CN112414842A - 岩石刚度确定方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本申请提供了一种岩石刚度确定方法和装置，其中，该方法包括：获取设有预制裂缝的岩石试件的初始图像和实验图像，其中，初始图像是在对岩石试件进行三点弯断裂实验之前岩石试件表面的图像，实验图像是在对岩石试件进行三点弯断裂实验过程中岩石试件表面的图像；基于初始图像和实验图像确定岩石试件的应变场；依据岩石试件的物理参数和三点弯断裂实验的实验参数，确定岩石试件的应力场；根据应变场和应力场，计算岩石试件中多个位置中各位置处的刚度。上述方法可以确定岩石试件中的层理界面的刚度，有助于设计压裂施工流程，确保水力裂缝扩展行为具有良好的可控性。

Description

岩石刚度确定方法和装置
技术领域
本申请涉及石油工程岩石力学技术领域，特别涉及一种岩石刚度确定方法和装置。
背景技术
在页岩油储层压裂过程中，水力裂缝扩展会遇到多个性质相同或不同的岩层界面，而水力裂缝在岩层界面的扩展行为受到地层应力、相邻岩层性质以及岩层界面性质的影响。在地层应力以及相邻岩层的性质确定的情况下，确定岩层界面性质有助于设计压裂施工流程，确保水力裂缝扩展行为具有良好的可控性。
然而，目前常规界面力学性质方法如岩石直剪试验，实验结果为多个层理界面破坏时的平均性质，不能具体给出某一层理界面的力学性质，例如刚度等。
针对上述问题，目前尚未提出有效的解决方案。
发明内容
本申请实施例提供了一种岩石刚度确定方法和装置，以解决现有技术中无法确定某一层理界面的刚度的问题。
本申请实施例提供了一种岩石刚度确定方法，包括：获取设有预制裂缝的岩石试件的初始图像和实验图像，其中，初始图像是在对岩石试件进行三点弯断裂实验之前岩石试件表面的图像，实验图像是在对岩石试件进行三点弯断裂实验过程中岩石试件表面的图像；基于初始图像和实验图像确定岩石试件的应变场；依据岩石试件的物理参数和三点弯断裂实验的实验参数，确定岩石试件的应力场；根据应变场和应力场，计算岩石试件中多个位置中各位置处的刚度。
在一个实施例中，在基于初始图像和实验图像确定岩石试件的应变场之后，还包括：基于应变场确定岩石试件的岩层损伤区域。
在一个实施例中，基于应变场确定岩石试件的岩层损伤区域，包括：根据应变场确定多组应变拐点；基于多组应变拐点，确定岩层损伤区域。
在一个实施例中，在基于应变场确定岩石试件的岩层损伤区之后，还包括：根据初始图像和实验图像计算岩石试件的位移场；基于岩石试件的岩层损伤区域内的位移场，计算出岩层界面的张开位移和错动位移。
在一个实施例中，在基于初始图像和实验图像确定岩石试件的应变场之后，还包括：根据应变场将岩石试件的岩石区域划分为弹性区和断裂过程区；基于弹性区的刚度和断裂过程区的刚度确定岩石试件的岩石损伤系数。
在一个实施例中，根据应变场将岩石试件的岩石区域划分为弹性区和断裂过程区，包括：基于应变场，计算在三点弯断裂实验中施加的轴向压力为峰值时岩石试件的槽口尖端处的应变平均值；将应变平均值确定为应变临界值；将应变值小于应变临界值的区域确定为弹性区，将应变值大于或等于应变临界值的区域确定为断裂过程区。
在一个实施例中，基于弹性区的刚度和断裂过程区的刚度确定岩石试件的岩石损伤系数，包括：按照以下公式确定岩石试件的岩石损伤系数：
Figure BDA0002734339900000021
其中，η为岩石损伤系数，Kp为断裂过程区的刚度，Ke为弹性区的刚度。
在一个实施例中，根据应变场和应力场，计算岩石试件中多个位置中各位置处的刚度，包括：按照以下公式计算岩石试件中多个位置中各位置处的刚度：
Figure BDA0002734339900000022
Figure BDA0002734339900000023
