CN108519281B - 一种确定岩石的脆性指数的方法、装置及系统 - Google Patents

Abstract

本申请实施例公开了一种确定岩石的脆性指数的方法、装置及系统，所述方法包括获取岩石的应力应变曲线；根据所述应力应变曲线确定峰值强度处的可恢复弹性能、残余强度处的可恢复弹性能、峰前能量以及峰后能量；根据所述峰值强度处的可恢复弹性能与残余强度处的可恢复弹性能之差确定岩石破裂损耗弹性能，以及根据所述峰前能量与峰后能量之和确定岩石总破裂能量；计算所述岩石破裂损耗弹性能与岩石总破裂能量的比值，将所述比值确定为岩石的脆性指数。利用本申请各个实施例，可以更加准确的评价岩石的脆性。

Description

一种确定岩石的脆性指数的方法、装置及系统

技术领域

本发明涉及地球物理勘探开发技术领域，特别地，涉及一种确定岩石的脆性指数的方法、装置及系统。

背景技术

岩石的应力应变曲线反映了岩石在外界荷载作用下从开始变形、破坏到最后失去承载力的全过程，是定性评价岩石脆性大小最直观、最有效的方法。通过实验中记录的应力应变全过程曲线，可以定量获得岩石在相同或不同应力状态下的特征，具有简单、方便、无需额外进行实验等优点，近年来国内外学者基于应力应变曲线提出了很多不同的脆性指标。其中，应力应变曲线法又分为曲线形态法和能量法两种。

但是，现有应力应变曲线法方法通常需要对岩石压缩试验得到的应力应变曲线进行简化。例如，曲线形态法中，需要将峰前阶段曲线简化为一条线段，将峰值点至残余点的曲线简化为一条线段，并认为两条曲线的斜率分别为峰前和峰后阶段的杨氏模量。曲线能量法中，只考虑峰前阶段的能量或只考虑峰后阶段能量，即将曲线的一半信息做了简化。综上，现有基于应力应变曲线提出的岩石脆性评价方法影响了岩石脆性评价结果的准确性。

发明内容

本申请实施例的目的在于提供一种确定岩石的脆性指数的方法、装置及系统，可以更加准确的评价岩石的脆性。

本申请提供的一种确定岩石的脆性指数的方法、装置及系统是通过包括以下方式实现的：

一种确定岩石的脆性指数的方法，包括：

获取岩石的应力应变曲线；

根据所述应力应变曲线确定峰值强度处的可恢复弹性能、残余强度处的可恢复弹性能、峰前能量以及峰后能量；

根据所述峰值强度处的可恢复弹性能与残余强度处的可恢复弹性能之差确定岩石破裂损耗弹性能，以及根据所述峰前能量与峰后能量之和确定岩石总破裂能量；

计算所述岩石破裂损耗弹性能与岩石总破裂能量的比值，将所述比值确定为岩石的脆性指数。

本申请实施例的确定岩石的脆性指数的方法，所述方法包括：

根据所述应力应变曲线获取峰值应力数据；

根据所述峰值应力数据与岩石的杨氏模量的比值确定所述峰值强度处的可恢复弹性能。

本申请实施例的确定岩石的脆性指数的方法，所述方法包括：

根据如下公式确定峰值强度处的可恢复弹性能W_e：

其中，σ_p为峰值应力，E为岩石的杨氏模量。

本申请实施例的确定岩石的脆性指数的方法，所述方法包括：

根据所述应力应变曲线获取残余应力数据；

根据所述残余应力数据与岩石的杨氏模量的比值确定所述峰值强度处的可恢复弹性能。

本申请实施例的确定岩石的脆性指数的方法，所述方法包括：

根据如下公式确定残余强度处的可恢复弹性能W_r：

其中，σ_r表示残余应力。

本申请实施例的确定岩石的脆性指数的方法，所述方法包括：

根据对应力应变曲线从零到峰值应变的积分值与所述峰值强度处的可恢复弹性能的差值确定所述峰前能量。

本申请实施例的确定岩石的脆性指数的方法，所述方法包括：

根据对应力应变曲线从零至残余应变的积分值与所述峰前能量、峰值强度处的可恢复弹性能的差值确定所述峰后能量。

本申请实施例的确定岩石的脆性指数的方法，所述方法还包括：

获取所述应力应变曲线中的线弹性变形阶段，计算所述线弹性变形阶段的斜率作为所述岩石的杨氏模量。

本申请实施例的确定岩石的脆性指数的方法，所述岩石的脆性指数的取值范围为：0≤B_s≤1，其中，B_s表示脆性指数。

另一方面，本申请实施例还提供一种确定岩石的脆性指数的装置，包括：

获取模块，用于获取岩石的应力应变曲线；

第一参数计算模块，用于根据所述应力应变曲线确定峰值强度处的可恢复弹性能、残余强度处的可恢复弹性能、峰前能量以及峰后能量；

第二参数计算模块，用于根据所述峰值强度处的可恢复弹性能与残余强度处的可恢复弹性能之差确定岩石破裂损耗弹性能，以及根据所述峰前能量与峰后能量之和确定岩石总破裂能量；

