，岩石层理裂缝对岩石破坏方式分为如下三种：层理裂缝面倾角较小时，岩石的破坏型态属于压碎性张裂破坏；层理裂缝面倾角较大时，岩石沿层理裂缝面间剪切劈裂破坏，符合最大剪切拉张应变破坏准则；层理裂缝面置于中间的某两个角度之间时，岩石沿着层理结构面发生剪切滑动破坏，这一破坏机理符合库仑准则。因此，根据岩石层理裂缝对岩石破坏方式进行分析之后，将测量剪切强度参数的岩样，要求岩样层理面倾角符合发生沿层理面的剪切滑动破坏的岩心，作为符合预设条件的岩心。

步骤102、对符合预设条件的多个不同层理裂缝倾角的岩心进行压缩，得到压缩强度。

在本实施例中，在确定出符合预设条件的岩心之后，将一组不同层理裂缝倾角的岩心进行单轴或同围压三轴压缩实验，并进行实验数据分析，以获得单轴压缩强度或三轴压缩强度。

步骤103、根据压缩强度，确定层理裂缝面的剪切参数。

在本实施例中，在获取到单轴压缩强度或三轴压缩强度之后，将通过画图法确定出层理裂缝面的剪切参数。在具体的实现过程中，可以通过在坐标系σ-τ上根据层理裂缝倾角为α_i的岩石压缩强度实验结果画摩尔圆，并从O点出发以α_i角画直线，与摩尔圆相交于Bi点，这样，所有的Bi点拟合便可得到层理裂缝面的强度曲线，从而得到层理裂缝面的剪切参数。

本实施例提供的岩石层理裂缝剪切参数预测方法，通过根据岩石层理裂缝对岩石破坏方式进行分析，确定符合预设条件的岩心，对符合预设条件的多个不同层理裂缝倾角的岩心进行压缩，得到压缩强度，并根据压缩强度，确定层理裂缝面的剪切参数。由于通过岩石层理裂缝对岩石破坏方式的分析确定符合预设条件的岩心，对符合预设条件的岩心进行压缩后，通过压缩得到的压缩强度确定层理裂缝面的剪切参数，由此可以克服传统直剪实验方法的试样有效面积逐渐减小，主应力方向变化，剪切面上应力分布不均以及预定剪切面未必是试样最弱面等缺点，克服传统不同围压下三轴压缩实验确定层理裂缝面剪切参数的方法存在岩石强度并不一定遵循同一破坏规律，σ₁-σ₃的实验曲线相关性较差，得出的结果偏大的缺点，由此可以提高层理裂缝面剪切参数确定的准确性，为层理裂缝性复杂地层井眼稳定性分析提供了重要可靠的数据，减少层理裂缝复杂地层及页岩气储层钻进过程中的井壁不稳定的复杂情况。

下面，将分别对在单轴压缩实验和三轴压缩实验下，如何确定层理裂缝面的剪切参数的实施例进行详细说明。

图2为本发明提供的岩石层理裂缝剪切参数预测方法实施例二的流程示意图。本实施例在图1所示实施例的基础上，对单轴压缩下如何确定层理裂缝面的剪切参数的实施例，作详细说明。如图2所示，本实施例的方法可以包括：

步骤201、根据岩石层理裂缝，确定第一层理裂缝面倾角α。

在本实施例中，随着层理裂缝面角的变化，岩石层理裂缝对岩石破坏方式分为如下三种：层理裂缝面倾角较小时，岩石的破坏型态属于压碎性张裂破坏；层理裂缝面倾角较大时，岩石沿层理裂缝面间剪切劈裂破坏，符合最大剪切拉张应变破坏准则；层理裂缝面置于中间的某两个角度之间时，岩石沿着层理结构面发生剪切滑动破坏，这一破坏机理符合库仑准则。根据岩石层理裂缝，可以确定出第一层理裂缝面倾角α，其中，第一层理裂缝面倾角α为层理裂缝面法线方向与加载方向的夹角。

