CN114460119A - 力学参数获取方法及装置、电子设备及计算机存储介质 - Google Patents
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Abstract
本公开提供了一种力学参数获取方法，所述方法包括：扫描矿物样品，得到矿物样品的电镜图像以及矿物成分图像；根据所述矿物成分图像，确定矿物样品中的矿物成分；根据所述电镜图像，确定胶结因子；其中，所述胶结因子指示矿物样品中矿物之间的接触关系；根据所述矿物样品的成分以及所述胶结因子，确定所述矿物样品的力学参数；通过上述力学参数获取方法，可以提升获取速率以及准确性。
Description
技术领域
本公开涉及地质勘探领域，具体地，涉及一种力学参数获取方法及装置、电子设备及计算机存储介质。
背景技术
岩石力学性质是指岩石在受力情况下的变形特征，表征变形特征的力学参数有抗压强度、杨氏模量、泊松比、弹性模量、内聚力和内摩擦系数等。油气储集层的岩石力学参数对于油气井钻探设计、钻井施工和完井改造有重要意义。关于储层岩石力参数获取。现有的关于岩石力学参数的获取方法，有室内试验法以及测井分析法，室内试验法对样品要求高、过程复杂且耗时长、成本高；而测井分析法，成本高、普及率低，准确性低。
因此，需要一种耗时短、成本低且准确性高的力学参数获取装置。
发明内容
本公开提供一种力学参数获取方法及装置、电子设备及计算机存储介质。
本公开第一方面提供一种力学参数获取方法，所述方法包括：扫描矿物样品，得到矿物样品的电镜图像以及矿物成分图像；根据所述矿物成分图像，确定矿物样品中的矿物成分；根据所述电镜图像，确定胶结因子；其中，所述胶结因子指示矿物样品中矿物之间的接触关系；根据所述矿物样品的成分以及所述胶结因子，确定所述矿物样品的力学参数。
可选地，所述根据所述矿物样品的成分以及所述胶结因子，确定所述矿物样品的力学参数，包括：根据所述矿物样品的成分，确定多个不同矿物成分的力学参数；根据多个不同矿物成分的力学参数，确定所述矿物样品的第一力学参数；其中，所述第一力学参数，指示所述矿物样品中矿物成分的受力状况；根据所述第一力学参数以及胶结因子，确定所述矿物样品的第二力学参数；其中，第二力学参数，指示所述矿物样品中非矿物成分的受力状况；根据所述第二力学参数以及所述第一力学参数，确定所述矿物样品的力学参数。
可选地，所述根据所述矿物样品的成分，确定多个不同矿物成分的力学参数，包括：根据所述矿物样品的成分种类对应的已知密度值、纵波在所述矿物样品的不同种类的矿物成分中的传播速度、以及横波在所述矿物样品的不同种类的矿物成分中的传播速度，得到不同种类的矿物成分的力学参数；其中，所述不同矿物成分的力学参数，指示矿物的剪切模量以及体积模量。
可选地，所述根据多个不同矿物成分的力学参数，确定所述矿物样品的第一力学参数，包括：确定单一矿物成分种类的力学参数、以及对应的在所述矿物样品中体积百分比之间的乘积；对多个不同矿物成分种类的所述乘积进行累积求和，得到第三力学参数；确定单一矿物成分种类的在所述矿物样品中体积百分比、以及与所述单一矿物成分种类的力学参数之间的比值；对多个不同矿物成分种类的所述比值进行累积求和，得到第四力学参数；其中，第四力学参数小于第三力学参数；根据所述第三力学参数与所述第四力学参数的平均值，确定所述矿物样品的所述第一力学参数。
可选地，所述根据第一力学参数以及胶结因子，确定所述矿物样品的第二力学参数，包括：根据所述第一力学参数的体积模量、所述胶结因子以及矿物样品的孔隙度，确定所述矿物样品的第二力学参数的体积模量；根据所述第一力学参数的剪切模量、所述胶结因子、矿物样品以及经验系数，确定所述矿物样品的第二力学参数的剪切模量。
可选地，所述根据所述第二力学参数以及所述第一力学参数，确定所述矿物样品的力学参数，包括：根据所述第二力学参数的第二体积模量以及所述第一力学参数的第一体积模量，确定所述矿物样品的力学参数的体积模量；根据所述第一力学参数的第一剪切模量，确定所述矿物样品的力学参数的剪切模量。
可选地，所述方法还包括：根据所述矿物样品的力学参数的体积模量以及所述矿物样品的力学参数的剪切模量，确定述矿物样品的力学参数的拉梅系数、泊松比以及杨氏模量。
可选地，所述方法还包括：根据同一测井的不同深度的所述矿物样品的力学参数，建立深度与所述矿物样品的力学参数的力学参数曲线。
本公开第二方面提供一种力学参数获取装置，所述装置包括：扫描模块，用于扫描矿物样品，得到矿物样品的电镜图像以及矿物成分图像；第一确定模块，用于根据所述矿物成分图像，确定矿物样品中的矿物成分；第二确定模块，用于根据所述电镜图像，确定胶结因子；其中，所述胶结因子指示矿物样品中矿物之间的接触关系；第三确定模块，用于根据所述矿物样品的成分以及所述胶结因子，确定所述矿物样品的力学参数。
本公开第三方面提供一种电子设备，所述电子设备，包括：处理器；用于存储能够在处理器上运行的计算机程序的存储器；其中，所述处理器用于运行所述计算机程序时，执行上述第一方面提供的力学参数获取方法的步骤。
本公开第四方面提供一种计算机存储介质，所述计算机存储介质存储有计算机可执行指令；所述计算机可执行指令被处理器执行实现如上述第一方面提供的力学参数获取方法。