脆性指数确定模块，用于计算岩石破裂损耗弹性能与岩石总破裂能量的比值，将所述比值确定为岩石的脆性指数。

本申请实施例的确定岩石的脆性指数的装置，包括处理器及用于存储处理器可执行指令的存储器，所述指令被所述处理器执行时实现包括以下步骤：

获取岩石的应力应变曲线；

根据所述应力应变曲线确定峰值强度处的可恢复弹性能、残余强度处的可恢复弹性能、峰前能量以及峰后能量；

根据所述峰值强度处的可恢复弹性能与残余强度处的可恢复弹性能之差确定岩石破裂损耗弹性能，以及根据所述峰前能量与峰后能量之和确定岩石总破裂能量；

计算所述岩石破裂损耗弹性能与岩石总破裂能量的比值，将所述比值确定为岩石的脆性指数。

另一方面，本申请实施例还提供一种确定岩石的脆性指数的系统，包括至少一个处理器以及存储计算机可执行指令的存储器，所述处理器执行所述指令时实现上述任意一个实施例所述方法的步骤。

本说明书一个或多个实施例提供的一种确定岩石的脆性指数的方法、装置及系统，可以根据岩石压缩过程中能量的耗散和转化规律，将岩石破裂损耗弹性能与岩石总破裂能量的比值确定为岩石的脆性指数。然后，利用峰值强度处的可恢复弹性能与残余强度处的可恢复弹性能的差值来确定岩石破裂损耗弹性能，以及利用峰前能量与峰后能量的加和来确定岩石总破裂能量。并利用应力应变曲线中每一部分面积所代表能量的物理意义的差异确定上述各项参数的值。整个过程中，无需对曲线进行简化，最大化利用了曲线信息，使得最终获得的脆性指数的准确性更高。从而，利用本申请各个实施例，可以更加准确的评价岩石的脆性。

附图说明

为了更清楚地说明本申请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简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，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。在附图中：

图1为本说明书提供的一种确定岩石的脆性指数的方法实施例的流程示意图；

图2为本说明书提供的一个实施例中岩石的应力应变曲线示意图；

图3为本说明书提供的另一个具体实例中对三轴压缩曲线进行脆性指数计算的示意图；

图4为本说明书提供的另一个具体实例中对单轴压缩曲线进行脆性指数计算的示意图；

图5为本说明书提供的另一个具体实例中岩石从塑性到脆性的变化过程示意图；

图6(a)-(c)为本说明书提供的一个具体实例中三种岩石的实际应力应变曲线示意图；

图7为本说明书提供的一个具体实例中现有方法对应力应变曲线的简化方式示意图；

图8为本说明书提供的一种确定岩石的脆性指数的装置实施例的模块结构示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本说明书中的技术方案，下面将结合本说明书一个或多个实施例中的附图，对本说明书一个或多个实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是说明书一部分实施例，而不是全部的实施例。基于说明书一个或多个实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本说明书实施例方案保护的范围。

岩石脆性指数是表征岩石发生破裂前的瞬态变化快慢(难易)程度的物理量，可以用来反映储层压裂后形成裂缝的复杂程度。通常，脆性指数高的地层性质硬脆，能够迅速形成复杂的网状裂缝，脆性指数低的则易形成简单的双翼型裂缝。岩石的应力应变曲线反映了岩石在外界荷载作用下从开始变形、破坏到最后失去承载力的全过程，是定性评价岩石脆性大小最直观、最有效的方法。单轴和三轴压缩实验是获取岩石参数、研究岩石性质和建立岩石力学模型的基本手段。通过实验中记录的应力应变全过程曲线，可以定量获得岩石在相同或不同应力状态下的特征。

图2表示实验记录的岩石应力应变曲线示意图，横坐标表示应力(其中，σ₁表示轴向压力，σ₃表示围压，则σ₁-σ₃可以表示外界压力对应的岩石应力)，纵坐标表示应变。如图2所示，岩石应力应变曲线可以分成6个阶段：1)OA段，岩石内部裂隙被压缩闭合，应力卸载后可全部恢复，属弹性变形；2)AB段，线弹性变形阶段，曲线近乎直线，应力卸载后可全部恢复；3)BC段，岩石破坏开始，内部出现平行于最大主应力的微裂隙，为非线性塑性变形；4)CD段，内部裂纹加速形成，微裂隙密度增大，D点应力达到峰值，为岩石抗压强度；5)DE段，裂纹逐渐贯通，岩石承载力降低；6)E点之后裂缝开始滑动，岩石破坏，残余强度保持不变。