其中，Kn为垂直岩层方向的刚度，Ks为沿岩层方向的刚度；σyy为y方向上的应力；τxy为剪应力；εxx、εyy分别为x方向的应变和y方向的应变；εxy＝εyx，为剪应变；θ为岩石内某一平面与x方向的夹角，ds为微元受力面积；其中，x方向为垂直于预制裂缝的方向，y方向为平行于预制裂缝的方向。
本申请实施例还提供了一种岩石刚度确定装置，包括：图像获取模块，用于获取设有预制裂缝的岩石试件的初始图像和实验图像，其中，初始图像是在对岩石试件进行三点弯断裂实验之前岩石试件表面的图像，实验图像是在对岩石试件进行三点弯断裂实验过程中岩石试件表面的图像；应变确定模块，用于基于初始图像和实验图像确定岩石试件的应变场；应力确定模块，用于依据岩石试件的物理参数和三点弯断裂实验的实验参数，确定岩石试件的应力场；刚度计算模块，用于根据应变场和应力场，计算岩石试件中多个位置中各位置处的刚度。
本申请实施例还提供一种计算机设备，包括处理器以及用于存储处理器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实施例中所述的岩石刚度确定方法的步骤。
本申请实施例还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机指令，所述指令被执行时实现上述任意实施例中所述的岩石刚度确定方法的步骤。
在本申请实施例中，提供了一种岩石刚度确定方法，基于岩石试件的初始图像和实验图像确定岩石试件的应变场，依据岩石试件的物理参数和三点弯断裂实验的实验参数计算岩石试件的应力场，并根据应变场和应力场确定岩石试件中多个位置中各位置处的刚度，由于多个位置可以包括岩石中的各层理界面上的多个位置，因此上述方案可以确定岩石试件中的层理界面的刚度，有助于设计压裂施工流程，确保水力裂缝扩展行为具有良好的可控性。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本申请的限定。在附图中：
图1示出了本申请一实施例中的岩石刚度确定方法的流程图；
图2示出了本申请一实施例中的两种类型的岩石试件的示意图；
图3示出了本申请一实施例中的两种类型的岩石试件的示意图；
图4示出了本申请一实施例中的通过CT扫描确定的层理位置以及岩石试件表面散斑化处理的示意图；
图5示出了本申请一实施例中的预设有限元模型的示意图；
图6示出了本申请一实施例中的不同位置处的岩石试件的应变值的示意图以及通过DIC技术确定的岩石试件的应变场的示意图；
图7示出了本申请一实施例中的岩石刚度确定装置的示意图；
图8示出了本申请一实施例中的计算机设备的示意图。
具体实施方式
下面将参考若干示例性实施方式来描述本申请的原理和精神。应当理解，给出这些实施方式仅仅是为了使本领域技术人员能够更好地理解进而实现本申请，而并非以任何方式限制本申请的范围。相反，提供这些实施方式是为了使本申请公开更加透彻和完整，并且能够将本公开的范围完整地传达给本领域的技术人员。
本领域的技术人员知道，本申请的实施方式可以实现为一种系统、装置设备、方法或计算机程序产品。因此，本申请公开可以具体实现为以下形式，即：完全的硬件、完全的软件(包括固件、驻留软件、微代码等)，或者硬件和软件结合的形式。
本申请实施例提供了一种岩石刚度确定方法。图1示出了本申请一实施例中岩石刚度确定方法的流程图。虽然本申请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申请实施例描述及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连接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，甚至分布式处理环境)。
具体地，如图1所示，本申请一种实施例提供的岩石刚度确定方法可以包括以下步骤：
步骤S101，获取设有预制裂缝的岩石试件的初始图像和实验图像。