本公开的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：本公开实施例公开的力学参数获取方法，包括：扫描矿物样品，得到矿物样品的电镜图像以及矿物成分图像；根据所述矿物成分图像，确定矿物样品中的矿物成分；根据所述电镜图像，确定胶结因子；其中，所述胶结因子指示矿物样品中矿物之间的接触关系；根据所述矿物样品的成分以及所述胶结因子，确定所述矿物样品的力学参数；与现有技术中室内试验法以及测井分析法中，室内试验法对样品要求高、过程复杂且耗时长、成本高；而测井分析法，成本高、普及率低，准确性低相比，本公开实施例考虑到了胶结因子指示的矿物样品中的矿物之间的接触关系，来快速模拟计算得到矿物样品的力学参数，耗时短，且准确度高，成本低。
应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本公开。
附图说明
图1为一示例性实施例示出的力学参数获取方法的流程示意图；
图2为一示例性实施例示出的力学参数获取方法的流程示意图；
图3为一示例性实施例示出的力学参数获取方法的流程示意图；
图4为一示例性实施例示出的力学参数获取方法的流程示意图；
图5为一示例性实施例示出的力学参数获取方法的流程示意图；
图6为一示例性实施例示出的力学参数获取方法的矿物样品示意图；
图7为一示例性实施例示出的力学参数获取方法的矿物样品示意图；
图8为一示例性实施例示出的力学参数获取方法的电镜图像示意图；
图9为一示例性实施例示出的力学参数获取方法的矿物成分图像示意图；
图10为一示例性实施例示出的力学参数获取方法的矿物样品的力学参数曲线示意图；
图11为一示例性实施例示出的力学参数获取装置的结构示意图；
图12为一示例性实施例示出的力学参数获取装置的结构示意图。
具体实施方式
这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本公开实施例相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本公开实施例的一些方面相一致的装置和方法的例子。
现有技术中，关于岩石的力学参数获取，主要包括室内试验法和测井分析法。
室内试验法中，将标准的圆柱状岩石样品，直径多为25mm，放置入设置好温度和压力的三轴岩石力学测试系统内部，对样品逐渐施加轴向应力，直至样品破坏，通过记录不同的应力条件下样品的变形特征，获取样品的岩石力学参数。该方法的优点为结果准确，但对样品要求高、过程复杂、耗时长，且成本高。
测井分析法中，主要利用偶极声波测井资料，计算出纵波与横波波速比，随后利用已有的经验公式计算出岩石力学参数。该方法的优点在于获取的参数连续、准确度相对较好，但施工成本较高，普及率低。而通过其他类型的测井曲线拟合的纵波与横波传播速度，其准确性难以保证。
本公开实施例中，结合图1所示，提供了一种力学参数获取方法，所述方法包括：
步骤S101，扫描矿物样品，得到矿物样品的电镜图像以及矿物成分图像；
步骤S102，根据所述矿物成分图像，确定矿物样品中的矿物成分；
步骤S103，根据所述电镜图像，确定胶结因子；其中，所述胶结因子指示矿物样品中矿物之间的接触关系；
步骤S104，根据所述矿物样品的成分以及所述胶结因子，确定所述矿物样品的力学参数。
本公开实施例中，关于矿物样品的制备，是将地下钻取的岩心或岩屑样品(如图6所示)进行洗盐洗油后，进行注胶、烘干后，制成薄片，对薄片进行抛光、喷碳后制备完成，得到薄片状的矿物样品(如图7)。
本公开实施例中，关于矿物样品薄片的直径，包括但不限于是：2.5mm、3mm、3.5mm等尺寸，具体直径大小可根据设计需求和/或扫描装置能容许的尺寸大小而确定，本公开实施例中的矿物样品薄片的直径不限于上述举例。
本公开实施例中，将制备好的矿物样品的薄片固定到样品台上，将固定好的样品放入仪器样品室中。
本公开实施例中，关于步骤S101，扫描矿物样品，获取背散射电子和二次电子信号，得到矿物样品的电镜图像，如图8所示。
本公开实施例中，关于步骤S101，扫描矿物样品，获取特征X射线的能谱特征，得到矿物成分图像，如图9所示。
本公开实施例中，关于步骤S102，根据矿物样品的成分图像，如图9所示，可以得到矿物的成分，包括但不限于是：石英、长石、方解石、伊利石、伊蒙混层以及黄铁矿。伊蒙混层指的是：伊利石和蒙脱土的混合层。
本公开实施例中，关于步骤S103，根据所述电镜图像，确定胶结因子，结合图8所示，胶结因子c根据电镜图像中胶结物占孔隙的体积估算。
本公开实施例中，关于胶结因子的估算，可分为多个等级，例如，胶结因子的估算可以分为默认值为0，0.25，0.5，0.75和1共5个等级，具体对应关系如下：
0对应无胶结，即孔隙内未发现胶结物；
0.25对应弱胶结，可在孔隙中发现胶结物的，但整体发育较少；
0.5对应中等胶结，对应可在孔隙中发现胶结物的，但整体发育较少；
0.75对应强胶结，孔隙内胶结物较为发育，占据了大部分孔隙空间；
1对应完全胶结：即孔隙内部完全被胶结物充填。
本公开实施例中，结合图8所示，矿物样品中包括：不同种类成分的矿物、孔隙以及在孔隙中的胶结物。
本公开实施例中，关于步骤S104，根据矿物样品的成分，确定矿物样品中的不同种类的矿物已知的密度值、纵波在不同种类的矿物成分中的传播速度以及横波在不同种类的矿物成分中的传播速度，进而得到多个不同矿物成分的力学参数。
本公开实施例中，根据不同种类的矿物成分的力学参数，以及胶结因子，进一步确定所述矿物样品的力学参数。