利用应力应变曲线评价岩石脆性的方通常可以分为曲线形态法和能量法两种。但是，现有技术中的岩石脆性评价方法需要对岩石压缩试验得到的应力应变曲线进行简化。如，曲线形态法中，需要将峰前阶段曲线简化为一条线段，将峰值点至残余点的曲线简化为一条线段，并认为两条曲线的斜率分别为峰前阶段以及峰后阶段的杨氏模量。曲线能量法中，只考虑峰前阶段的能量或只考虑峰后阶段能量，即将曲线的一半信息做了简化。如：(1)峰前阶段曲线用一段或两段直线表示过于简单，塑性强的岩石弯曲度较强，造成拐点位置无法确定；(2)峰后曲线变化复杂，无法用简单的直线代替；(3)直线简化的峰前、峰后杨氏模量取值存在多解性；(4)对压缩过程中的能量关系考虑不全面。从而，现有基于应力应变曲线提出的脆性评价方法影响了岩石脆性评价结果的准确性。

针对上述问题，本申请基于岩石在外界荷载作用下能量耗散和转换的规律，将岩石破裂损耗弹性能与岩石总破裂能量的比值确定为脆性指数。其中，所述岩石破裂损耗弹性能可以包括岩石破裂过程中所损耗的弹性能，所述岩石总破裂能量可以包括岩石破裂过程中所损耗的外界输入能量。并根据应力应变曲线中每一部分所代表能量的物理意义的差异，确定岩石破裂损耗弹性能以及岩石总破裂能量。利用本申请上述方案确定岩石的脆性指数，不仅物理意义更加明确，同时更加符合常识性认识，并且整个过重并没有对曲线进行任何简化，最大化利用了曲线信息，从而进一步提高计算结果的精确度。

图1是本说明书提供的所述一种确定岩石的脆性指数的方法实施例流程示意图。虽然本说明书提供了如下述实施例或附图所示的方法操作步骤或装置结构，但基于常规或者无需创造性的劳动在所述方法或装置中可以包括更多或者部分合并后更少的操作步骤或模块单元。在逻辑性上不存在必要因果关系的步骤或结构中，这些步骤的执行顺序或装置的模块结构不限于本说明书实施例或附图所示的执行顺序或模块结构。所述的方法或模块结构的在实际中的装置、服务器或终端产品应用时，可以按照实施例或者附图所示的方法或模块结构进行顺序执行或者并行执行(例如并行处理器或者多线程处理的环境、甚至包括分布式处理、服务器集群的实施环境)。

具体的一个实施例如图1所示，本说明书提供的一种确定岩石的脆性指数的方法的一个实施例中，所述方法可以包括：

S2、获取岩石的应力应变曲线。

本实施例中，所述岩石的应力应变曲线可以表示岩石在外力或外因变化的作用下应力与应变变化特征的曲线，其表征了岩石从开始变形，逐渐破坏，到最终失去承载能力的整个过程。具体实施时，可以通过对岩石进行岩石压轴实验的方法获取岩石的应力应变曲线。具体的，可以对岩石进行单轴压缩实验，也可以进行三轴压缩实验。本说明书的一个实施例中，可以在上述压缩过程中采用轴向应变控制，获得岩石的轴向应力应变曲线。

S4、根据所述应力应变曲线确定峰值强度处的可恢复弹性能、残余强度处的可恢复弹性能、峰前能量以及峰后能量。

本实施例中，所述峰值强度处的可恢复弹性能表示峰值强度处岩石内部储存的弹性能，所述残余强度处的可恢复弹性能表示残余强度处岩石内部储存的弹性能。所述峰前能量表示岩石开始受外界荷载作用至峰值强度处期间，外界输入能量中除峰值强度处的可恢复弹性能之外的其他形式的能量。所述峰后能量表示岩石受外界荷载作用从峰值强度至残余强度期间，岩石破裂所损耗的总能量，可以包括岩石破裂损耗的弹性能以及该过程中其他形式耗散的能量。具体实施时，可以根据峰值强度处的可恢复弹性能、残余强度处的可恢复弹性能、峰前能量以及峰后能量四个参数所代表的物理意义，根据岩石的应力应变曲线确定上述四个参数的值。

本说明书的一个实施例中，可以根据所述应力应变曲线获取峰值应力数据，根据所述峰值应力数据与岩石的杨氏模量的比值确定所述峰值强度处的可恢复弹性能。本说明书的一个或者多个实施例中，可以识别应力应变曲线上纵坐标值最大的点，确定为峰值强度点σ_p。若步骤S2中进行的压缩试验为三轴试验(即有围压条件)，则可以识别岩石被压缩破裂之后曲线开始趋于水平的点，确定为残余强度点σ_r。若步骤S2中进行的压缩试验为单轴实验(即没有围压条件或者围压为零)，由于没有围压的保护作用，岩石被压缩破裂之后曲线开始趋于水平的点接近于0，则可以将峰后阶段1/3峰值强度处的点设为残余强度σ_r，以方便后续计算。

本说明书的一个实施例中，可以识别峰前曲线中的直线段(即线弹性变形阶段)部分，计算该线段斜率作为岩石样品的杨氏模量E。杨氏模量为描述固体材料抵抗形变能力的物理量，岩石在受力初期发生弹性变形，即线弹性变形阶段，该阶段几乎没有塑性变形，只是反映了岩石在这一阶段的弹性性质。从而，利用该阶段的数据可以准确的确定岩石的杨氏模量。

