CN115618658B - 基于弹塑性本构的地层破裂压力动态预测方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种地层破裂压力预测技术领域，是一种基于弹塑性本构的地层破裂压力动态预测方法及装置，包括结合岩石材料硬化指数和岩石材料硬化系数，构建基于弹塑性本构的地层破裂压力动态预测模型，选取与待预测井同一区块多个历史井的地层实际破裂压力及相关数据，获得岩石材料硬化指数和岩石材料硬化系数，基于弹塑性本构的地层破裂压力动态预测模型输出待预测井的地层破裂压力。本发明引入双变系数，利用历史井的地层实际破裂压力和相关数据不断更新双变系数，使得地层破裂压力动态预测模型能够不断适应当前待预测井所在区域的地质条件，提高提高预测的准确性；并且本发明的参数及预测过程计算简单，极大的提高了现场适用性。

Description

基于弹塑性本构的地层破裂压力动态预测方法及装置

技术领域

本发明涉及一种地层破裂压力预测技术领域，是一种基于弹塑性本构的地层破裂压力动态预测方法及装置。

背景技术

在现有技术中，预测破裂模型有黄氏模型，李氏模型，邓氏模型等，其中黄氏模型主要是针对于一般储层提出的，其普遍地考虑了各种因素的影响，不仅考虑到岩层上覆应力是深度的函数，井壁应力集中的影响，还考虑到地下非均匀分布的构造应力的作用，以及岩层强度等因素。因此，它能适用于不同条件的地区，所预测的破裂压力亦将较其它模式更为准确可靠，其后基本所有预测破裂压力模型都类似于黄氏模型，在原静态模型上考虑更多的影响因素，以求更加准确的预测地层破裂压力。

上述方法具有一定的局限性。其一，作为静态模型考虑了大量应力场、化学场、温度场、岩石物性、液体渗流方面等因素，在追求准确性的同时却导致现场适用性大大降低，压裂现场单井施工想要求取以上复杂的地质资料几乎是不可能的；其二，目前大部分预测破裂压力模型都是基于传统线弹性理论，该类方法忽略的岩石的塑性变形导致预测破裂可靠性降低，而现有预测弹塑性地层起裂压力的研究主要分为解析法和数值模拟法，但这些预测模型计算过程相关因素及理论假设较多，造成计算复杂现场压裂工程师应用难度大；其三，目前传统静态破裂压裂预测方法都是采用一次获取数据建立模型，建立的模型大多根据原始地质资料，而随着油田开发的进行，地层各类参数都不同于原始条件，这类静态方法即难以对现地层情况进行准确预测又无法在地质条件变化后进行更新调整，适应性差。

现有技术包括：

现有技术1，专利申请号CN201610682924.3，公开了一种地层破裂压力预测方法，根据横波曲线获取单井处地层的弹性参数；获取单井处地层的上覆岩层压力、地层孔隙压力和岩石抗张强度；通过压裂微地震获取单井处地层的构造应力系数；根据构造应力系数、上覆岩层压力、地层孔隙压力和岩石抗张强度，获取单井处地层的地层破裂压力；以单井处地层的弹性参数为约束条件，对工区进行叠前弹性参数反演，获得工区的弹性参数；拟合单井处地层的地层破裂压力与工区的弹性参数，获得工区的地层破裂压力。由此基于工区井间地震获取单井处地层的横波曲线更为精准的横波信息，使得预测出的地层破裂压力的精度得以提高。但该现有技术与本发明公开的技术方案完全不同，本发明是通过引入双变系数，利用现场实际压裂曲线数据不断拟合更新双变系数，使得构建的预测模型不断适应当前地质条件，增加预测精度。

现有技术2，专利申请号 CN201811116371.0，公开了一种通用的地层破裂压力预测方法，先通过水化三轴压缩实验得到地层岩石参数，再通过现场地层压裂试验获得地层的地应力测试数据，然后基于弹塑性力学，岩石力学和双重有效应力理论，考虑了地应力场、井筒内压、化学场、温度场、岩石孔隙度、钻井液渗流的影响，根据最大张应力准则，建立了基于双重有效应力的地层的破裂压力模型，根据地层岩石参数及测试数据，依据地层破裂压力模型计算地层的破裂压力；本发明能够更有效、更准确地预测破裂压力，并且适用于各种地层，从而为压裂施工设计提供数据参考进而指导工程实践。但该发明主要根据双重有效应力和最大张应力准则，得到地层破裂压力模型，未涉及本发明所公开的岩石材料硬化指数和岩石材料硬化系数的双变系数。