步骤S102，基于初始图像和实验图像确定岩石试件的应变场。
具体地，可以将要研究的岩样加工成设有预制裂缝的岩石试件。可以对岩石试件进行三点弯断裂实验来研究岩样的物理性质。岩石试件的初始图像可以是在对岩石试件进行三点弯断裂实验之前岩石试件表面的图像。岩石试件的实验图像可以是在对岩石试件进行三点弯断裂实验的过程中岩石试件表面的图像。其中，三点弯断裂实验是指将试件放在有一定距离的两个支撑点上，在两个支撑点中点上方向试件施加向下的载荷，试件的三个接触点形成相等的两个力矩时即发生三点弯曲，试件将于中点处发生断裂。可以利用相机采集岩石试件的初始图像和实验图像。可以从相机获取设有预制裂缝的岩石试件的初始图像和实验图像。
在获得岩石试件的初始图像和实验图像之后，可以基于初始图像和实验图像确定岩石试件的应变场。示例性的，可以利用DIC技术(数字图像相关技术)根据岩石试件的初始图像和实验图像确定岩石试件的应变场。具体地，可以利用DIC技术根据试件的初始图像和实验图像确定岩石试件的位移场，并基于岩石试件的位移场确定岩石试件的应变场。其中，位移场是指物体的位移矢量的空间分布状况。应变场是指应变状态的空间函数，也即应变状态的空间分布状况。
步骤S103，依据岩石试件的物理参数和三点弯断裂实验的实验参数，确定岩石试件的应力场。
其中，岩石试件的物理参数可以包括岩石试件的尺寸参数、岩石弹性模量和泊松比。其中，岩石弹性模量和泊松比可以通过实验测得。三点弯断裂实验的实验参数可以包括施加到岩石试件上的轴向压力的峰值。可以依据岩石试件的物理参数和三点弯断裂实验的实验参数，确定岩石试件的应力场。
在一个实施方式中，可以将物理参数和三点弯断裂实验的实验参数输入预设计算模型，通过预设计算模型计算，输出岩石试件的应力场。预设计算模型可以是预先建立的模型，可以用于计算岩石试件的应力。可以将岩石试件的物理参数和三点弯断裂实验的实验参数输入预设计算模型。在将物理参数和实验参数输入预设计算模型之后，可以得到岩石试件的应力场。在一个实施方式中，在对岩石试件进行三点弯断裂实验前，可以利用CT扫描试件确定试件中层理位置，得到层理位置信息。可以根据层理位置信息来建立预设计算模型。其中，预设计算模型可以采用有限元计算方法或者离散元计算方法来计算岩石试件的应力场。即，预设计算模型可以是预设有限元计算模型或者预设离散元计算模型。
步骤S104，根据应变场和应力场，计算岩石试件中多个位置中各位置处的刚度。
在得到岩石试件的应变场和应力场之后，可以基于应变场和应力场计算岩石试件中多个位置中各位置处的刚度。其中，多个位置可以包括岩石中的各层理界面上的多个位置。
上述实施例中的方法，基于岩石试件的初始图像和实验图像确定岩石试件的应变场，依据岩石试件的物理参数和三点弯断裂实验的实验参数计算岩石试件的应力场，并根据应变场和应力场确定岩石试件中多个位置中各位置处的刚度，由于多个位置包括岩石中的各层理界面，因此上述方案可以确定岩石试件中的层理界面的刚度，有助于设计压裂施工流程，确保水力裂缝扩展行为具有良好的可控性。
请参考图2，示例性地示出了两种岩石试件类型。图2中的两种岩石试件类型的试件形状不同。在图2中，左侧的试件为半圆盘弯曲试件(SCB试件)，右侧的试件为单边缺口梁试件(SENB试件)。在图2左侧，D为SCB试件直径，S为SCB试件跨距，a为预制裂缝长度，B为SCB试件厚度，R为SCB试件半径。在图2右侧，L为SENB试件长度，S为SENB试件跨距，a为预制裂缝长度，D为SENB试件高度，B为SENB试件厚度。试件的尺寸可以采用国际岩石力学协会(ISRM)推荐的尺寸范围。以SCB试件为例，尺寸范围如表1所示。
表1
Figure BDA0002734339900000061
示例性的，可以用金刚石线切割机在试件长度方向的中部切割指定长度的预制裂缝。金刚石线切割过程中试件损失的宽度少，获得的切面平整度高，能够精确引导裂隙尖端扩展，提高实验的成功率和实验结果的准确度。