本公开实施例中，由于胶结因子，指示矿物样品中矿物之间的接触关系，在确定矿物样品的力学参数的过程中，结合计算胶结因子，可以提升矿物样品的力学参数的准确性。
本公开实施例中，在确定多个不同矿物成分的力学参数之后，根据多个不同矿物成分的力学参数，计算第一力学参数。所述第一力学参数指的是干骨架力学参数，干骨架指示的是矿物样品中具有矿物成分的结构部分。
本公开实施例中，在确定第一力学参数之后，确定第二力学参数，第二力学参数指的是基质力学参数，在计算基质力学参数时，会考虑计算矿物样品的胶结因子，其计算公式如下所示：
上述公式1.1至公式1.2中，
Kd：第一力学参数指示的体积模量；
μd：第一力学参数指示的剪切模量；
Km：第二力学参数指示的体积模量；
μm：第二力学参数指示的剪切模量；
φ：岩石样品孔隙度；
c：岩石样品胶结因子；
γ：为经验系数，取值为1.5。
本公开实施例中，在确定第二力学参数之后，根据第二力学参数，确定矿物样品的力学参数，矿物样品的力学参数包括但不限于是如下之一：
体积模量；
剪切模量；
拉梅系数；
泊松比；
杨氏模量。
本公开实施例中，体积模量是弹性模量的一种，用来反映材料的宏观特性，即物体的体应变与平均应力(某一点三个主应力的平均值)之间的关系的一个物理量。
本公开实施例中，剪切模量，指示剪切应力与应变的比值。
本公开实施例中，拉梅系数，指示应变-应力关系中出现的材料相关量。
本公开实施例中，泊松比，指示材料在单向受拉或受压时，横向正应变与轴向正应变的绝对值的比值。
本公开实施例中，杨氏模量，指示在弹性限度内物质材料抗拉或抗压的物理量。
本公开实施例中，由于可以根据矿物成分，快速模拟计算出矿物样品的力学参数，且矿物样品易制备易获取，还考虑到了胶结因子对矿物样品的力学参数的影响，与现有技术中的室内试验法在获取矿物样品的力学参数时，需要对样品逐渐施加轴向应力，直至样品破坏的过程需要较长的时间，并且该方法对样品的要求高，过程复杂且成本高；以及与测井分析法的施工成本高且普及率低相比，本公开实施例获取的矿物样品的力学参数精确度高，且成本低，用时短。
本公开实施例中，结合图2所示，所述步骤S104，根据所述矿物样品的成分以及所述胶结因子，确定所述矿物样品的力学参数，包括：
步骤S1041，根据所述矿物样品的成分，确定多个不同矿物成分的力学参数；
步骤S1042，根据多个不同矿物成分的力学参数，确定所述矿物样品的第一力学参数；其中，所述第一力学参数，指示所述矿物样品中矿物成分的受力状况；
步骤S1043，根据所述第一力学参数以及胶结因子，确定所述矿物样品的第二力学参数；其中，第二力学参数，指示所述矿物样品中非矿物成分的受力状况；
步骤S1044，根据所述第二力学参数以及所述第一力学参数，确定所述矿物样品的力学参数。
本公开实施例中，关于步骤S1041，矿物样品的成分，可以包括但不限于是：石英；长石；方解石；粘土；黄铁矿；伊利石。
本公开实施例中，关于多个不同矿物成分的力学参数，包括但不限于是：体积模量；剪切模量；拉梅系数；泊松比；杨氏模量。
本公开实施例中，关于如何根据矿物样品的成分，确定多个不同矿物成分的力学参数，具体是根据矿物样品的不同成分的种类对应的已知的密度值、纵波在所述矿物样品的不同种类的矿物成分中的传播速度、以及横波在所述矿物样品的不同种类的矿物成分中的传播速度，得到不同种类的矿物成分的力学参数。
本公开实施例中，关于步骤S1042，根据多个不同矿物成分的力学参数，如多个不同矿物成分的体积模量和剪切模量，得到矿物样品的第一力学参数。
本公开实施例中，第一力学参数指示干骨架部分的力学参数，干骨架指示所述矿物样品中的矿物成分占据的结构部分，第一力学参数，指示所述矿物样品中矿物成分的受力状况。
本公开实施例中，关于步骤S1043，根据第一力学参数的体积模量和第一力学参数的剪切模量，计算出第二力学参数的体积模量和剪切模量。
本公开实施例中，第二力学参数又可称为基质力学参数，具体是考虑到矿物样品中的孔隙度以及胶结因子，而根据第一力学参数确定的。
本公开实施例中，基质指示矿物样品中的非矿物部分，包括但不限于是：孔隙部分和/或胶结物。
本公开实施例中，关于矿物样品的孔隙度，具体是根据矿物样品中所有的孔隙空间体积之和与该矿物样品体积的比值。
本公开实施例中，关于步骤S1044，根据所述第二力学参数以及所述第一力学参数，确定所述矿物样品的力学参数，即根据第二力学参数的体积模量和剪切模量，以及第一力学参数的体积模量和剪切模量，确定矿物样品的力学参数的体积模量和剪切模量。
本公开实施例中，由于在计算第二力学参数时，考虑到了胶结因子，并且关于矿物样品的力学参数的获取，可以快速地模拟计算得到，因此，提升了精确性，节省了时间。
本公开实施例中，步骤S1041，所述根据所述矿物样品的成分，确定多个不同矿物成分的力学参数，包括：
根据所述矿物样品的成分种类对应的已知密度值、纵波在所述矿物样品的不同种类的矿物成分中的传播速度、以及横波在所述矿物样品的不同种类的矿物成分中的传播速度，得到不同种类的矿物成分的力学参数；其中，所述不同矿物成分的力学参数，指示矿物的剪切模量以及体积模量。
本公开实施例中，关于矿物成分的力学参数，指示但不限于是：剪切模量；体积模量；拉梅系数；泊松比；杨氏模量；矿物密度；纵波在矿物组成中传播速度；纵波在矿物组成中传播速度。
本公开实施例中，关于多个不同矿物成分的力学参数的确定，计算公式具体如下：
上述公式1.3至公式1.7中，