发明内容

本发明提供了一种基于弹塑性本构的地层破裂压力动态预测方法及装置，克服了上述现有技术之不足，其能有效解决现有传统静态破裂压裂预测方法存在的利用原始地质资料一次性建立模型，不能针对当前预测井所在地质条件进行模型适应性修改的问题。

本发明的技术方案之一是通过以下措施来实现的：一种基于弹塑性本构的地层破裂压力动态预测方法，包括：

结合岩石材料硬化指数n和岩石材料硬化系数a，构建基于弹塑性本构的地层破裂压力动态预测模型；

其中，P _Q 为基于弹塑性本构的储层岩石破裂压力；σ _x 、σ _y 为区块最大地应力和最小地应力；σ ₀ 为岩石屈服应力；σ _t 为岩石抗拉强度；n为岩石材料硬化指数；a为岩石材料硬化系数；

选取与待预测井同一区块多个历史井的地层实际破裂压力及相关数据，结合多个历史井的地层实际破裂压力及相关数据，获得岩石材料硬化指数n和岩石材料硬化系数a；

将待预测井的预测参数输入至基于弹塑性本构的地层破裂压力动态预测模型，输出待预测井的地层破裂压力，其中预测参数包括区块最大地应力σ _x 、最小地应力σ _y 、岩石屈服应力σ ₀ 、岩石抗拉强度σ _t 、岩石材料硬化指数n、岩石材料硬化系数a。

下面是对上述发明技术方案的进一步优化或/和改进：

上述基于弹塑性本构的地层破裂压力动态预测模型，包括：

引入岩石硬化系数a和岩石硬化指数n，建立储层破裂前的本构关系；

其中，E是于岩石弹性模量；σ ₀ 、ε是岩石屈服应力和屈服应变；σ _c 是岩石峰值应力；n为岩石材料硬化指数；a为岩石材料硬化系数；ε是实验应变值；σ是应力总和；

根据弹塑性力学理论和深部岩石物理特征，获得孔眼周围岩石进入塑性变形时应变、孔眼直径和支点位移之间的几何方程和两向应变之间的关系式：

根据平面轴对称问题及Mises屈服条件，获得孔眼内壁岩石开始屈服变形的极限孔内压力和孔眼周围岩石在塑性区域的两向应力分布；

其中，σ _x 、σ _y 为区块最大地应力和最小地应力；σ ₀ 为岩石屈服应力；n为岩石材料硬化指数；a为岩石材料硬化系数；P _a 为开始屈服变形的极限孔内压力；σ _θ 、σ _r 为区块周向应力和径向应力；R _s 为弹塑性交界处半径；r为任意一点的半径；R为孔眼半径；θ为周向角；

井底孔眼内压的作用下，孔眼周围岩石进入塑性变形，在围岩岩石的压实和塑性区域的外边界的应力作用下，孔眼周围岩石在弹性区域的两向应力分布如下所示：

其中，σ _θ 、σ _r 为区块周向应力和径向应力；R _s 为弹塑性交界处半径；r为任意一点的半径；R为孔眼半径；σ _x 、σ _y 为区块最大地应力和最小地应力；θ为周向角；

基于变形过程和岩石全区连续条件，在弹塑性变形临界截面处的两向应力之和相等，建立下式所示的等式：

其中，σ _θ 、σ _r 为区块最大地应力和最小地应力；σ ₀ 为岩石屈服应力；n为岩石材料硬化指数；a为岩石材料硬化系数；P _k 为孔眼压力；σ _θ 、σ _r 为区块周向应力和径向应力；R_s为弹塑性交界处半径；r为任意一点的半径；R为孔眼半径；θ为周向角；