步骤202、根据第一层理裂缝面倾角α为零度时岩石的单轴压缩强度，确定第一层理裂缝面倾角α_Ι。

在本实施例中，单轴压缩时，可以根据第一层理裂缝面倾角α为零度时岩石的单轴压缩强度和弱面破坏准则得出，确定第二层理裂缝面倾角α_Ι，在具体的实现过程中，可以根据公式(1)确定第二层理裂缝面倾角α_Ι：

其中，

为层理裂缝面的内摩擦角，C'为层理裂缝面的粘聚力，σ₀为第一层理裂缝面倾角α为0°时岩石的单轴压缩强度，当α为0°时，层理裂缝岩石单轴压缩强度为岩石强度本身，强度值为σ₀。

步骤203、根据第一层理裂缝面倾角α为90度时岩石的单轴压缩强度，确定第三层理裂缝面倾角α_Ⅱ。

在本实施例中，单轴压缩时，可以根据第一层理裂缝面倾角α为90度时岩石的单轴压缩强度和弱面破坏准则得出，确定第三层理裂缝面倾角α_Ⅱ，在具体的实现过程中，可以根据公式(2)确定第三层理裂缝面倾角α_Ⅱ：

其中，

为层理裂缝面的内摩擦角，C'为层理裂缝面的粘聚力，σ₉₀为第一层理裂缝面倾角α为90°时岩石的单轴压缩强度，当α为90°时，层理裂缝岩石单轴抗压强度是由层理裂缝面的强度条件和层理的稳定性定义，此时单轴抗压强度值为σ₉₀。

步骤204、判断第一层理裂缝面倾角α是否小于第二层理裂缝面倾角α_Ι，且大于第三层理裂缝面倾角α_Ⅱ。

在本实施例中，在确定出第一层理裂缝面倾角α、第二层理裂缝面倾角α_Ι和第三层理裂缝面倾角α_Ⅱ之后，将判断α是否满足α_Ι>α>α_Ⅱ条件。

步骤205、若第一层理裂缝面倾角α小于第二层理裂缝面倾角α_Ι，且大于第三层理裂缝面倾角α_Ⅱ，则确定岩石的岩心符合单轴压缩时的预设条件。

在本实施例中，由于第一层理裂缝面倾角置于某两个角度之间时的岩石强度特性反映了岩石层理裂缝面和岩石的抗剪切滑动能力，所以测量剪切强度参数的岩样要求岩样层理面倾角符合发生沿层理面的剪切滑动破坏，即若确定出α满足α_Ι>α>α_Ⅱ条件，则确定岩石的岩心符合单轴压缩时的预设条件。

步骤206、对符合预设条件的多个不同层理裂缝倾角的岩心进行单轴压缩，得到单轴压缩强度。

在本实施例中，在确定出一组不同层理裂缝倾角的岩心之后，将对符合预设条件的多个不同层理裂缝倾角的岩心进行单轴压缩，得到单轴压缩强度。

步骤207、根据单轴压缩强度，得到层理裂缝面的第一强度曲线。

在本实施例中，图3为第一强度曲线的示意图，如图3所示，在确定出单轴压缩强度之后，分别根据层理裂缝倾角为α_i的岩心的单轴压缩强度，在坐标系σ-τ上根据层理裂缝倾角为α_i的岩石的单轴压缩强度画摩尔圆，并从O点出发以α_i角画直线，与摩尔圆相交于Bi1点、Bi2点……，所有的Bi点拟合便可得到层理裂缝面的第一强度曲线。

步骤208、根据第一强度曲线，确定层理裂缝面的剪切参数。

在本实施例中，本领域技术人员可以理解，继续参照图3所示，在确定出第一强度曲线之后，即可根据该第一强度曲线反求出

和C'，继而得出层理裂缝面的剪切参数。

本实施例提供的岩石层理裂缝剪切参数预测方法，通过在单轴压缩条件下，确定出符合预设条件的岩心，并进行单轴压缩，得到压缩强度后，确定出第一强度曲线，继而得出层理裂缝面的剪切参数，由此可以克服传统直剪实验方法的试样有效面积逐渐减小，主应力方向变化，剪切面上应力分布不均以及预定剪切面未必是试样最弱面等缺点，克服传统不同围压下三轴压缩实验确定层理裂缝面剪切参数的方法存在岩石强度并不一定遵循同一破坏规律，σ₁-σ₃的实验曲线相关性较差，得出的结果偏大的缺点，由此可以提高层理裂缝面剪切参数确定的准确性。