K：体积模量；
μ：剪切模量；
λ：拉梅系数；
v：泊松比；
E：杨氏模量；
ρ：矿物密度；
Vp：纵波在矿物组成中传播速度；
Vs：纵波在矿物组成中传播速度。
本公开实施例中，根据公式1.3，以及矿物样品的成分种类对应的已知密度值ρ、纵波在所述矿物样品的不同种类的矿物成分中的传播速度Vp、以及横波在所述矿物样品的不同种类的矿物成分中的传播速度Vs，确定不同矿物成分的体积模量。
本公开实施例中，根据公式1.4，以及矿物样品的成分种类对应的已知密度值ρ、以及横波在所述矿物样品的不同种类的矿物成分中的传播速度Vs，确定不同矿物成分的剪切模量。
本公开实施例中，根据公式1.5，以及矿物样品的成分种类对应的已知密度值ρ、纵波在所述矿物样品的不同种类的矿物成分中的传播速度Vp、以及横波在所述矿物样品的不同种类的矿物成分中的传播速度Vs，确定不同矿物成分的拉梅系数；或者是根据公式1.5，以及体积模量K以及剪切模量μ，确定不同矿物成分的拉梅系数。
本公开实施例中，根据公式1.6，以及横波在所述矿物样品的不同种类的矿物成分中的传播速度Vp、以及横波在所述矿物样品的不同种类的矿物成分中的传播速度Vs，确定泊松比ν；或者是根据体积模量K以及剪切模量μ，确定泊松比ν；或者是根据拉梅系数λ以及剪切模量μ，确定泊松比v。
本公开实施例中，根据公式1.7，以及矿物样品的成分种类对应的已知密度值ρ，横波在所述矿物样品的不同种类的矿物成分中的传播速度Vs以及泊松比v，确定杨氏模量E；或者是根据剪切模量μ以及泊松比v，确定杨氏模量。
本公开实施例中，根据多种不同种类的矿物成分，如石英、长石、方解石、粘土以及黄铁矿的已知的密度值、纵波在这些不同种类的矿物成分中的传播速度以及横波在这些不同种类的矿物成分中的传播速度，确定关于这些不同种类的矿物成分的力学参数。
本公开实施例中，根据矿物成分图像，确定矿物成分，并且针对不同种类的矿物成分的已知数据，确定不同种类的矿物成分的力学参数，进而获取矿物样品的力学参数，将矿物成分图像的分析以及参数的计算结合在一起，可以快速的获取矿物样品的力学参数，提升计算效率。
本公开实施例中，结合图3所示，步骤S1042，根据多个不同矿物成分的力学参数，确定所述矿物样品的第一力学参数，包括：
步骤S10421，确定单一矿物成分种类的力学参数、以及对应的在所述矿物样品中体积百分比之间的乘积；
步骤S10422，对多个不同矿物成分种类的所述乘积进行累积求和，得到第三力学参数；
步骤S10423，确定单一矿物成分种类的在所述矿物样品中体积百分比、以及与所述单一矿物成分种类的力学参数之间的比值；
步骤S10424，对多个不同矿物成分种类的所述比值进行累积求和，得到第四力学参数；其中，第四力学参数小于第三力学参数；
步骤S10425，根据所述第三力学参数与所述第四力学参数的平均值，确定所述矿物样品的所述第一力学参数。
本公开实施例中，关于每一种矿物成分的体积百分比，是根据矿物成分图像分析得到的，用fi表示第i种矿物组分的体积百分比。i的取值为非0自然数。
本公开实施例中，关于步骤S10421，单一矿物成分种类的力学参数用Mi来表示，单一矿物成分种类的力学参数以及对应的在所述矿物样品中体积百分比之间的乘积，用fiMi表示。
本公开实施例中，关于步骤S10422，对多个不同矿物成分种类的所述乘积进行累积求和，得到第三力学参数，计算公式如下：
上述公式1.8中，M1表示第三力学参数，即上边界力学参数，指最大力学参数。
本公开实施例中，关于步骤S10423，确定单一矿物成分种类的在所述矿物样品中体积百分比、以及与所述单一矿物成分种类的力学参数之间的比值，用
表示。
本公开实施例中，关于步骤S10424，对多个不同矿物成分种类的所述比值进行累积求和，得到第四力学参数，计算公式如下：
上述公式1.9中，M2表示第四力学参数，即下边界力学参数，指最小力学参数。
本公开实施例中，步骤S10425，根据所述第三力学参数与所述第四力学参数的平均值，确定所述矿物样品的所述第一力学参数，计算公式如下：
M3＝(M1+M2)/2 公式1.10
上述公式1.10中，M3指示第一力学参数，即平均干骨架力学参数，是第三力学参数和第四力学参数的平均值。
本公开实施例中，第一力学参数、第三力学参数以及第四力学参数都包括杨氏模量、体积模量、剪切模量、泊松比以及拉梅系数，并且是分别依据上述公式1.8至1.10对应计算得到。
在一个实施例中，将多个单一矿物的杨氏模量代入值公式1.8至1.10，最终得到第一力学参数的平均杨氏模量。
在一个实施例中，将将多个单一矿物的体积模量代入值公式1.8至1.10，最终得到第一力学参数的平均体积模量。
在一个实施例中，将将多个单一矿物的剪切模量代入值公式1.8至1.10，最终得到第一力学参数的平均剪切模量。
在一个实施例中，将将多个单一矿物的泊松比代入值公式1.8至1.10，最终得到第一力学参数的平均泊松比。
在一个实施例中，将将多个单一矿物的拉梅系数代入值公式1.8至1.10，最终得到第一力学参数的平均拉梅系数。
本公开实施例中，通过上述模拟计算，得到关于第一力学参数，即平均干骨架力学参数，如此，可以获得均匀准确的力学参数。
本公开实施例中，结合图4所示，步骤S1043，所述根据第一力学参数以及胶结因子，确定所述矿物样品的第二力学参数，包括：
步骤S10431，根据所述第一力学参数的体积模量、所述胶结因子以及矿物样品的孔隙度，确定所述矿物样品的第二力学参数的体积模量；