根据式（5）获得孔眼压力P_k，将其带入式（3）和式（4），建立如下所示的岩石屈服后应力场模型；

其中，R _s 为弹塑性交界处半径；r为任意一点的半径；R为孔眼半径；σ _x 、σ _y 为区块最大地应力和最小地应力；σ ₀ 为岩石屈服应力；n为岩石材料硬化指数；a为岩石材料硬化系数；σ _θ 、σ _r 为区块周向应力和径向应力；θ为周向角；

当孔眼周围的边界的最小周向应力等于或大于岩石抗拉强度时，岩石开始起裂产生裂缝，因此基于公式（5）和公式（6）得到储层岩石破裂压力P_Q：

其中，P _Q 为基于弹塑性本构的储层岩石破裂压力；σ _x 、σ _y 为区块最大地应力和最小地应力；σ ₀ 为岩石屈服应力；σ _t 为岩石抗拉强度；n为岩石材料硬化指数；a为岩石材料硬化系数。

上述选取与待预测井同一区块多个历史井的地层实际破裂压力及相关数据，结合多个历史井的地层实际破裂压力及相关数据，获得岩石材料硬化指数n和岩石材料硬化系数a，包括：将同一区块多个历史井的地层实际破裂压力及相关数据带入基于弹塑性本构的地层破裂压力动态预测模型进行反向推导，确定硬化指数n和硬化系数a。

本发明的技术方案之二是通过以下措施来实现的：一种基于弹塑性本构的地层破裂压力动态预测装置，包括：

模型构建单元，结合岩石材料硬化指数n和岩石材料硬化系数a，构建基于弹塑性本构的地层破裂压力动态预测模型；

结合岩石材料硬化指数n和岩石材料硬化系数a，构建基于弹塑性本构的地层破裂压力动态预测模型；

其中，P _Q 为基于弹塑性本构的储层岩石破裂压力；σ _x 、σ _y 为区块最大地应力和最小地应力；σ ₀ 为岩石屈服应力；σ _t 为岩石抗拉强度；n为岩石材料硬化指数；a为岩石材料硬化系数；

参数获取单元，选取与待预测井同一区块多个历史井的地层实际破裂压力及相关数据，结合多个历史井的地层实际破裂压力及相关数据，获得岩石材料硬化指数n和岩石材料硬化系数a；

预测单元，输入将待预测井的预测参数至基于弹塑性本构的地层破裂压力动态预测模型，输出待预测井的地层破裂压力，其中预测参数包括区块最大地应力σ _x 、最小地应力σ _y 、岩石屈服应力σ ₀ 、岩石抗拉强度σ _t 、岩石材料硬化指数n、岩石材料硬化系数a。

本发明引入双变系数（岩石材料硬化指数n和岩石材料硬化系数a），利用历史井的地层实际破裂压力、区块最大地应力、最小地应力、岩石屈服应力、岩石抗拉强度不断更新双变系数，使得地层破裂压力动态预测模型能够不断适应当前待预测井所在区域的地质条件，从而提高地层破裂压力动态预测模型的针对性、适应性，提高预测的准确性；并且本发明的参数及预测过程计算简单，极大的提高了现场适用性。

附图说明

附图1为本发明的方法流程图。

附图2为本发明的孔眼受力分析示意图。

附图3为本发明的装置结构示意图。

具体实施方式

本发明不受下述实施例的限制，可根据本发明的技术方案与实际情况来确定具体的实施方式。

下面结合实施例及附图对本发明作进一步描述：

实施例1：如附图1、2所示，本发明实施例公开了一种基于弹塑性本构的地层破裂压力动态预测方法，包括：

步骤S101，结合岩石材料硬化指数n和岩石材料硬化系数a，构建基于弹塑性本构的地层破裂压力动态预测模型；

其中，P _Q 为基于弹塑性本构的储层岩石破裂压力；σ _x 、σ _y 为区块最大地应力和最小地应力；σ ₀ 为岩石屈服应力；σ _t 为岩石抗拉强度；n为岩石材料硬化指数；a为岩石材料硬化系数；

步骤S102，选取与待预测井同一区块多个历史井的地层实际破裂压力及相关数据，结合多个历史井的地层实际破裂压力及相关数据，获得岩石材料硬化指数n和岩石材料硬化系数a；