图3表示本说明书的一个实施例中对三轴压缩曲线进行脆性指数计算的示意图；图4表示对单轴压缩曲线进行脆性指数计算的示意图。本说明书的一个实施例中，以图3为例，如图3(b)所示，将峰值强度处设为点B，过B点以杨氏模量为斜率向横轴做直线，交横轴于点A，峰值强度在横轴的投影点为C，则可以利用三角形ABC的面积来确定峰值强度处的可恢复弹性能W_e。本说明书的一个或者多个实施例中，可以根据如下公式确定峰值强度处的可恢复弹性能W_e：

本说明书的另一个实施例中，可以根据所述应力应变曲线获取残余应力数据，所述残余应力数据与岩石的杨氏模量的比值确定所述峰值强度处的可恢复弹性能。如图3(d)所示，将残余强度点设为点D，过D点以杨氏模量为斜率向横轴做直线，交横轴于点E，残余强度在横轴的投影点为F。本说明书的一个实施例中，则可以利用三角形DEF的面积确定残余强度处可恢复弹性能W_r。本说明书的一个或者多个实施例中，可以根据如下公式计算确定峰值强度处的可恢复弹性能W_r：

本说明书的一个实施例中，可以根据对应力应变曲线从零到峰值应变的积分值与所述峰值强度处的可恢复弹性能的差值确定所述峰前能量。如图3(a)所示，可以根据峰前阶段曲线、线段AB和横轴三部分围成的图形面积确定峰前能量。本说明书的一个或者多个实施例中，可以通过曲线积分求取峰前能量W_pre，即：

其中，L表示应力应变曲线，ε_p表示峰值应变，

表示OB阶段外界输入的总能量。

本说明书的另一个实施例中，可以根据对应力应变曲线从零至残余应变的积分值与所述峰前能量、峰值强度处的可恢复弹性能的差值确定所述峰后能量。如图3(c)所示，可以将峰后阶段曲线、线段AB、线段DE和横轴围成的图形面积确定峰后能量W_post。即峰后能量可以表示岩石从峰值强度至残余强度期间损耗的内部弹性能与外界能量的和。本说明书的一个实施例中，可以通过曲线积分求取峰后能量W_post，即：

其中，ε_r表示残余应变，

表示OD阶段外界输入的总能量。

S6、计算岩石破裂损耗弹性能与岩石总破裂能量的比值，将所述比值确定为岩石的脆性指数。

本实施例中，可以计算岩石破裂损耗弹性能与岩石总破裂能量的比值，将所述比值确定为岩石的脆性指数。具体实施时，可以根据所述峰值强度处的可恢复弹性能与残余强度处的可恢复弹性能之差确定所述岩石破裂损耗弹性能，以及可以根据所述峰前能量与峰后能量之和确定所述岩石总破裂能量。

对岩石受外界荷载作用下，应力应变曲线中每一部分所代表能量的物理意义进行分析可知：以峰值强度为界限，峰值强度前的阶段，外界输入能量部分转化为弹性能储存在岩石内部。当应力达到峰值(即峰值强度)后，岩石裂纹逐渐贯通，岩石承载能力降低，岩石发生破裂，岩石内部的弹性能通过其他能量的形式并释放出来，转换成其他形式的能量，至残余强度处岩石内部剩余部分弹性能；该过程中，岩石内部存储的弹性能用于岩石破裂，然后通过其他能量的形式并释放出来。

本实施例中，根据岩石压缩过程中能量的耗散和转化规律，利用峰值强度处的可恢复弹性能与残余强度处的可恢复弹性能的差值来表示所述岩石破裂损耗弹性能，利用峰前能量与峰后能量的加和来表示所述岩石总破裂能量；然后，进一步确定岩石的脆性指数，不仅物理意义更加明确，同时更加符合常识性认识。此外，本申请上述实施例中通过利用应力应变曲线中每一部分面积所代表能量的物理意义的差异，确定各项参数的值，未对曲线进行任何简化，最大化利用了曲线信息，使得最终获得的脆性指数的准确性更高。

本说明书的一个实施例中，所述岩石破裂损耗弹性能W_l可以表示为：

W_l＝W_e-W_r (5)

岩石总破裂能量W_f可以表示为：

W_f＝W_pre+W_post (6)

然后，可以根据上述计算确定的岩石破裂损耗弹性能与岩石总破裂能量确定岩石的脆性指数，脆性指数B_s可以表示为：

由公式(7)可知，岩石压缩过程中岩石破裂损耗弹性能越大、岩石总破裂能量越小，则该岩石样品的脆性指数越大；反之，岩石破裂损耗弹性能越小、岩石总破裂能量越大，则岩石样品的脆性指数越小。

本说明书实施例提供的上述方案，对应力应变曲线的积分运算简单，不需要很长的运算时间，并且不存在因对曲线简化而造成的对原始数据的破坏问题，最大化利用了曲线信息，从而在提高运算效率的同时，进一步提高计算结果的准确性。