步骤S10432，根据所述第一力学参数的剪切模量、所述胶结因子、矿物样品以及经验系数，确定所述矿物样品的第二力学参数的剪切模量。
本公开实施例中，关于步骤S10431，根据所述第一力学参数的体积模量Kd、所述胶结因子c以及矿物样品的孔隙度φ，确定所述矿物样品的第二力学参数的体积模量Km，计算公式如下：
本公开实施例中，步骤S10432，根据所述第一力学参数的剪切模量μd、所述胶结因子c、矿物样品以及经验系数γ，确定所述矿物样品的第二力学参数的剪切模量μm，计算公式如下：
本公开实施例中，关于矿物样品的孔隙度，具体是根据矿物样品中所有的孔隙空间体积之和与该矿物样品体积的比值。
本公开实施例中，关于矿物样品的胶结因子，关于胶结因子的估算，可以分为默认值为0，0.25，0.5，0.75和1共5个等级，具体对应关系如下：
0对应无胶结，即孔隙内未发现胶结物；
0.25对应弱胶结，可在孔隙中发现胶结物的，但整体发育较少；
0.5对应中等胶结，对应可在孔隙中发现胶结物的，但整体发育较少；
0.75对应强胶结，孔隙内胶结物较为发育，占据了大部分孔隙空间；
1对应完全胶结：即孔隙内部完全被胶结物充填。
本公开实施例中，由于第二力学参数，指示的基质力学参数，基质指示的是非矿物部分的，第二力学参数指示的是非矿物部分的受力状况。
本公开实施例中，非矿物部分至少包括：孔隙以及胶结物。
本公开实施例中，由于在计算第二力学参数时考虑到了结合矿物样品组成的薄片以及胶结因子，相对于现有技术中只是对碎屑状的矿物样品进行试验并计算力学参数，准确度低，本公开实施例的由于考虑到了胶结因此，提升了准确性。
本公开实施例中，结合图5所示，步骤S1044，所述根据所述第二力学参数以及所述第一力学参数，确定所述矿物样品的力学参数，包括：
步骤S10441，根据所述第二力学参数的第二体积模量以及所述第一力学参数的第一体积模量，确定所述矿物样品的力学参数的体积模量；
步骤S10442，根据所述第一力学参数的第一剪切模量，确定所述矿物样品的力学参数的剪切模量。
本公开实施例中，关于步骤S10441，具体的计算公式如下：
本公开实施例中，关于步骤S10442，具体的计算公式如下：
μe＝μd 公式1.14
上述公式1.13至1.14中，
Ke：矿物样品的力学参数的体积模量；
μe：矿物样品的力学参数的剪切模量；
Kd：第一力学参数的体积模量；
μd：第一力学参数的剪切模量；
Km：第二力学参数的体积模量；
μm：第二力学参数的剪切模量；
φ：岩石样品孔隙度。
本公开实施例中，通过上述计算公式模拟计算得到的矿物样品的力学参数的体积模量和剪切模量，准确度更高，用时更短。
本公开实施例中，所述方法还包括：
步骤S105，根据所述矿物样品的力学参数的体积模量以及所述矿物样品的力学参数的剪切模量，确定述矿物样品的力学参数的拉梅系数、泊松比以及杨氏模量。
本公开实施例中，关于步骤S105的计算公式如下：
E＝2μ(1+v) 公式1.17
上述公式1.15至公式1.17中，
λ：拉梅系数；
K：体积模量；
μ：剪切模量；
v：泊松比；
E：杨氏模量。
本公开实施例中，通过上述计算公式模拟计算得到的矿物样品的力学参数的拉梅系数、泊松比以及杨氏模量，准确度更高，用时更短。
本公开实施例中，所述方法还包括：
步骤S106，根据同一测井的不同深度的所述矿物样品的力学参数，建立深度与所述矿物样品的力学参数的力学参数曲线。
本公开实施例中，对各个深度点的矿物样品进行样品的制备、扫描以及力学参数模拟后，得到同一测井的不同深度的所述矿物样品的力学参数，建立如图10所示的力学参数曲线。
本公开实施例中，通过建立不同深度的矿物样品的力学参数曲线，可以直观地显示对于同一测井中，不同深度的矿物样品对应的岩土的受力状况。
本公开实施例中，结合上述实施例提供以下示例：
示例1：一种力学参数获取方法，是基于扫描电镜图像和矿物分布图像进行岩石力学参数模拟的方法；涉及油气储层评价方向，通过特别设计一种基于岩石样品的矿物成分及分布结构特征，对岩心或岩屑样品的岩石力学参数进行快速、准确模拟的方法。
岩石力学性质是指岩石在受力情况下的变形特征，其表征参数有抗压强度、杨氏模量、泊松比、弹性模量、内聚力和内摩擦系数等(陈子光，1986)。地下油气储集层的岩石力学参数对于油气井钻探设计、钻井施工和完井改造有重要意义。关于储层岩石力参数获取，已经披露的技术包括以下两大类：
室内实验法：该方法将标准的圆柱状岩性样品(直径多为25mm)放置入设置好温度和压力的三轴岩石力学测试系统内部，对样品逐渐施加轴向应力，直至样品破坏，通过记录不同的应力条件下样品的变形特征，获取样品的岩石力学参数。该方法的优点为结果准确，但对样品要求高、过程复杂、耗时长，且成本高。
测井分析法：该方法主要利用偶极声波测井资料，计算出纵波与横波波速比，随后利用已有的经验公式计算出岩石力学参数。该方法的优点在于获取的参数连续、准确度相对较好，但施工成本较高，普及率低。而通过其他类型的测井曲线拟合的纵波与横波传播速度，其准确性难以保证。
本公开实施例需要解决的技术问题在于克服室内试验岩石力学参数获取时间长，测井方法获取岩石力学参数成本高等问题，提供一种基于岩石矿物成分和分布结构，快速、准确获取储层岩石力学参数的手段，从而节约现场决策时间，极大地降低决策成本，提高经济效益。