步骤S103，将待预测井的预测参数输入至基于弹塑性本构的地层破裂压力动态预测模型，输出待预测井的地层破裂压力，其中预测参数包括区块最大地应力σ _x 、最小地应力σ _y 、岩石屈服应力σ ₀ 、岩石抗拉强度σ _t 、岩石材料硬化指数n、岩石材料硬化系数a。

上述步骤S102中，获得岩石材料硬化指数n和岩石材料硬化系数a具体包括：将同一区块多个历史井的地层实际破裂压力及相关数据带入基于弹塑性本构的地层破裂压力动态预测模型进行反向推导，确定岩石材料硬化指数n和岩石材料硬化系数a，具体如下：

首先，将同一区块多个历史井的地层实际破裂压力及相关数据（相关数据包括区块最大地应力、最小地应力、岩石屈服应力、岩石抗拉强度）,将同一区块多个历史井进行分组，两两分为一组；

其次，将每个历史井的地层实际破裂压力等同于基于弹塑性本构的地层破裂压力动态预测模型中的地层预测破裂压力，即将每个历史井的地层实际破裂压力带入基于弹塑性本构的地层破裂压力动态预测模型中的P _Q ，并将每个历史井的区块最大地应力、最小地应力、岩石屈服应力、岩石抗拉强度一对一对应带入模型，使得每组数据建立一个二元二次方程组；

最后，求解二元二次方程组，得到对应的岩石材料硬化指数n和岩石材料硬化系数a，并对所有得到的岩石材料硬化指数n和岩石材料硬化系数a进行平均值计算，获得最终的岩石材料硬化指数n和岩石材料硬化系数a。

基于此，本发明实施例不再使用原始地质资料获取对应的固定参数构建预测模型，而是引入双变系数（岩石材料硬化指数n和岩石材料硬化系数a），结合与待预测井同一区块多个历史井的地层实际破裂压力、区块最大地应力、最小地应力、岩石屈服应力和岩石抗拉强度，并利用平均值计算获得用于当前待预测井岩石材料硬化指数n和岩石材料硬化系数a，进而更新岩石材料硬化指数n和岩石材料硬化系数a，获得符合待预测井区域地质条件的预测模型，使得预测结果更加准确。

还需要说明的是，当待预测井位于其他区块时，可以不断利用上述步骤灵活选取若干历史井的地层实际破裂压力及相关数据，不断更新优化岩石材料硬化指数n和岩石材料硬化系数a，保证预测模型的有效性和准确性。进一步的，还可以不断比较经过预测的井的地层预测破裂压力和地层实际破裂压力，分析其误差是否在允许范围内，若不是，则可以再次选取在同一区块多个历史井，获得其对应的地层实际破裂压力及相关数据（相关数据包括区块最大地应力、最小地应力、岩石屈服应力、岩石抗拉强度），并利用上述步骤更新岩石材料硬化指数n和岩石材料硬化系数a，调整预测模型的有效性，保证破裂压力的准确性。

综上，本发明引入双变系数（岩石材料硬化指数n和岩石材料硬化系数a），利用历史井的地层实际破裂压力、区块最大地应力、最小地应力、岩石屈服应力、岩石抗拉强度，不断更新双变系数，使得地层破裂压力动态预测模型能够不断适应当前待预测井所在区域的地质条件，从而提高地层破裂压力动态预测模型的针对性、适应性，提高预测的准确性；并且本发明的参数及预测过程计算简单，极大的提高了现场适用性，降低了对工作人员的技术要求。

实施例2：本发明实施例公开了一种基于弹塑性本构的地层破裂压力动态预测方法，其中基于弹塑性本构的地层破裂压力动态预测模型，包括：

步骤S201，引入岩石硬化系数a和岩石硬化指数n，建立储层破裂前的本构关系；

其中，E是于岩石弹性模量；σ ₀ 、ε是岩石屈服应力和屈服应变；σ _c 是岩石峰值应力；n为岩石材料硬化指数；a为岩石材料硬化系数；ε是实验应变值；σ是应力总和（区块周向应力和径向应力之和）；