图4为本发明提供的岩石层理裂缝剪切参数预测方法实施例三的流程示意图。本实施例在图1所示实施例的基础上，对三轴压缩下如何确定层理裂缝面的剪切参数的实施例，作详细说明。如图4所示，本实施例的方法可以包括：

步骤401、根据岩石层理裂缝，确定第四层理裂缝面倾角α_*。

在本实施例中，随着层理裂缝面角的变化，岩石层理裂缝对岩石破坏方式分为如下三种：层理裂缝面倾角较小时，岩石的破坏型态属于压碎性张裂破坏；层理裂缝面倾角较大时，岩石沿层理裂缝面间剪切劈裂破坏，符合最大剪切拉张应变破坏准则；层理裂缝面置于中间的某两个角度之间时，岩石沿着层理结构面发生剪切滑动破坏，这一破坏机理符合库仑准则。根据岩石层理裂缝，可以确定出第四层理裂缝面倾角α_*，其中，第四层理裂缝面倾角α_*为层理裂缝面法线方向与最大主应力σ₁的夹角。

步骤402、根据第四层理裂缝面倾角α_*为零度时岩石的三轴压缩强度，确定第五层理裂缝面倾角α_*Ι。

在本实施例中，三轴压缩时，可以根据第四层理裂缝面倾角α_*为零度时岩石的三轴压缩强度和弱面破坏准则得出，确定第五层理裂缝面倾角α_*Ι，在具体的实现过程中，可以根据公式(3)确定第五层理裂缝面倾角α_*Ι：

其中，

为层理裂缝面的内摩擦角，C'为层理裂缝面的粘聚力，σ₁₍₀₎为第四层理裂缝面倾角α为0°时岩石的三轴压缩强度，当α为0°时，层理裂缝岩石三轴压缩强度为σ₁₍₀₎。

步骤403、根据第四层理裂缝面倾角α_*为90度时岩石的三轴压缩强度，确定第六层理裂缝面倾角α_*Π。

在本实施例中，三轴压缩时，可以根据第四层理裂缝面倾角α_*为90度时岩石的三轴压缩强度和弱面破坏准则得出，确定第六层理裂缝面倾角α_*Π，在具体的实现过程中，可以根据公式(4)确定第六层理裂缝面倾角α_*Π：

其中，

为层理裂缝面的内摩擦角，C'为层理裂缝面的粘聚力，σ₉₀为第四层理裂缝面倾角α为90°时岩石的三轴压缩强度，当α_*为90°时，层理裂缝岩石三轴压缩强度为σ₁₍₉₀₎。

步骤404、判断第四层理裂缝面倾角α_*是否小于第五层理裂缝面倾角α_*Ι，且大于第六层理裂缝面倾角α_*Π。

在本实施例中，在确定出第四层理裂缝面倾角α_*、第五层理裂缝面倾角α_*Ι和第六层理裂缝面倾角α_*Π之后，将判断α是否满足α_*Ι>α_*>α_*Π条件。

步骤405、若第四层理裂缝面倾角α_*小于第五层理裂缝面倾角α_*Ι，且大于第六层理裂缝面倾角α_*Π，则确定岩石的岩心符合三轴压缩时的预设条件。

在本实施例中，由于层理裂缝面倾角置于某两个角度之间时的岩石强度特性反映了岩石层理裂缝面和岩石的抗剪切滑动能力，所以测量剪切强度参数的岩样要求岩样层理面倾角符合发生沿层理面的剪切滑动破坏，即若确定出α_*满足α_*Ι>α_*>α_*Ⅱ条件，则确定岩石的岩心符合三轴压缩时的预设条件。