另外，本说明书实施例提供的方案，不仅适用于三轴压缩试验的应力应变曲线，且对单轴压缩曲线同样适用，可以适用于不同类型的压缩试验数据进行脆性指数计算，适用性更强。

从而，利用本说明书上述一个或者多个实施例获得的岩石脆性指数可以更加准确的评价岩石脆性，进而提高岩石脆性评价结果的准确性。

本说明书的一个实施例中，所述脆性指数取值范围可以为0至1之间的任意数。图5表示利用本说明书上述实施例确定脆性指数的岩石塑性—脆性变化过程示意图。如图5(a)至图5(d)所示，四条应力应变曲线中的峰值强度和残余强度相同，峰值应变和残余应变不同，图5(a)中的应力应变曲线中的残余应变为无穷大，图5(d)中的应力应变曲线中的残余应变与峰值应变相等，而图5(b)和图5(c)中的残余应变为介于峰值应变和无穷大之间的值。

分析图5(a)至图5(d)中岩石破裂损耗弹性能W_l值的大小可知，四条应力应变曲线对应的W_l的值相同；而分析图5(a)至图5(d)中岩石总破裂能量W_f可知，由图5(a)至图5(d)W_f的值逐渐变小。直到峰后曲线变为垂直时(图5(d))，W_f与W_l的值相等，此曲线对应的岩石样品为绝对脆性，脆性指数B_s取值为1。图5(a)中的应力应变曲线对应的岩石总破裂能量W_f为无穷大，脆性指数B_s取值为0。而图5(b)和图5(c)对应的脆性指数B_s取值为0到1之间的数。

综上，利用本说明书上述实施例提供的方案确定的岩石的脆性指数B_s的取值范围可以为0至1之间的任意数，即0≤B_s≤1。即岩石受外界荷载作用至岩石破裂的过程中，能量耗散越大，则岩石脆性相对越小；当岩石破裂所损耗的弹性能等于岩石总破裂能量时，岩石的脆性最大，B_s＝1。从而利用上述各个实施例，可以定量的确定岩石的脆性指数，同时可以更加准确的评价岩石的脆性。

为了使得本说明书提供的实施例中的方案更加清楚，本说明书还提供了应用上述方案的实际待测区域的具体实例。

1)加工岩石样品，将样品切磨成圆柱体，尺寸25mm(直径)×50mm(长度)。

2)进行岩石压缩试验(单轴或三轴)，压缩过程采用轴向应变控制，得到轴向应力应变曲线，试验装置为岩石三轴试验系统，该系统符合国际相关标准关于岩石三轴试验的所有要求，加压速率为每分钟应变量0.06％。实验所加围压为40MPa。

图6表示三种岩石的实际应力应变曲线，其中，图6(a)表示致密砂岩的应力应变曲线，图6(b)表示致密页岩的应力应变曲线，图6(c)表示致密白云岩的应力应变曲线。图7为现有方法对曲线的简化方式，可以看到，上述三种岩石的应力应变曲线的峰前以及峰后阶段均不能简单的用直线进行简化。

3)识别峰前曲线直线段(线弹性变形阶段)部分，计算该线段斜率，即为所测量岩石样品的杨氏模量E。

4)若步骤2)中进行的压缩试验为三轴试验(有围压条件)，识别曲线上峰值强度点σ_p(即曲线上纵坐标值最大的点)和残余强度点σ_r(即岩石被压缩破裂之后曲线开始趋于水平的点)。若步骤2)中进行的压缩试验为单轴试验(即围压为0)，识别曲线上峰值强度点σ_p，但由于没有围压的保护作用，残余强度会接近于0，此时将峰后阶段1/3峰值强度处的点设为残余强度。

图3为三轴压缩试验曲线计算脆性指数示意图，图中阴影部分自左至右依次为峰前能量W_pre、峰值强度处可恢复弹性能W_e、峰后能量W_post、残余强度处可恢复弹性能W_r。

图4为单轴压缩试验曲线计算脆性指数示意图。图中阴影部分自左至右依次为峰前能量W_pre、峰值强度处可恢复弹性能W_e、峰后能量W_post、残余强度处可恢复弹性能W_r，该曲线残余强度接近于0，无法直接其参与计算，因此将峰后阶段1/3峰值强度处的点设为残余强度，以方便后续计算。

5)计算峰值强度处可恢复弹性能W_e。将峰值强度处设为点B，过B点以杨氏模量为斜率向横轴做直线，交横轴于点A，峰值强度在横轴的投影点为C，则三角形ABC的面积为峰值强度处可恢复弹性能，

6)计算峰前能量W_pre。峰前阶段曲线、线段AB和横轴三部分围成的图形面积为峰前能量，通过曲线积分进行求取，

这里L代表应力应变曲线，ε_p为峰值应变。

7)计算残余强度处可恢复弹性能W_r。将残余强度点设为点D，过D点以杨氏模量为斜率向横轴做直线，交横轴于点E，残余强度在横轴的投影点为F，则三角形DEF的面积为残余强度处可恢复弹性能，