请参考图3，图3示例性地示出了两种岩石试件类型。图2中的两种岩石试件类型的裂缝位置与层理面布置方式不同。如图3所示，试件可分为A型和ST型。A型试件中预制裂缝与层理面垂直，ST型试件中预制裂缝与层理面平行。
在对岩石试件进行三点弯断裂实验前，可以将哑光白和哑光黑喷漆均匀喷洒在试件表面，制作可供DIC技术区分的人工散斑。而后，通过调整相机位置与镜头焦距以确定预监测的变形区域，并记录岩石试件的初始图像。在对岩石试件进行三点弯断裂实验前，可以利用CT扫描试件确定试件中层理位置，得到层理位置信息。请参考图4，示例性地示出了通过CT扫描确定的层理位置以及岩石试件表面散斑化处理的示意图。图4中，1为DIC分析区域，2为DIC分析区域的子集，3为黑白散斑，4为通过CT扫描确定的层理位置，5为裂缝扩展路径上可能产生的微裂缝，6为微裂缝与水平方向夹角θ。
在实施三点弯断裂实验的过程中，可以利用相机记录试件上选定监测区域的变形、破坏过程。具体的相关操作可以包括：安装岩石试件，保持相机镜头与岩石试件表面平行，记录岩石试件变形前的散斑图像；对试件使用三点弯曲受力条件进行加载，记录试件变形后的散斑图像；将变形前后的散斑图像输入计算机中，选取包含整个断裂过程区的区域作为DIC分析区域，设置相关计算参数，通过图像相关性处理方法获取DIC分析区域内任意位置处的位移和应变，得到位移场和应变场。
请参考图5，示例性地示出了本申请一实施例中的预设有限元模型的示意图。在图5中，以SCB试件为例，示出了层理岩石任意点应力计算有限元模型的示意图。在图5中，P为三点弯断裂实验中的轴向压力，R为SCB试件的半径，a为SCB试件中的预制裂缝的长度，S为SCB试件的跨距。在图5中，x方向为垂直于预制裂缝的方向，y方向为平行于预制裂缝的方向。
在本申请一些实施例中，在基于初始图像和实验图像确定岩石试件的应变场之后，还可以包括：基于应变场确定岩石试件的岩层损伤区域。具体地，应变较大区域可能会发生岩石损伤。在一个实施例中，在计算出应变场之后，可以将应变场大于预设阈值的位置构成的区域确定为岩层损伤区域。上述方式，可以基于应变场确定岩石试件的岩层损伤区域，为压裂施工提供理论指导。
进一步的，在本申请一些实施例中，基于应变场确定岩石试件的岩层损伤区域，可以包括：根据应变场确定多组应变拐点；基于多组应变拐点，确定岩层损伤区域。
具体地，岩层损伤区域边界处的应变值有明显拐点，可通过应变拐点确定岩层损伤区域的左、右边界，进而确定岩层损伤区域，并获得岩层损伤区域的面积。两应变拐点之间的距离为岩石进入损伤区域(断裂过程区)的变形宽度。请参考图6，示出了本申请实施例中的不同位置处的岩石试件的应变值的示意图以及通过DIC技术确定的应变场的示意图。图6中左侧示出了岩石试件在y＝0时x方向上不同位置处受力变形后发生的应变，当岩石试件内部应变值达到应变临界值时，岩石将进入断裂过程区。图6的右侧示出了通过DIC技术确定的岩石试件的应变场的示意图。将两个应变拐点所在的位置确定为岩层损伤区域的边界点。基于确定的应变场，在y取多个不同值时，可以获取应变值随x变化的多个曲线图，根据每个曲线图确定对应的一组应变拐点，最终得到多组应变拐点，即多个边界点，多个边界点围成的区域即岩层损伤区域。其中y的取值间隔可以依据DIC技术的分辨率来确定。通过上述方式，可以确定岩层损伤区域，为压裂施工提供理论指导。
在本申请一些实施例中，在基于应变场确定岩石试件的岩层损伤区之后，还可以包括：根据初始图像和实验图像计算岩石试件的位移场；基于岩石试件的岩层损伤区域内的位移场，计算出岩层界面的张开位移和错动位移。