步骤406、对符合预设条件的多个不同层理裂缝倾角的岩心进行三轴压缩，得到三轴压缩强度。

在本实施例中，在确定出一组不同层理裂缝倾角的岩心之后，将对符合预设条件的多个不同层理裂缝倾角的岩心进行三轴压缩，得到三轴压缩强度。

步骤407、根据三轴压缩强度，得到层理裂缝面的第二强度曲线。

在本实施例中，图5为第二强度曲线的示意图，如图5所示，在确定出三轴压缩强度之后，根据三轴应力条件下层理裂缝倾角为α_i的岩心的三轴单轴压缩强度或三轴压缩强度，在坐标系σ-τ上根据层理裂缝倾角为α_i的岩石的三轴压缩强度画摩尔圆；并将坐标轴Oτ移到O'τ'，使得O'O'＝σ₃，变为坐标系σ-τ'。在坐标系σ-τ'中从O'点出发以αi角画直线，与摩尔圆相交于Bi点，所有的Bi点拟合便可得到坐标系σ-τ'下的弱面的第二强度曲线。

步骤408、根据第二强度曲线，确定层理裂缝面的剪切参数。

在本实施例中，本领域技术人员可以理解，继续参照图5所示，在确定出第二强度曲线之后，由于第二强度曲线在O'τ'坐标中的截距即为C'，第二强度曲线的斜率为

并结合公式

即可反求出C'和

继而得出层理裂缝面的剪切参数。

本实施例提供的岩石层理裂缝剪切参数预测方法，通过在三轴压缩条件下，确定出符合预设条件的岩心，并进行三轴压缩，得到压缩强度后，确定出第二强度曲线，继而得出层理裂缝面的剪切参数，由此可以克服传统直剪实验方法的试样有效面积逐渐减小，主应力方向变化，剪切面上应力分布不均以及预定剪切面未必是试样最弱面等缺点，克服传统不同围压下三轴压缩实验确定层理裂缝面剪切参数的方法存在岩石强度并不一定遵循同一破坏规律，σ₁-σ₃的实验曲线相关性较差，得出的结果偏大的缺点，由此可以提高层理裂缝面剪切参数确定的准确性。

本发明实施例的方法实施验证如下：

1)根据公式(1)-(4)，先根据实验得出垂直层理裂缝面与平行层理裂缝面的岩心单轴压缩强度或三轴压缩强度，并根据层理裂缝面剪切参数的大致取值范围可以确定发生剪切破坏的倾角范围为20°/24°-82°/85°，所以取层理裂缝倾角在此范围之间的岩心进行单轴或三轴压缩实验。

2)对岩心进行单轴或三轴压缩实验并进行实验数据分析

通过对层理裂缝面倾角为30°，45°，60°的岩心进行岩石单轴压缩实验，通过应力-应变曲线得到单轴压缩强度为：α＝30°，σ₃₀＝13.9MPa；α＝45°，σ₄₅＝7.9MPa；α＝60°，σ₆₀＝6.0MPa。

3)通过画图法确定层理裂缝面的剪切参数。在坐标系σ-τ上根据层理裂缝倾角为αi的岩石压缩强度实验结果画摩尔圆。O点出发以αi角画直线，与摩尔圆圆相交于Bi点，连接所有的Bi点便可得到层理裂缝面的强度曲线，根据曲线反求

C'，从而得到了弱面上的剪切参数

C'＝2.3MPa。

上述单轴压缩确定层理裂缝面剪切参数实施方案及三轴压缩确定层理裂缝面的剪切参数实施方案，相对于传统单轴和三轴压缩确定层理裂缝面的剪切参数的方法，优点在于：按照传统方法对同一层理裂缝倾角岩样进行单轴加载无法获得莫尔圆的包络线，所以传统单轴压缩方法无法获得层理裂缝面剪切参数。按照传统方法只有利用强度最小时对应的层理裂缝倾角进行不同围压三轴加载获得的莫尔圆包络线计算出的层理裂缝剪切参数才是真正的层理裂缝面的剪切参数，其它倾角得到的层理裂缝面剪切参数值要偏大。由于强度最小时对应的层理裂缝倾角是无法确定的，所以采用某一层理裂缝倾角的岩样进行实验得到的层理裂缝面剪切参数值不准确。上述方案既可以克服加载条件的限制，在单轴或三轴压缩条件下均可由作图法计算出层理裂缝面剪切参数，又可以克服无法确定正确的层理裂缝倾角岩样而得出偏大的计算结果的缺点，通过在发生剪切破坏的层理裂缝倾角范围内选择两个或多个倾角的岩样进行实验准确确定层理裂缝面剪切参数。