8)计算峰后能量W_post。峰后阶段曲线、线段AB、线段DE和横轴四部分围成的图形面积为峰后能量，通过曲线积分求取，

9)综合步骤2～5的计算结果，得到岩石破裂损耗弹性能W_l＝W_e-W_r，岩石总破裂能量：W_f＝W_pre+W_post。

10)脆性指数

该脆性指数取值范围是(0,1)。

从而利用通过上述步骤获得的岩石脆性指数可以更加准确的评价岩石脆性，提高岩石脆性评价结果的准确性。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。具体的可以参照前述相关处理相关实施例的描述，在此不做一一赘述。

上述对本说明书特定实施例进行了描述。其它实施例在所附权利要求书的范围内。在一些情况下，在权利要求书中记载的动作或步骤可以按照不同于实施例中的顺序来执行并且仍然可以实现期望的结果。另外，在附图中描绘的过程不一定要求示出的特定顺序或者连续顺序才能实现期望的结果。在某些实施方式中，多任务处理和并行处理也是可以的或者可能是有利的。

本说明书一个或多个实施例提供的一种确定岩石的脆性指数的方法，可以根据岩石压缩过程中能量的耗散和转化规律，将岩石破裂损耗弹性能与岩石总破裂能量的比值确定为岩石的脆性指数。然后，利用峰值强度处的可恢复弹性能与残余强度处的可恢复弹性能的差值来确定岩石破裂损耗弹性能，以及利用峰前能量与峰后能量的加和来确定岩石总破裂能量。并利用应力应变曲线中每一部分面积所代表能量的物理意义的差异确定上述各项参数的值。整个过程中，无需对曲线进行简化，最大化利用了曲线信息，使得最终获得的脆性指数的准确性更高。从而，利用本申请各个实施例，可以更加准确的评价岩石的脆性。

基于上述所述的确定岩石的脆性指数的方法，本说明书一个或多个实施例还提供一种确定岩石的脆性指数的装置。所述的装置可以包括使用了本说明书实施例所述方法的系统、软件(应用)、模块、组件、服务器等并结合必要的实施硬件的装置。基于同一创新构思，本说明书实施例提供的一个或多个实施例中的装置如下面的实施例所述。由于装置解决问题的实现方案与方法相似，因此本说明书实施例具体的装置的实施可以参见前述方法的实施，重复之处不再赘述。以下所使用的，术语“单元”或者“模块”可以实现预定功能的软件和/或硬件的组合。尽管以下实施例所描述的装置较佳地以软件来实现，但是硬件，或者软件和硬件的组合的实现也是可能并被构想的。具体的，图8是本说明书提供的一种确定岩石的脆性指数的装置实施例的模块结构示意图，如图8所示，所述装置可以包括：

获取模块102，可以用于获取岩石的应力应变曲线；

第一参数计算模块104，可以用于根据所述应力应变曲线确定峰值强度处的可恢复弹性能、残余强度处的可恢复弹性能、峰前能量以及峰后能量；

第二参数计算模块106，可以用于根据所述峰值强度处的可恢复弹性能与残余强度处的可恢复弹性能之差确定岩石破裂损耗弹性能，以及根据所述峰前能量与峰后能量之和确定岩石总破裂能量；

脆性指数确定模块108，可以用于计算岩石破裂损耗弹性能与岩石总破裂能量的比值，将所述比值确定为岩石的脆性指数。

需要说明的，上述所述的装置根据方法实施例的描述还可以包括其他的实施方式。具体的实现方式可以参照相关方法实施例的描述，在此不作一一赘述。

本说明书一个或多个实施例提供的一种确定岩石的脆性指数的装置，可以根据岩石压缩过程中能量的耗散和转化规律，将岩石破裂损耗弹性能与岩石总破裂能量的比值确定为岩石的脆性指数。然后，利用峰值强度处的可恢复弹性能与残余强度处的可恢复弹性能的差值来确定岩石破裂损耗弹性能，以及利用峰前能量与峰后能量的加和来确定岩石总破裂能量。并利用应力应变曲线中每一部分面积所代表能量的物理意义的差异确定上述各项参数的值。整个过程中，无需对曲线进行简化，最大化利用了曲线信息，使得最终获得的脆性指数的准确性更高。从而，利用本申请各个实施例，可以更加准确的评价岩石的脆性。

本说明书提供的上述实施例所述的方法或装置可以通过计算机程序实现业务逻辑并记录在存储介质上，所述的存储介质可以计算机读取并执行，实现本说明书实施例所描述方案的效果。因此，本说明书还提供一种确定岩石的脆性指数的装置，包括处理器及存储处理器可执行指令的存储器，所述指令被所述处理器执行时实现包括以下步骤：