步骤S202，根据弹塑性力学理论和深部岩石物理特征，获得孔眼周围岩石进入塑性变形时应变、孔眼直径和支点位移之间的几何方程和两向应变之间的关系式：

步骤S203，根据平面轴对称问题及Mises屈服条件，获得孔眼内壁岩石开始屈服变形的极限孔内压力和孔眼周围岩石在塑性区域的两向应力分布；

其中，σ _x 、σ _y 为区块最大地应力和最小地应力；σ ₀ 为岩石屈服应力；n为岩石材料硬化指数；a为岩石材料硬化系数；P _a 为开始屈服变形的极限孔内压力；σ _θ 、σ _r 为区块周向应力和径向应力；R _s 为弹塑性交界处半径；r为任意一点的半径；R为孔眼半径；θ为周向角；

步骤S204，井底孔眼内压的作用下，孔眼周围岩石进入塑性变形，在围岩岩石的压实和塑性区域的外边界的应力作用下，孔眼周围岩石在弹性区域的两向应力分布如下所示：

其中，σ _θ 、σ _r 为区块周向应力和径向应力；R _s 为弹塑性交界处半径；r为任意一点的半径；R为孔眼半径；σ _x 、σ _y 为区块最大地应力和最小地应力；θ为周向角；

步骤S205，基于变形过程和岩石全区连续条件，在弹塑性变形临界截面处的两向应力之和相等，建立下式所示的等式：

其中，σ _θ 、σ _r 为区块最大地应力和最小地应力；σ ₀ 为岩石屈服应力；n为岩石材料硬化指数；a为岩石材料硬化系数；P _k 为孔眼压力；σ _θ 、σ _r 为区块周向应力和径向应力；R _s 为弹塑性交界处半径；r为任意一点的半径；R为孔眼半径；θ为周向角；

这里基于变形过程和岩石全区连续条件，在弹塑性变形临界截面处的两向应力之和相等，即为公式（3）中塑性区域的两向应力之和等于公式（4）弹性区域的两向应力之和；

步骤S206，根据式（5）获得孔眼压力P _k ，将其带入式（3）和式（4），建立如下所示的岩石屈服后应力场模型；

其中，R _s 为弹塑性交界处半径；r为任意一点的半径；R为孔眼半径；σ _x 、σ _y 为区块最大地应力和最小地应力；σ ₀ 为岩石屈服应力；n为岩石材料硬化指数；a为岩石材料硬化系数；σ _θ 、σ _r 为区块周向应力和径向应力；θ为周向角；

步骤S207，当孔眼周围的边界的最小周向应力等于或大于岩石抗拉强度时，岩石开始起裂产生裂缝，因此基于公式（5）和公式（6）得到储层岩石破裂压力P_Q：

其中，P _Q 为基于弹塑性本构的储层岩石破裂压力；σ _x 、σ _y 为区块最大地应力和最小地应力；σ ₀ 为岩石屈服应力；σ _t 为岩石抗拉强度；n为岩石材料硬化指数；a为岩石材料硬化系数。

上述孔眼周围的边界即r=R。

实施例3：本实施例使用具体数据进行破裂压力预测，具体如下：

（1）选取与待预测井同一区块6口历史井的地层实际破裂压力、区块最大地应力、最小地应力、岩石屈服应力、岩石抗拉强度，如表1所示。

（2）将6口历史井两两分为一组，结合基于弹塑性本构的地层破裂压力动态预测模型每组数据建立一个二元二次方程组，求解各个二元二次方程组，获得对应的岩石材料硬化指数n和岩石材料硬化系数a，最后对所有得到的岩石材料硬化指数n和岩石材料硬化系数a进行平均值计算，获得最终的岩石材料硬化指数n和岩石材料硬化系数a，求得岩石材料硬化指数n为0.34、岩石材料硬化系数a为5。

例如，若SN1870和SN1618两口井分为一组，则建立的二元二次方程组如下所示：

这里通过求解二元二次方程组即可求得一组岩石材料硬化指数n和岩石材料硬化系数。将三个二元二次方程组求解后，对所有得到的岩石材料硬化指数n进行平均值计算，对所有得到的岩石材料硬化系数a进行平均值计算，获得最终的岩石材料硬化指数n和岩石材料硬化系数a。