在基于应变场确定岩石试件的岩层损伤区之后，可以根据初始图像和实验图像计算岩石试件的位移场。示例性的，可以利用DIC技术来确定位移场。具体地，对初始图像中的试件表面区域进行网格划分，将每个子区域当作刚性运动。再针对每个子区域，通过一定的搜索方法按预先定义的相关函数来进行相关计算，在实验图像中寻找与该子区域的互相关系数为最大值的区域，即该子区域在实验后的位置，进而获得该子区域的位移。对全部子区域进行计算，即可获得岩石试件的位移场。在计算出岩石试件的位移场之后，可以基于岩石试件的岩层损伤区域内的位移场，计算出岩层界面的张开位移和错动位移。
具体地，可以通过岩层损伤区域内位移的几何关系计算岩层界面的张开位移和错动位移，即按照以下公式计算张开位移和错动位移：
w1＝uxxsinθ+uyycosθ；
w2＝uxxcosθ+uyysinθ；
其中，w1为张开位移，w2为错动位移，uxx为x方向位移，uyy为y方向位移，θ为裂缝扩展路径与水平方向的夹角。
在本申请一些实施例中，在基于初始图像和实验图像确定岩石试件的应变场之后，还可以包括：根据应变场将岩石试件的岩石区域划分为弹性区和断裂过程区；基于弹性区的刚度和断裂过程区的刚度确定岩石试件的岩石损伤系数。
具体地，在确定岩石试件的应变场之后，可以依据岩石试件的应变场将岩石区域划分为弹性区和断裂过程区。断裂过程区的应变大于弹性区的应变。例如，可以将应变值大于或等于预设阈值的区域确定为断裂过程区，将应变值小于预设阈值的区域确定为弹性区。弹性区的本构关系为硬化关系。断裂过程区的本构关系为软化关系。弹性区刚度明显大于断裂过程区的刚度。可以基于弹性区的刚度和断裂过程区的刚度确定岩石试件的岩石损伤系数。例如，断裂过程区的刚度越小，岩石的损伤程度越高；断裂过程区的刚度越大，岩石的损伤程度越低。上述实施例中，可以基于应变场将岩石区域划分为弹性区和断裂过程区，并且可以确定岩石试件的岩石损伤系数。
进一步的，在本申请一些实施例中，根据应变场将岩石试件的岩石区域划分为弹性区和断裂过程区，可以包括：基于应变场，计算在三点弯断裂实验中施加的轴向压力为峰值时岩石试件的槽口尖端处的应变平均值；将应变平均值确定为应变临界值；将应变值小于应变临界值的区域确定为弹性区，将应变值大于或等于应变临界值的区域确定为断裂过程区。
具体地，在三点弯断裂实验中施加到岩石试件上的轴向压力为峰值时，计算岩石试件的槽口尖端处的应变平均值，并将应变平均值设置为应变临界值。在轴向压力为峰值时，岩石试件开始断裂，将轴向压力为峰值时的应变平均值设置为应变临界值可以提高划分的准确性。通过上述方式，可以将岩石试件的区域划分为弹性区和断裂过程区。
在本申请一些实施例中，基于弹性区的刚度和断裂过程区的刚度确定岩石试件的岩石损伤系数，可以包括：按照以下公式确定岩石试件的岩石损伤系数：
Figure BDA0002734339900000091
其中，η为岩石损伤系数，Kp为断裂过程区的刚度，Ke为弹性区的刚度，Fp为所述断裂过程区所受载荷，Fe为所述弹性区所受载荷，σp为所述断裂过程区所受应力，σe为所述弹性区所受应力，δp为所述断裂过程区的岩层变形，δe为所述弹性区的岩层变形，dse为所述弹性区的微元受力面积，dsp为所述断裂过程区的微元受力面积。本实施例中，弹性区和断裂过程区之间刚度相差越大，则岩石损伤系数越大，岩石的损伤程度越严重。
在本申请一些实施例中，根据应变场和应力场，确定岩石试件中多个位置中各位置处的刚度，可以包括：按照以下公式计算岩石试件中多个位置中各位置处的刚度：
Figure BDA0002734339900000092
Figure BDA0002734339900000093
其中，Kn为垂直岩层方向的刚度，Ks为沿岩层方向的刚度；Fn和δn分别为垂直岩层方向的荷载以及变形；Fs和δs分别为沿岩层方向的载荷和变形；σyy为y方向上的应力；τxy为剪应力；εxx、εyy分别为x方向的应变和y方向的应变；εxy＝εyx，为剪应变；θ为岩石内某一平面与x方向的夹角，ds为微元受力面积；其中，x方向为垂直于预制裂缝的方向，y方向为平行于预制裂缝的方向。