本公开实施例为通过等基于岩石矿物成分和分布特征进行岩石物理参数模拟，该方法的主要步骤包括：
步骤S201，样品制备：将地下钻取的岩心或岩屑样品进行洗盐洗油后，进行注胶、烘干后，制成2.5mm直径的薄片，进一步抛光、喷碳后，用于后续实验；
步骤S202，获取矿物成分和分布图像：
将制备好的薄片样品用碳导电胶带固定到样品台上，将固定好的样品放入仪器样品室中；
对薄片样品进行扫描，获取背散射电子和二次电子信号，生成扫描电镜图像；
对薄片样品进行扫描，获取特征X射线的能谱特征，生成矿物成分定量分析图像。
步骤S203，岩石力学参数模拟计算；
具体的计算流程如下：
步骤S2031，基于样品的矿物组成，计算出单一矿物的岩石力学参数。
上述公式2.1至公式2.5中，
K：体积模量；
μ：剪切模量；
λ：拉梅系数；
ν：泊松比；
E：杨氏模量；
ρ：矿物密度；
Vp：纵波在矿物组成中传播速度；
Vs：纵波在矿物组成中传播速度。
步骤S2032，根据各矿物所占体积百分比，拟合出样品的干骨架的岩石力学参数。具体计算时将计算两个边界值(M1和M2)，最终结果为两个边界值的平均值(M3)。具体公式如下：
M3＝(M1+M2)/2 公式2.8
上述公式2.6至公式2.8中，
M1：上边界岩石力学参数，包括上述提到的杨氏模量，体积模量和剪切模量等；
M2：下边界岩石力学参数，包括上述提到的杨氏模量，体积模量和剪切模量等；
M3：最终采用的岩石力学参数，是上边界和下边界值的平均值，包括上述提到的杨氏模量，体积模量和剪切模量等；
Mi：第i种矿物组分的岩石力学参数值；
fi：第i种矿物组分的体积百分比。
步骤S2033，基于干骨架体积模量和干骨架剪切模量计算出基质体积模量和基质剪切模量，具体计算公式如下：
上述公式2.9至公式2.10中，
Kd：干骨架体积模量；
μd：干骨架剪切模量；
Km：基质体积模量；
μm：基质剪切模量；
φ：岩石样品孔隙度；
c：岩石样品胶结因子；
γ：为经验系数，取值为1.5。
其中，胶结因子c根据扫描电镜图片中胶结物占孔隙的体积估算，本方法中默认值为0，0.25，0.5，0.75和1共5个等级，分别对应：
1)无胶结：即孔隙内未发现胶结物；
2)弱胶结：可在孔隙中发现胶结物的，但整体发育较少；
3)中等胶结，即孔隙内的胶结物占比约50％；
4)强胶结：孔隙内胶结物较为发育，占据了大部分孔隙空间；
5)完全胶结：即孔隙内部完全被胶结物充填。
步骤S2034，利用Gassmann方程，基于基质体积模量、干骨架体积模量、基质剪切模量和干骨架剪切模量计算出有效体积模量和有效剪切模量，具体计算公式如下：
μe＝μd 公式2.12
上述公式2.11至上述公式2.12中，
Ke：有效体积模量；
μe：有效剪切模量；
Kd：干骨架体积模量；
μd：干骨架剪切模量；
Km：基质体积模量；
μm：基质剪切模量；
φ：岩石样品孔隙度。
E＝2μ(1+v) 公式2.15
上述公式2.11至公式2.13中，
λ：拉梅系数；
K：体积模量；
μ：剪切模量；
v：泊松比；
E：杨氏模量。
对各个深度点的岩石样品进行样品的制备、扫描和岩石力学参数模拟后，可拟合出单井纵向连续的岩石力学参数曲线。
本公开实施例的技术效果在于：测样样品要求低：相对于常规岩石力学参数的获取需要标准柱塞状岩样或立方体岩样，本方法仅需要油气井钻进过程中产生的岩屑样品或者岩石碎块即可，大大降低的样品获取难度。本方法也可针对获取的标准柱塞样岩心样品进行岩石力学参数模拟；大幅降低参数获取时间：相对于常规岩石力学参数获取所需的高精度室内仪器，本方法使用的是移动式设备，可直接搬至作业现场，进行图像获取后开展数值模拟，极大的降低参数的获取时间；大幅降低成本：本方法采用现场扫描和数值模拟的方法，相对于常规的室内分析，可大幅降低测试费用。
示例2：一种力学参数获取方法。
本实施例针对某井的岩屑样品开展了一种基于二维矿物成分含量与分布的岩石力学参数模拟方法，扫描设备为日立公司的FlexSEM，1000III矿物定量测试仪，该方法包括以下具体的操作步骤：
步骤S301，样品制备：将获取的岩屑样品进行洗油后，进一步注胶、烘干、抛光、和喷碳，制备成直径为2.5mm的薄片样品。
步骤S302，获取矿物成分和分布图像：将制备好的薄片样品用碳导电胶带固定到样品台上，将固定好的样品放入仪器样品室中；利用导航界面双击样品的扫描区域到中心位置，打开电子束，在适当放大倍数下看到扫描图像后对其进行聚焦、自动调节亮度、对比度、消像散等操作使其图像清晰，使样品台Z轴与工作距离重合；利用一次电子在样品表面原子中激发背散射电子过程中产生的特征X射线的能量来判断所扫描点中物体的矿物种类，进而得出各类型矿物含量与分布信息。
步骤S303，岩石力学参数模拟计算；
根据矿物定量分析结果，获取某一块样品各种矿物类型与组分(表1)。
| 矿物类型 | 矿物占比(％) |
| 石英 | 22.61 |
| 长石 | 13.16 |
| 方解石 | 63.33 |
| 粘土 | 0.28 |
| 黄铁矿 | 0.62 |
表1某一块样品各类型矿物定量分析结果表
根据已知矿物类型的密度值、纵波速度Vp与横波速度Vs(表2)，计算单一矿物的剪切模量与体积模量(表3)，具体计算公式见前文。
| 矿物类型 | 纵波Vp(km/s) | 横波Vs(km/s) | 密度ρ(g/cm3) |
| 石英 | 6.05 | 4.09 | 2.65 |
| 长石 | 6.46 | 3.12 | 2.63 |