获取岩石的应力应变曲线；

根据所述应力应变曲线确定峰值强度处的可恢复弹性能、残余强度处的可恢复弹性能、峰前能量以及峰后能量；

根据所述峰值强度处的可恢复弹性能与残余强度处的可恢复弹性能之差确定岩石破裂损耗弹性能，以及根据所述峰前能量与峰后能量之和确定岩石总破裂能量；

计算所述岩石破裂损耗弹性能与岩石总破裂能量的比值，将所述比值确定为岩石的脆性指数。

所述存储介质可以包括用于存储信息的物理装置，通常是将信息数字化后再以利用电、磁或者光学等方式的媒体加以存储。所述存储介质有可以包括：利用电能方式存储信息的装置如，各式存储器，如RAM、ROM等；利用磁能方式存储信息的装置如，硬盘、软盘、磁带、磁芯存储器、磁泡存储器、U盘；利用光学方式存储信息的装置如，CD或DVD。当然，还有其他方式的可读存储介质，例如量子存储器、石墨烯存储器等等。

需要说明的，上述所述的装置根据方法实施例的描述还可以包括其他的实施方式。具体的实现方式可以参照相关方法实施例的描述，在此不作一一赘述。

上述实施例所述的一种确定岩石的脆性指数的装置，可以根据岩石压缩过程中能量的耗散和转化规律，将岩石破裂损耗弹性能与岩石总破裂能量的比值确定为岩石的脆性指数。然后，利用峰值强度处的可恢复弹性能与残余强度处的可恢复弹性能的差值来确定岩石破裂损耗弹性能，以及利用峰前能量与峰后能量的加和来确定岩石总破裂能量。并利用应力应变曲线中每一部分面积所代表能量的物理意义的差异确定上述各项参数的值。整个过程中，无需对曲线进行简化，最大化利用了曲线信息，使得最终获得的脆性指数的准确性更高。从而，利用本申请各个实施例，可以更加准确的评价岩石的脆性。

本说明书还提供一种确定岩石的脆性指数的系统，所述系统可以为单独的确定岩石的脆性指数的系统，也可以应用在多种类型的岩石脆性评价或者岩石压裂系统中。所述的系统可以为单独的服务器，也可以包括使用了本说明书的一个或多个所述方法或一个或多个实施例装置的服务器集群、系统(包括分布式系统)、软件(应用)、实际操作装置、逻辑门电路装置、量子计算机等并结合必要的实施硬件的终端装置。所述确定岩石的脆性指数的系统可以包括至少一个处理器以及存储计算机可执行指令的存储器，所述处理器执行所述指令时实现上述任意一个实施例所述方法的步骤。

需要说明的，上述所述的系统根据方法或者装置实施例的描述还可以包括其他的实施方式，具体的实现方式可以参照相关方法实施例的描述，在此不作一一赘述。

上述实施例所述的一种确定岩石的脆性指数的系统，可以根据岩石压缩过程中能量的耗散和转化规律，将岩石破裂损耗弹性能与岩石总破裂能量的比值确定为岩石的脆性指数。然后，利用峰值强度处的可恢复弹性能与残余强度处的可恢复弹性能的差值来确定岩石破裂损耗弹性能，以及利用峰前能量与峰后能量的加和来确定岩石总破裂能量。并利用应力应变曲线中每一部分面积所代表能量的物理意义的差异确定上述各项参数的值。整个过程中，无需对曲线进行简化，最大化利用了曲线信息，使得最终获得的脆性指数的准确性更高。从而，利用本申请各个实施例，可以更加准确的评价岩石的脆性。

需要说明的是，本说明书上述所述的装置或者系统根据相关方法实施例的描述还可以包括其他的实施方式，具体的实现方式可以参照方法实施例的描述，在此不作一一赘述。本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于硬件+程序类、存储介质+程序实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

上述对本说明书特定实施例进行了描述。其它实施例在所附权利要求书的范围内。在一些情况下，在权利要求书中记载的动作或步骤可以按照不同于实施例中的顺序来执行并且仍然可以实现期望的结果。另外，在附图中描绘的过程不一定要求示出的特定顺序或者连续顺序才能实现期望的结果。在某些实施方式中，多任务处理和并行处理也是可以的或者可能是有利的。

上述实施例阐明的系统、装置、模块或单元，具体可以由计算机芯片或实体实现，或者由具有某种功能的产品来实现。一种典型的实现设备为计算机。具体的，计算机例如可以为个人计算机、膝上型计算机、平板计算机或者这些设备中的任何设备的组合。

为了描述的方便，描述以上装置时以功能分为各种模块分别描述。当然，在实施本说明书一个或多个时可以把各模块的功能在同一个或多个软件和/或硬件中实现，也可以将实现同一功能的模块由多个子模块或子单元的组合实现等。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

本领域技术人员也知道，除了以纯计算机可读程序代码方式实现控制器以外，完全可以通过将方法步骤进行逻辑编程来使得控制器以逻辑门、开关、专用集成电路、可编程逻辑控制器和嵌入微控制器等的形式来实现相同功能。因此这种控制器可以被认为是一种硬件部件，而对其内部包括的用于实现各种功能的装置也可以视为硬件部件内的结构。或者甚至，可以将用于实现各种功能的装置视为既可以是实现方法的软件模块又可以是硬件部件内的结构。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