基于同一发明构思，本申请实施例中还提供了一种岩石刚度确定装置，如下面的实施例所述。由于岩石刚度确定装置解决问题的原理与岩石刚度确定方法相似，因此岩石刚度确定装置的实施可以参见岩石刚度确定方法的实施，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。图7是本申请实施例的岩石刚度确定装置的一种结构框图，如图7所示，包括：图像获取模块701、应变确定模块702、应力确定模块703和刚度计算模块704，下面对该结构进行说明。
图像获取模块701用于获取设有预制裂缝的岩石试件的初始图像和实验图像，其中，初始图像是在对岩石试件进行三点弯断裂实验之前岩石试件表面的图像，实验图像是在对岩石试件进行三点弯断裂实验过程中岩石试件表面的图像。
应变确定模块702用于基于初始图像和实验图像确定岩石试件的应变场。
应力确定模块703用于依据岩石试件的物理参数和三点弯断裂实验的实验参数，确定岩石试件的应力场。
刚度计算模块704用于根据应变场和应力场，计算岩石试件中多个位置中各位置处的刚度。
在本申请一些实施例中，岩石刚度确定装置还可以包括损伤区域确定模块，损伤区域确定模块具体用于：在基于初始图像和实验图像确定岩石试件的应变场之后，基于应变场确定岩石试件的岩层损伤区域。
在本申请一些实施例中，基于应变场确定岩石试件的岩层损伤区域，可以包括：根据应变场确定多组应变拐点；基于多组应变拐点，确定岩层损伤区域。
在本申请一些实施例中，岩石刚度确定装置还可以包括位移计算模块，位移计算模块可以用于：在基于应变场确定岩石试件的岩层损伤区之后，根据初始图像和实验图像计算岩石试件的位移场；基于岩石试件的岩层损伤区域内的位移场，计算出岩层界面的张开位移和错动位移。
在本申请一些实施例中，岩石刚度确定装置还可以包括损伤系数确定模块，损伤系数确定模块可以用于：在基于初始图像和实验图像确定岩石试件的应变场之后，根据应变场将岩石试件的岩石区域划分为弹性区和断裂过程区；基于弹性区的刚度和断裂过程区的刚度确定岩石试件的岩石损伤系数。
在本申请一些实施例中，根据应变场将岩石试件的岩石区域划分为弹性区和断裂过程区，可以包括：基于应变场，计算在三点弯断裂实验中施加的轴向压力为峰值时岩石试件的槽口尖端处的应变平均值；将应变平均值确定为应变临界值；将应变值小于应变临界值的区域确定为弹性区，将应变值大于或等于应变临界值的区域确定为断裂过程区。
在本申请一些实施例中，基于弹性区的刚度和断裂过程区的刚度确定岩石试件的岩石损伤系数，可以包括：按照以下公式确定岩石试件的岩石损伤系数：
Figure BDA0002734339900000111
其中，η为岩石损伤系数，Kp为断裂过程区的刚度，Ke为弹性区的刚度。
在本申请一些实施例中，刚度计算模块可以具体用于：按照以下公式计算岩石试件中多个位置中各位置处的刚度：
Figure BDA0002734339900000112
Figure BDA0002734339900000113
其中，Kn为垂直岩层方向的刚度，Ks为沿岩层方向的刚度；σyy为y方向上的应力；τxy为剪应力；εxx、εyy分别为x方向的应变和y方向的应变；εxy＝εyx，为剪应变；θ为岩石内某一平面与x方向的夹角，ds为微元受力面积；其中，x方向为垂直于预制裂缝的方向，y方向为平行于预制裂缝的方向。
从以上的描述中，可以看出，本申请实施例实现了如下技术效果：基于岩石试件的初始图像和实验图像确定岩石试件的应变场，依据岩石试件的物理参数和三点弯断裂实验的实验参数计算岩石试件的应力场，并根据应变场和应力场确定岩石试件中多个位置中各位置处的刚度，由于多个位置可以包括岩石中的各层理界面上的多个位置，因此上述方案可以确定岩石试件中的层理界面的刚度，有助于设计压裂施工流程，确保水力裂缝扩展行为具有良好的可控性。