本领域普通技术人员可以理解：实现上述各方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成。前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中。该程序在执行时，执行包括上述各方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：只读存储记忆体(Read-Only Memory，ROM)、随机存储记忆体(Random Access Memory，RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

图6为本发明实施例提供的岩石层理裂缝剪切参数预测装置实施例一的结构示意图。该装置可以通过软件、硬件或者软硬件结合的方式实现。如图6所示，该预测装置包括：

确定模块11，用于根据岩石层理裂缝对岩石破坏方式进行分析，确定符合预设条件的岩心；

压缩模块12，用于对符合预设条件的多个不同层理裂缝倾角的岩心进行压缩，得到压缩强度；

所述确定模块12，还用于根据所述压缩强度，确定所述层理裂缝面的剪切参数。

本发明实施例提供的岩石层理裂缝剪切参数预测装置，可以执行上述方法实施例，其实现原理和技术效果类似，在此不再赘述。

可选地，所述确定模块，具体用于：

根据所述岩石层理裂缝，确定第一层理裂缝面倾角α；

根据第一层理裂缝面倾角α为零度时岩石的单轴压缩强度，确定第二层理裂缝面倾角α_Ι；

根据第一层理裂缝面倾角α为90度时岩石的单轴压缩强度，确定第三层理裂缝面倾角α_Ⅱ；

判断所述第一层理裂缝面倾角α是否小于所述第二层理裂缝面倾角α_Ι，且大于所述第三层理裂缝面倾角α_Ⅱ；

若所述第一层理裂缝面倾角α小于所述第二层理裂缝面倾角α_Ι，且大于所述第三层理裂缝面倾角α_Ⅱ，则确定所述岩石的岩心符合单轴压缩时的预设条件。

可选地，所述确定模块，具体用于：

根据所述岩石层理裂缝，确定第四层理裂缝面倾角α_*；

根据所述第四层理裂缝面倾角α_*为零度时岩石的三轴压缩强度，确定第五层理裂缝面倾角α_*Ι；

根据所述第四层理裂缝面倾角α_*为90度时岩石的三轴压缩强度，确定第六层理裂缝面倾角α_*Π；

判断所述第四层理裂缝面倾角α_*是否小于所述第五层理裂缝面倾角α_*Ι，且大于所述第六层理裂缝面倾角α_*Π；

若所述第四层理裂缝面倾角α_*小于所述第五层理裂缝面倾角α_*Ι，且大于所述第六层理裂缝面倾角α_*Π，则确定所述岩石的岩心符合三轴压缩时的预设条件。

本发明实施例提供的岩石层理裂缝剪切参数预测装置，可以执行上述方法实施例，其实现原理和技术效果类似，在此不再赘述。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (6)