在一个典型的配置中，计算设备包括一个或多个处理器(CPU)、输入/输出接口、网络接口和内存。

还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法或者设备中还存在另外的相同要素。

本领域技术人员应明白，本说明书一个或多个实施例可提供为方法、系统或计算机程序产品。因此，本说明书一个或多个实施例可采用完全硬件实施例、完全软件实施例或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本说明书一个或多个实施例可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本说明书一个或多个实施例可以在由计算机执行的计算机可执行指令的一般上下文中描述，例如程序模块。一般地，程序模块包括执行特定任务或实现特定抽象数据类型的例程、程序、对象、组件、数据结构等等。也可以在分布式计算环境中实践本本说明书一个或多个实施例，在这些分布式计算环境中，由通过通信网络而被连接的远程处理设备来执行任务。在分布式计算环境中，程序模块可以位于包括存储设备在内的本地和远程计算机存储介质中。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本说明书的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述并不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。

Claims (12)

1.一种确定岩石的脆性指数的方法，其特征在于，包括：

获取岩石的应力应变曲线；

根据所述应力应变曲线确定峰值强度处的可恢复弹性能、残余强度处的可恢复弹性能、峰前能量以及峰后能量；

根据所述峰值强度处的可恢复弹性能与残余强度处的可恢复弹性能之差确定岩石破裂损耗弹性能，以及根据所述峰前能量与峰后能量之和确定岩石总破裂能量；

计算所述岩石破裂损耗弹性能与岩石总破裂能量的比值，将所述比值确定为岩石的脆性指数。

2.根据权利要求1所述的确定岩石的脆性指数的方法，其特征在于，所述方法包括：

根据所述应力应变曲线获取峰值应力数据；

根据所述峰值应力数据与岩石的杨氏模量的比值确定所述峰值强度处的可恢复弹性能。

3.根据权利要求2所述的确定岩石的脆性指数的方法，其特征在于，所述方法包括：

根据如下公式确定峰值强度处的可恢复弹性能W_e：

其中，σ_p为峰值应力，E为岩石的杨氏模量。

4.根据权利要求1所述的确定岩石的脆性指数的方法，其特征在于，所述方法包括：

根据所述应力应变曲线获取残余应力数据；

根据所述残余应力数据与岩石的杨氏模量的比值确定所述峰值强度处的可恢复弹性能。

5.根据权利要求4所述的确定岩石的脆性指数的方法，其特征在于，所述方法包括：

根据如下公式确定残余强度处的可恢复弹性能W_r：

其中，σ_r表示残余应力，E为岩石的杨氏模量。

6.根据权利要求2或3所述的确定岩石的脆性指数的方法，其特征在于，所述方法包括：

根据对应力应变曲线从零到峰值应变的积分值与所述峰值强度处的可恢复弹性能的差值确定所述峰前能量。

7.根据权利要求6所述的确定岩石的脆性指数的方法，其特征在于，所述方法包括：

根据对应力应变曲线从零至残余应变的积分值与所述峰前能量、峰值强度处的可恢复弹性能的差值确定所述峰后能量。

8.根据权利要求2所述的确定岩石的脆性指数的方法，其特征在于，所述方法还包括：

获取所述应力应变曲线中的线弹性变形阶段，计算所述线弹性变形阶段的斜率作为所述岩石的杨氏模量。

9.根据权利要求1所述的确定岩石的脆性指数的方法，其特征在于，所述岩石的脆性指数的取值范围为：0≤B_s≤1，其中，B_s表示脆性指数。

10.一种确定岩石的脆性指数的装置，其特征在于，包括：

获取模块，用于获取岩石的应力应变曲线；

第一参数计算模块，用于根据所述应力应变曲线确定峰值强度处的可恢复弹性能、残余强度处的可恢复弹性能、峰前能量以及峰后能量；

第二参数计算模块，用于根据所述峰值强度处的可恢复弹性能与残余强度处的可恢复弹性能之差确定岩石破裂损耗弹性能，以及根据所述峰前能量与峰后能量之和确定岩石总破裂能量；

脆性指数确定模块，用于计算岩石破裂损耗弹性能与岩石总破裂能量的比值，将所述比值确定为岩石的脆性指数。

11.一种确定岩石的脆性指数的装置，其特征在于，包括处理器及用于存储处理器可执行指令的存储器，所述指令被所述处理器执行时实现包括以下步骤：

获取岩石的应力应变曲线；

根据所述应力应变曲线确定峰值强度处的可恢复弹性能、残余强度处的可恢复弹性能、峰前能量以及峰后能量；

根据所述峰值强度处的可恢复弹性能与残余强度处的可恢复弹性能之差确定岩石破裂损耗弹性能，以及根据所述峰前能量与峰后能量之和确定岩石总破裂能量；

计算所述岩石破裂损耗弹性能与岩石总破裂能量的比值，将所述比值确定为岩石的脆性指数。

12.一种确定岩石的脆性指数的系统，其特征在于，包括至少一个处理器以及存储计算机可执行指令的存储器，所述处理器执行所述指令时实现权利要求1-9中任意一项所述方法的步骤。

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