本申请实施方式还提供了一种计算机设备，具体可以参阅图8所示的基于本申请实施例提供的岩石刚度确定方法的计算机设备组成结构示意图，所述计算机设备具体可以包括输入设备81、处理器82、存储器83。其中，所述存储器83用于存储处理器可执行指令。所述处理器82执行所述指令时实现上述任意实施例中所述的岩石刚度确定方法的步骤。
在本实施方式中，所述输入设备具体可以是用户和计算机系统之间进行信息交换的主要装置之一。所述输入设备可以包括键盘、鼠标、摄像头、扫描仪、光笔、手写输入板、语音输入装置等；输入设备用于把原始数据和处理这些数的程序输入到计算机中。所述输入设备还可以获取接收其他模块、单元、设备传输过来的数据。所述处理器可以按任何适当的方式实现。例如，处理器可以采取例如微处理器或处理器以及存储可由该(微)处理器执行的计算机可读程序代码(例如软件或固件)的计算机可读介质、逻辑门、开关、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、可编程逻辑控制器和嵌入微控制器的形式等等。所述存储器具体可以是现代信息技术中用于保存信息的记忆设备。所述存储器可以包括多个层次，在数字系统中，只要能保存二进制数据的都可以是存储器；在集成电路中，一个没有实物形式的具有存储功能的电路也叫存储器，如RAM、FIFO等；在系统中，具有实物形式的存储设备也叫存储器，如内存条、TF卡等。
在本实施方式中，该计算机设备具体实现的功能和效果，可以与其它实施方式对照解释，在此不再赘述。
本申请实施方式中还提供了一种基于岩石刚度确定方法的计算机存储介质，所述计算机存储介质存储有计算机程序指令，在所述计算机程序指令被执行时实现上述任意实施例中所述岩石刚度确定方法的步骤。
在本实施方式中，上述存储介质包括但不限于随机存取存储器(Random AccessMemory,RAM)、只读存储器(Read-Only Memory,ROM)、缓存(Cache)、硬盘(Hard DiskDrive,HDD)或者存储卡(Memory Card)。所述存储器可以用于存储计算机程序指令。网络通信单元可以是依照通信协议规定的标准设置的，用于进行网络连接通信的接口。
在本实施方式中，该计算机存储介质存储的程序指令具体实现的功能和效果，可以与其它实施方式对照解释，在此不再赘述。
显然，本领域的技术人员应该明白，上述的本申请实施例的各模块或各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，并且在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本申请实施例不限制于任何特定的硬件和软件结合。
应该理解，以上描述是为了进行图示说明而不是为了进行限制。通过阅读上述描述，在所提供的示例之外的许多实施方式和许多应用对本领域技术人员来说都将是显而易见的。因此，本申请的范围不应该参照上述描述来确定，而是应该参照前述权利要求以及这些权利要求所拥有的等价物的全部范围来确定。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请实施例可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种岩石刚度确定方法，其特征在于，包括：
获取设有预制裂缝的岩石试件的初始图像和实验图像，其中，所述初始图像是在对所述岩石试件进行三点弯断裂实验之前所述岩石试件表面的图像，所述实验图像是在对所述岩石试件进行三点弯断裂实验过程中所述岩石试件表面的图像；
基于所述初始图像和所述实验图像确定所述岩石试件的应变场；
依据所述岩石试件的物理参数和三点弯断裂实验的实验参数，确定所述岩石试件的应力场；
根据所述应变场和所述应力场，计算所述岩石试件中多个位置中各位置处的刚度。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在基于所述初始图像和所述实验图像确定所述岩石试件的应变场之后，还包括：