| 方解石 | 6.64 | 3.44 | 2.71 |
| 粘土 | 3.81 | 1.88 | 2.55 |
| 黄铁矿 | 8.10 | 5.18 | 4.93 |
表2各类型主体矿物的纵波速度Vp、横波速度Vs、密度ρ的数值表
| 矿物类型 | 体积模量(GPa) | 剪切模量(GPa) |
| 石英 | 27.67 | 20.38 |
| 长石 | 35.95 | 41.87 |
| 方解石 | 71.74 | 23.98 |
| 粘土 | 22.06 | 14.71 |
| 黄铁矿 | 72.79 | 30.12 |
表3某一块岩石样品各类型矿物计算得出的剪切模量与体积模量表
根据各矿物的剪切模量与体积模量，计算出其它岩石力学参数(表4)，具体计算公式见前文。在油气行业中最重要的岩石力学参数为杨氏模量、泊松比、体积模量和剪切模量，因此本实例中并未计算拉梅系数。
| 矿物类型 | 杨氏模量(GPa) | 泊松比 |
| 石英 | 49.08 | 0.20 |
| 长石 | 90.48 | 0.08 |
| 方解石 | 64.72 | 0.35 |
| 粘土 | 36.10 | 0.23 |
| 黄铁矿 | 79.41 | 0.32 |
表4某一块岩石样品各类型矿物计算得出的杨氏模量与泊松比表
根据不同深度点的样品中各类型矿物与组分的计算结果，确定上下边界岩石力学参数值，根据上下边界数值确定各种岩石力学参数平均值(表5)，具体计算公式见前文。本实例中的孔隙度值采用测井曲线获取的数值，胶结因子由于该地层胶结程度中等，统一取值0.5。
表5各深度点矿物计算计算得出的岩石力学参数结果表
获取不同深度点样品的剪切模量、体积模量、杨氏模量、泊松比计算结果后，绘制出不同深度的岩石力学参数(图10)。本次模拟的结果在用于了后期工程甜点选取，整体应用上与实际结果匹配程度较好。
本公开实施例中，结合图11所示，提供一种力学参数获取装置500，其特征在于，所述装置包括：
扫描模块501，用于扫描矿物样品，得到矿物样品的电镜图像以及矿物成分图像；
第一确定模块502，用于根据所述矿物成分图像，确定矿物样品中的矿物成分；
第二确定模块503，用于根据所述电镜图像，确定胶结因子；其中，所述胶结因子指示矿物样品中矿物之间的接触关系；
第三确定模块504，用于根据所述矿物样品的成分以及所述胶结因子，确定所述矿物样品的力学参数。
本公开实施例中，所述第三确定模块504，配置为：
用于根据所述矿物样品的成分种类对应的已知密度值、纵波在所述矿物样品的不同种类的矿物成分中的传播速度、以及横波在所述矿物样品的不同种类的矿物成分中的传播速度，得到不同种类的矿物成分的力学参数；其中，所述不同矿物成分的力学参数，指示矿物的剪切模量以及体积模量。
本公开实施例中，所述第三确定模块504，还配置为：
用于确定单一矿物成分种类的力学参数、以及对应的在所述矿物样品中体积百分比之间的乘积；
用于对多个不同矿物成分种类的所述乘积进行累积求和，得到第三力学参数；
用于确定单一矿物成分种类的在所述矿物样品中体积百分比、以及与所述单一矿物成分种类的力学参数之间的比值；
用于对多个不同矿物成分种类的所述比值进行累积求和，得到第四力学参数；其中，第四力学参数小于第三力学参数；
用于根据所述第三力学参数与所述第四力学参数的平均值，确定所述矿物样品的所述第一力学参数。
本公开实施例中，所述第三确定模块504，还配置为：
用于根据所述第一力学参数的体积模量、所述胶结因子以及矿物样品的孔隙度，确定所述矿物样品的第二力学参数的体积模量；
用于根据所述第一力学参数的剪切模量、所述胶结因子、矿物样品以及经验系数，确定所述矿物样品的第二力学参数的剪切模量。
本公开实施例中，所述第三确定模块504，还配置为：
用于根据所述第二力学参数的第二体积模量以及所述第一力学参数的第一体积模量，确定所述矿物样品的力学参数的体积模量；
用于根据所述第一力学参数的第一剪切模量，确定所述矿物样品的力学参数的剪切模量。
本公开实施例中，结合图12所示，所述装置还包括：
第四确定模块505，用于根据所述矿物样品的力学参数的体积模量以及所述矿物样品的力学参数的剪切模量，确定述矿物样品的力学参数的拉梅系数、泊松比以及杨氏模量。
本公开实施例中，结合图12所示，所述装置还包括：
第五确定模块506，用于根据同一测井的不同深度的所述矿物样品的力学参数，建立深度与所述矿物样品的力学参数的力学参数曲线。
在本公开实施例中，提供一种电子设备，所述电子设备，包括：
处理器；
用于存储处理器可执行指令的存储器；
其中所述处理器用于运行所述计算机服务时，实现上述所述的参数获取方法中的步骤。
本领域普通技术人员可以理解：实现上述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，执行包括上述方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：移动存储设备、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
在本公开实施例中，提供一种存储介质，所述存储介质中有计算机可执行指令，所述计算机可执行指令被处理器执行实现上述所述的参数获取方法中的步骤。