（3）将获得的岩石材料硬化指数n和岩石材料硬化系数a带入基于弹塑性本构的地层破裂压力动态预测模型，形成待预测井的地层破裂压力动态预测模型。

（4）将待预测井的区块最大地应力σ _x 、最小地应力σ _y 、岩石屈服应力σ ₀ 、岩石抗拉强度σ _t （如表2所示）输入至基于弹塑性本构的地层破裂压力动态预测模型，输出待预测井的地层破裂压力预测值，待预测井的地层破裂压力预测值为49.62MPa。

实际测量中，该待预测井的地层破裂压力实际值为50MPa，预测差值在设定范围内，由此看来，本发明的方法准确有效。

实施例4：如附图3所示，本发明实施例公开了一种基于弹塑性本构的地层破裂压力动态预测装置，包括：

模型构建单元，结合岩石材料硬化指数n和岩石材料硬化系数a，构建基于弹塑性本构的地层破裂压力动态预测模型；

结合岩石材料硬化指数n和岩石材料硬化系数a，构建基于弹塑性本构的地层破裂压力动态预测模型；

其中，P _Q 为基于弹塑性本构的储层岩石破裂压力；σ _x 、σ _y 为区块最大地应力和最小地应力；σ ₀ 为岩石屈服应力；σ _t 为岩石抗拉强度；n为岩石材料硬化指数；a为岩石材料硬化系数；

参数获取单元，选取与待预测井同一区块多个历史井的地层实际破裂压力及相关数据，结合多个历史井的地层实际破裂压力及相关数据，获得岩石材料硬化指数n和岩石材料硬化系数a；

预测单元，输入将待预测井的预测参数至基于弹塑性本构的地层破裂压力动态预测模型，输出待预测井的地层破裂压力，其中预测参数包括区块最大地应力σ _x 、最小地应力σ _y 、岩石屈服应力σ ₀ 、岩石抗拉强度σ _t 、岩石材料硬化指数n、岩石材料硬化系数a。

实施例5：本发明实施例公开了一种存储介质，所述存储介质上存储有能被计算机读取的计算机程序，所述计算机程序被设置为运行时执行基于弹塑性本构的地层破裂压力动态预测方法。

上述存储介质可以包括但不限于：U盘、只读存储器、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储计算机程序的介质。

实施例6：本发明实施例公开了一种电子设备，包括处理器和存储器，所述存储器中存储有计算机程序，计算机程序由处理器加载并执行以实现基于弹塑性本构的地层破裂压力动态预测方法。

上述处理器可以是中央处理器CPU，通用处理器，数字信号处理器DSP，ASIC，FPGA或者其他可编程逻辑器件、晶体管逻辑器件、硬件部件或者其任意组合。其可以实现或执行结合本申请公开内容所描述的各种示例性的逻辑方框，模块和电路。也可以是实现计算功能的组合，例如包含一个或多个微处理器组合，DSP和微处理器的组合等等。存储器可以包括但不限于：U盘、只读存储器、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储计算机程序的介质。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请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，本申请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。本申请实施例中的方案可以采用各种计算机语言实现，例如，面向对象的程序设计语言Java和直译式脚本语言JavaScript等。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、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。

以上技术特征构成了本发明的最佳实施例，其具有较强的适应性和最佳实施效果，可根据实际需要增减非必要的技术特征，来满足不同情况的需求。

Claims (5)

1.一种基于弹塑性本构的地层破裂压力动态预测方法，其特征在于，包括：

结合岩石材料硬化指数n和岩石材料硬化系数a，构建基于弹塑性本构的地层破裂压力动态预测模型，包括：

引入岩石硬化系数a和岩石硬化指数n，建立储层破裂前的本构关系；

其中，E是于岩石弹性模量；σ ₀ 、ε是岩石屈服应力和屈服应变；σ _c 是岩石峰值应力；n为岩石材料硬化指数；a为岩石材料硬化系数；ε是实验应变值；σ是应力总和；