基于所述应变场确定所述岩石试件的岩层损伤区域。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，基于所述应变场确定所述岩石试件的岩层损伤区域，包括：
根据所述应变场确定多组应变拐点；
基于所述多组应变拐点，确定所述岩层损伤区域。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在基于所述应变场确定所述岩石试件的岩层损伤区之后，还包括：
根据所述初始图像和所述实验图像计算所述岩石试件的位移场；
基于所述岩石试件的岩层损伤区域内的位移场，计算出岩层界面的张开位移和错动位移。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在基于所述初始图像和所述实验图像确定所述岩石试件的应变场之后，还包括：
根据所述应变场将所述岩石试件的岩石区域划分为弹性区和断裂过程区；
基于所述弹性区的刚度和所述断裂过程区的刚度确定所述岩石试件的岩石损伤系数。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，根据所述应变场将所述岩石试件的岩石区域划分为弹性区和断裂过程区，包括：
基于所述应变场，计算在三点弯断裂实验中施加的轴向压力为峰值时所述岩石试件的槽口尖端处的应变平均值；
将所述应变平均值确定为应变临界值；
将应变值小于所述应变临界值的区域确定为弹性区，将应变值大于或等于所述应变临界值的区域确定为断裂过程区。
7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，基于所述弹性区的刚度和所述断裂过程区的刚度确定所述岩石试件的岩石损伤系数，包括：
按照以下公式确定所述岩石试件的岩石损伤系数：
Figure FDA0002734339890000021
其中，η为所述岩石损伤系数，Kp为所述断裂过程区的刚度，Ke为所述弹性区的刚度。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述应变场和所述应力场，计算所述岩石试件中多个位置中各位置处的刚度，包括：
按照以下公式计算所述岩石试件中多个位置中各位置处的刚度：
Figure FDA0002734339890000022
Figure FDA0002734339890000023
其中，Kn为垂直岩层方向的刚度，Ks为沿岩层方向的刚度；σyy为y方向上的应力；τxy为剪应力；εxx、εyy分别为x方向的应变和y方向的应变；εxy＝εyx，为剪应变；θ为岩石内某一平面与x方向的夹角，ds为微元受力面积；其中，x方向为垂直于所述预制裂缝的方向，y方向为平行于所述预制裂缝的方向。
9.一种岩石刚度确定装置，其特征在于，包括：
图像获取模块，用于获取设有预制裂缝的岩石试件的初始图像和实验图像，其中，所述初始图像是在对所述岩石试件进行三点弯断裂实验之前所述岩石试件表面的图像，所述实验图像是在对所述岩石试件进行三点弯断裂实验过程中所述岩石试件表面的图像；
应变确定模块，用于基于所述初始图像和所述实验图像确定所述岩石试件的应变场；
应力确定模块，用于依据所述岩石试件的物理参数和三点弯断裂实验的实验参数，确定所述岩石试件的应力场；
刚度计算模块，用于根据所述应变场和所述应力场，计算所述岩石试件中多个位置中各位置处的刚度。
10.一种计算机设备，其特征在于，包括处理器以及用于存储处理器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至8中任一项所述方法的步骤。
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