或者，本发明实施例上述集成的单元如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明实施例的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机、服务器、或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分。而前述的存储介质包括：移动存储设备、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所述，仅为本公开的具体实施方式，但本公开的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本公开揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本公开的保护范围之内。因此，本公开的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (11)
1.一种力学参数获取方法，其特征在于，所述方法包括：
扫描矿物样品，得到矿物样品的电镜图像以及矿物成分图像；
根据所述矿物成分图像，确定矿物样品中的矿物成分；
根据所述电镜图像，确定胶结因子；其中，所述胶结因子指示矿物样品中矿物之间的接触关系；
根据所述矿物样品的成分以及所述胶结因子，确定所述矿物样品的力学参数。
2.根据权利要求1所述的力学参数获取方法，其特征在于，所述根据所述矿物样品的成分以及所述胶结因子，确定所述矿物样品的力学参数，包括：
根据所述矿物样品的成分，确定多个不同矿物成分的力学参数；
根据多个不同矿物成分的力学参数，确定所述矿物样品的第一力学参数；其中，所述第一力学参数，指示所述矿物样品中矿物成分的受力状况；
根据所述第一力学参数以及胶结因子，确定所述矿物样品的第二力学参数；其中，第二力学参数，指示所述矿物样品中非矿物成分的受力状况；
根据所述第二力学参数以及所述第一力学参数，确定所述矿物样品的力学参数。
3.根据权利要求2所述的力学参数获取方法，其特征在于，所述根据所述矿物样品的成分，确定多个不同矿物成分的力学参数，包括：
根据所述矿物样品的成分种类对应的已知密度值、纵波在所述矿物样品的不同种类的矿物成分中的传播速度、以及横波在所述矿物样品的不同种类的矿物成分中的传播速度，得到不同种类的矿物成分的力学参数；其中，所述不同矿物成分的力学参数，指示矿物的剪切模量以及体积模量。
4.根据权利要求2所述的力学参数获取方法，其特征在于，所述根据多个不同矿物成分的力学参数，确定所述矿物样品的第一力学参数，包括：
确定单一矿物成分种类的力学参数、以及对应的在所述矿物样品中体积百分比之间的乘积；
对多个不同矿物成分种类的所述乘积进行累积求和，得到第三力学参数；
确定单一矿物成分种类的在所述矿物样品中体积百分比、以及与所述单一矿物成分种类的力学参数之间的比值；
对多个不同矿物成分种类的所述比值进行累积求和，得到第四力学参数；其中，第四力学参数小于第三力学参数；
根据所述第三力学参数与所述第四力学参数的平均值，确定所述矿物样品的所述第一力学参数。
5.根据权利要求2所述的力学参数获取方法，其特征在于，所述根据第一力学参数以及胶结因子，确定所述矿物样品的第二力学参数，包括：
根据所述第一力学参数的体积模量、所述胶结因子以及矿物样品的孔隙度，确定所述矿物样品的第二力学参数的体积模量；
根据所述第一力学参数的剪切模量、所述胶结因子、矿物样品以及经验系数，确定所述矿物样品的第二力学参数的剪切模量。
6.根据权利要求2所述的力学参数获取方法，其特征在于，所述根据所述第二力学参数以及所述第一力学参数，确定所述矿物样品的力学参数，包括：
根据所述第二力学参数的第二体积模量以及所述第一力学参数的第一体积模量，确定所述矿物样品的力学参数的体积模量；
根据所述第一力学参数的第一剪切模量，确定所述矿物样品的力学参数的剪切模量。
7.根据权利要求6所述的力学参数获取方法，其特征在于，所述方法还包括：
根据所述矿物样品的力学参数的体积模量以及所述矿物样品的力学参数的剪切模量，确定述矿物样品的力学参数的拉梅系数、泊松比以及杨氏模量。
8.根据权利要求1所述的力学参数获取方法，其特征在于，所述方法还包括：
根据同一测井的不同深度的所述矿物样品的力学参数，建立深度与所述矿物样品的力学参数的力学参数曲线。
9.一种力学参数获取装置，其特征在于，所述装置包括：
扫描模块，用于扫描矿物样品，得到矿物样品的电镜图像以及矿物成分图像；
第一确定模块，用于根据所述矿物成分图像，确定矿物样品中的矿物成分；
第二确定模块，用于根据所述电镜图像，确定胶结因子；其中，所述胶结因子指示矿物样品中矿物之间的接触关系；
第三确定模块，用于根据所述矿物样品的成分以及所述胶结因子，确定所述矿物样品的力学参数。
10.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备，包括：
处理器；
用于存储能够在处理器上运行的计算机程序的存储器；其中，所述处理器用于运行所述计算机程序时，执行权利要求1至8任一项所述的力学参数获取方法的步骤。
11.一种计算机存储介质，所述计算机存储介质存储有计算机可执行指令；所述计算机可执行指令被处理器执行实现如权利要求1至8任一项所述的力学参数获取方法。
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