1.一种岩石层理裂缝剪切参数预测方法，其特征在于，包括：

根据岩石层理裂缝对岩石破坏方式进行分析，确定符合预设条件的岩心；

对符合预设条件的多个不同层理裂缝倾角的岩心进行压缩，得到压缩强度；

根据所述压缩强度，使用画图法确定所述层理裂缝面的剪切参数；

所述根据岩石层理裂缝对岩石破坏方式进行分析，确定符合预设条件的岩心，包括：

根据所述岩石层理裂缝，确定第一层理裂缝面倾角α；

根据所述第一层理裂缝面倾角α为零度时岩石的单轴压缩强度，确定第二层理裂缝面倾角α_Ι；

根据第一层理裂缝面倾角α为90度时岩石的单轴压缩强度，确定第三层理裂缝面倾角α_Ⅱ；

判断所述第一层理裂缝面倾角α是否小于所述第二层理裂缝面倾角α_Ι，且大于所述第三层理裂缝面倾角α_Ⅱ；

若所述第一层理裂缝面倾角α小于所述第二层理裂缝面倾角α_Ι，且大于所述第三层理裂缝面倾角α_Ⅱ，则确定所述岩石的岩心符合单轴压缩时的预设条件；

其中，所述根据第一层理裂缝面倾角α为零度时岩石的单轴压缩强度，确定第二层理裂缝面倾角α_Ι，包括：

根据公式(1)确定所述第二层理裂缝面倾角α_Ι；

所述根据第一层理裂缝面倾角α为90度时岩石的单轴压缩强度，确定第三层理裂缝面倾角α_Ⅱ，包括：

根据公式(2)，确定所述第三层理裂缝面倾角α_Ⅱ；

其中，

为层理裂缝面的内摩擦角，C'为层理裂缝面的粘聚力，σ₀为第一层理裂缝面倾角α为0°时岩石的单轴压缩强度，σ₉₀为第一层理裂缝面倾角α为90°时岩石的单轴压缩强度。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对符合预设条件的多个不同层理裂缝倾角的岩心进行压缩，得到压缩强度，包括：

对符合预设条件的多个不同层理裂缝倾角的岩心进行单轴压缩，得到单轴压缩强度；

所述根据所述压缩强度，确定所述层理裂缝面的剪切参数，包括：

在坐标系上根据所述多个不同层理裂缝倾角的单轴压缩强度画摩尔圆，并从所述坐标系原点出发以所述多个不同层理裂缝倾角分别画直线，与所述摩尔圆相交于多个交点，所有的所述交点拟合得到层理裂缝面的第一强度曲线；根据所述第一强度曲线，反求出层理裂缝面的内摩擦角和层理裂缝面的粘聚力，确定所述层理裂缝面的剪切参数。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据岩石层理裂缝对岩石破坏方式进行分析，确定符合预设条件的岩心，包括：

根据所述岩石层理裂缝，确定第四层理裂缝面倾角α_*；

根据所述第四层理裂缝面倾角α_*为零度时岩石的三轴压缩强度，确定第五层理裂缝面倾角α_*Ι；

根据所述第四层理裂缝面倾角α_*为90度时岩石的三轴压缩强度，确定第六层理裂缝面倾角α_*Π；

判断所述第四层理裂缝面倾角α_*是否小于所述第五层理裂缝面倾角α_*Ι，且大于所述第六层理裂缝面倾角α_*Π；

若所述第四层理裂缝面倾角α_*小于所述第五层理裂缝面倾角α_*Ι，且大于所述第六层理裂缝面倾角α_*Π，则确定所述岩石的岩心符合三轴压缩时的预设条件；

其中，所述根据所述第四层理裂缝面倾角α_*为零度时岩石的三轴压缩强度，确定第五层理裂缝面倾角α_*Ι，包括：

根据公式(3)确定第五层理裂缝面倾角α_*Ι；

所述根据所述第四层理裂缝面倾角α_*为90度时岩石的三轴压缩强度，确定第六层理裂缝面倾角α_*Π，包括：

根据公式(4)确定第六层理裂缝面倾角α_*Π；

其中，

为层理裂缝面的内摩擦角，C'为层理裂缝面的粘聚力，σ₁₍₀₎为第四层理裂缝面倾角α为0°时岩石的三轴压缩强度，σ₁₍₉₀₎为层理裂缝倾角α为90°时岩石的三轴压缩强度，σ₃为围压。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述对符合预设条件的多个不同层理裂缝倾角的岩心进行压缩，得到压缩强度，包括：