根据弹塑性力学理论和深部岩石物理特征，获得孔眼周围岩石进入塑性变形时应变、孔眼直径和支点位移之间的几何方程和两向应变之间的关系式：

根据平面轴对称问题及Mises屈服条件，获得孔眼内壁岩石开始屈服变形的极限孔内压力和孔眼周围岩石在塑性区域的两向应力分布；

其中，σ _x 、σ _y 为区块最大地应力和最小地应力；σ ₀ 为岩石屈服应力；n为岩石材料硬化指数；a为岩石材料硬化系数；P _a 为开始屈服变形的极限孔内压力；σ _θ 、σ _r 为区块周向应力和径向应力；R _s 为弹塑性交界处半径；r为任意一点的半径；R为孔眼半径；θ为周向角；

井底孔眼内压的作用下，孔眼周围岩石进入塑性变形，在围岩岩石的压实和塑性区域的外边界的应力作用下，孔眼周围岩石在弹性区域的两向应力分布如下所示：

其中，σ _θ 、σ _r 为区块周向应力和径向应力；R _s 为弹塑性交界处半径；r为任意一点的半径；R为孔眼半径；σ _x 、σ _y 为区块最大地应力和最小地应力；θ为周向角；

基于变形过程和岩石全区连续条件，在弹塑性变形临界截面处的两向应力之和相等，建立下式所示的等式：

其中，σ _θ 、σ _r 为区块最大地应力和最小地应力；σ ₀ 为岩石屈服应力；n为岩石材料硬化指数；a为岩石材料硬化系数；P _k 为孔眼压力；σ _θ 、σ _r 为区块周向应力和径向应力；R_s为弹塑性交界处半径；r为任意一点的半径；R为孔眼半径；θ为周向角；

根据式（5）获得孔眼压力P _k ，将其带入式（3）和式（4），建立如下所示的岩石屈服后应力场模型；

其中，R _s 为弹塑性交界处半径；r为任意一点的半径；R为孔眼半径；σ _x 、σ _y 为区块最大地应力和最小地应力；σ ₀ 为岩石屈服应力；n为岩石材料硬化指数；a为岩石材料硬化系数；σ _θ 、σ _r 为区块周向应力和径向应力；θ为周向角；

当孔眼周围的边界的最小周向应力等于或大于岩石抗拉强度时，岩石开始起裂产生裂缝，因此基于公式（5）和公式（6）得到储层岩石破裂压力P_Q，即基于弹塑性本构的地层破裂压力动态预测模型：

其中，P _Q 为基于弹塑性本构的储层岩石破裂压力；σ _x 、σ _y 为区块最大地应力和最小地应力；σ ₀ 为岩石屈服应力；σ _t 为岩石抗拉强度；n为岩石材料硬化指数；a为岩石材料硬化系数；

选取与待预测井同一区块多个历史井的地层实际破裂压力及相关数据，结合多个历史井的地层实际破裂压力及相关数据，获得岩石材料硬化指数n和岩石材料硬化系数a；

将待预测井的预测参数输入至基于弹塑性本构的地层破裂压力动态预测模型，输出待预测井的地层破裂压力，其中预测参数包括区块最大地应力σ _x 、最小地应力σ _y 、岩石屈服应力σ ₀ 、岩石抗拉强度σ _t 、岩石材料硬化指数n、岩石材料硬化系数a。

2.根据权利要求1所述的基于弹塑性本构的地层破裂压力动态预测方法，其特征在于，所述选取与待预测井同一区块多个历史井的地层实际破裂压力及相关数据，结合多个历史井的地层实际破裂压力及相关数据，获得岩石材料硬化指数n和岩石材料硬化系数a，包括：将同一区块多个历史井的地层实际破裂压力及相关数据带入基于弹塑性本构的地层破裂压力动态预测模型进行反向推导，确定硬化指数n和硬化系数a。

3.一种应用如权利要求1至2中任意一项所述方法的基于弹塑性本构的地层破裂压力动态预测装置，其特征在于，包括：

模型构建单元，结合岩石材料硬化指数n和岩石材料硬化系数a，构建基于弹塑性本构的地层破裂压力动态预测模型包括：

引入岩石硬化系数a和岩石硬化指数n，建立储层破裂前的本构关系；

其中，E是于岩石弹性模量；σ ₀ 、ε是岩石屈服应力和屈服应变；σ _c 是岩石峰值应力；n为岩石材料硬化指数；a为岩石材料硬化系数；ε是实验应变值；σ是应力总和；