对符合预设条件的多个不同层理裂缝倾角的岩心进行三轴压缩，得到三轴压缩强度；

所述根据所述压缩强度，确定所述层理裂缝面的剪切参数，包括：

在坐标系σ-τ上根据所述多个不同层理裂缝倾角的三轴压缩强度画摩尔圆，并将坐标轴Oτ移动至O′τ′，使得OO′＝σ₃，得到坐标系σ-τ′，并根据所述多个不同层理裂缝面倾角在所述坐标系σ-τ′上分别画直线，与所述摩尔圆相交于多个交点，所有的所述交点拟合便得到层理裂缝面的第二强度曲线；根据所述第二强度曲线，反求出层理裂缝面的内摩擦角和层理裂缝面的粘聚力，进而得出层理裂缝面的剪切参数。

5.一种岩石层理裂缝剪切参数预测装置，其特征在于，包括：

确定模块，用于根据岩石层理裂缝对岩石破坏方式进行分析，确定符合预设条件的岩心；

压缩模块，用于对符合预设条件的多个不同层理裂缝倾角的岩心进行压缩，得到压缩强度；

所述确定模块，还用于根据所述压缩强度，使用画图法确定所述层理裂缝面的剪切参数；

所述确定模块，具体用于：

根据所述岩石层理裂缝，确定第一层理裂缝面倾角α；

根据第一层理裂缝面倾角α为零度时岩石的单轴压缩强度，确定第二层理裂缝面倾角α_Ι；

根据第一层理裂缝面倾角α为90度时岩石的单轴压缩强度，确定第三层理裂缝面倾角α_Ⅱ；

判断所述第一层理裂缝面倾角α是否小于所述第二层理裂缝面倾角α_Ι，且大于所述第三层理裂缝面倾角α_Ⅱ；

若所述第一层理裂缝面倾角α小于所述第二层理裂缝面倾角α_Ι，且大于所述第三层理裂缝面倾角α_Ⅱ，则确定所述岩石的岩心符合单轴压缩时的预设条件；

其中，所述根据第一层理裂缝面倾角α为零度时岩石的单轴压缩强度，确定第二层理裂缝面倾角α_Ι，包括：

根据公式(1)确定所述第二层理裂缝面倾角α_Ι；

所述根据第一层理裂缝面倾角α为90度时岩石的单轴压缩强度，确定第三层理裂缝面倾角α_Ⅱ，包括：

根据公式(2)，确定所述第三层理裂缝面倾角α_Ⅱ；

其中，

为层理裂缝面的内摩擦角，C'为层理裂缝面的粘聚力，σ₀为第一层理裂缝面倾角α为0°时岩石的单轴压缩强度，σ₉₀为第一层理裂缝面倾角α为90°时岩石的单轴压缩强度。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述确定模块，具体用于：

根据所述岩石层理裂缝，确定第四层理裂缝面倾角α_*；

根据所述第四层理裂缝面倾角α_*为零度时岩石的三轴压缩强度，确定第五层理裂缝面倾角α_*Ι；

根据所述第四层理裂缝面倾角α_*为90度时岩石的三轴压缩强度，确定第六层理裂缝面倾角α_*Π；

判断所述第四层理裂缝面倾角α_*是否小于所述第五层理裂缝面倾角α_*Ι，且大于所述第六层理裂缝面倾角α_*Π；

若所述第四层理裂缝面倾角α_*小于所述第五层理裂缝面倾角α_*Ι，且大于所述第六层理裂缝面倾角α_*Π，则确定所述岩石的岩心符合三轴压缩时的预设条件；

其中，所述根据所述第四层理裂缝面倾角α_*为零度时岩石的三轴压缩强度，确定第五层理裂缝面倾角α_*Ι，包括：

根据公式(3)确定第五层理裂缝面倾角α_*Ι；

所述根据所述第四层理裂缝面倾角α_*为90度时岩石的三轴压缩强度，确定第六层理裂缝面倾角α_*Π，包括：

根据公式(4)确定第六层理裂缝面倾角α_*Π；

其中，

为层理裂缝面的内摩擦角，C'为层理裂缝面的粘聚力，σ₁₍₀₎为第四层理裂缝面倾角α为0°时岩石的三轴压缩强度，σ₁₍₉₀₎为层理裂缝倾角α为90°时岩石的三轴压缩强度，σ₃为围压。

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