根据弹塑性力学理论和深部岩石物理特征，获得孔眼周围岩石进入塑性变形时应变、孔眼直径和支点位移之间的几何方程和两向应变之间的关系式：

根据平面轴对称问题及Mises屈服条件，获得孔眼内壁岩石开始屈服变形的极限孔内压力和孔眼周围岩石在塑性区域的两向应力分布；

其中，σ _x 、σ _y 为区块最大地应力和最小地应力；σ ₀ 为岩石屈服应力；n为岩石材料硬化指数；a为岩石材料硬化系数；P _a 为开始屈服变形的极限孔内压力；σ _θ 、σ _r 为区块周向应力和径向应力；R _s 为弹塑性交界处半径；r为任意一点的半径；R为孔眼半径；θ为周向角；

井底孔眼内压的作用下，孔眼周围岩石进入塑性变形，在围岩岩石的压实和塑性区域的外边界的应力作用下，孔眼周围岩石在弹性区域的两向应力分布如下所示：

其中，σ _θ 、σ _r 为区块周向应力和径向应力；R _s 为弹塑性交界处半径；r为任意一点的半径；R为孔眼半径；σ _x 、σ _y 为区块最大地应力和最小地应力；θ为周向角；

基于变形过程和岩石全区连续条件，在弹塑性变形临界截面处的两向应力之和相等，建立下式所示的等式：

其中，σ _θ 、σ _r 为区块最大地应力和最小地应力；σ ₀ 为岩石屈服应力；n为岩石材料硬化指数；a为岩石材料硬化系数；P _k 为孔眼压力；σ _θ 、σ _r 为区块周向应力和径向应力；R_s为弹塑性交界处半径；r为任意一点的半径；R为孔眼半径；θ为周向角；

根据式（5）获得孔眼压力P _k ，将其带入式（3）和式（4），建立如下所示的岩石屈服后应力场模型；

其中，R _s 为弹塑性交界处半径；r为任意一点的半径；R为孔眼半径；σ _x 、σ _y 为区块最大地应力和最小地应力；σ ₀ 为岩石屈服应力；n为岩石材料硬化指数；a为岩石材料硬化系数；σ _θ 、σ _r 为区块周向应力和径向应力；θ为周向角；

当孔眼周围的边界的最小周向应力等于或大于岩石抗拉强度时，岩石开始起裂产生裂缝，因此基于公式（5）和公式（6）得到储层岩石破裂压力P_Q，即基于弹塑性本构的地层破裂压力动态预测模型：

其中，P _Q 为基于弹塑性本构的储层岩石破裂压力；σ _x 、σ _y 为区块最大地应力和最小地应力；σ ₀ 为岩石屈服应力；σ _t 为岩石抗拉强度；n为岩石材料硬化指数；a为岩石材料硬化系数；

参数获取单元，选取与待预测井同一区块多个历史井的地层实际破裂压力及相关数据，结合多个历史井的地层实际破裂压力及相关数据，获得岩石材料硬化指数n和岩石材料硬化系数a；

预测单元，输入将待预测井的预测参数至基于弹塑性本构的地层破裂压力动态预测模型，输出待预测井的地层破裂压力，其中预测参数包括区块最大地应力σ _x 、最小地应力σ _y 、岩石屈服应力σ ₀ 、岩石抗拉强度σ _t 、岩石材料硬化指数n、岩石材料硬化系数a。

4.一种存储介质，其特征在于，所述存储介质上存储有能被计算机读取的计算机程序，所述计算机程序被设置为运行时执行如权利要求1至2任一项所述的基于弹塑性本构的地层破裂压力动态预测方法。

5.一种电子设备，其特征在于，包括处理器和存储器，所述存储器中存储有计算机程序，计算机程序由处理器加载并执行以实现如权利要求1至2任一项所述的基于弹塑性本构的地层破裂压力动态预测方法。

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