CN116718474B - 基于临界应力强度因子的页岩裂缝扩展判断方法及产品 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种基于临界应力强度因子的页岩裂缝扩展判断方法及产品，涉及石油天然气开发技术领域。所述方法包括：获取基质和层理的断裂韧度；在层理的I型应力强度因子KI(α±90°)＝KIcw的情况下，判断裂纹扩展、扩展方向为层理方向；在基质的I型应力强度因子KI(θ0)＝KIc0的情况下，判断裂纹扩展、扩展方向为θ0＝argmax[KI(θ)]。基于该方法，可以结合基质的断裂韧度和层理的断裂韧度判断层状岩石裂缝偏转方向。其中，断裂韧度可以基于试样的断裂试验直接获得，从而可以基于简单试验获得对层状岩石裂缝偏转进行准确判断。
Description
技术领域
本发明实施例涉及石油天然气开发技术领域，尤其涉及一种基于临界应力强度因子的页岩裂缝扩展判断方法及产品。
背景技术
我国页岩气资源丰富，开采潜力巨大，有助于促进能源结构优化，但勘探开发仍处于起步阶段。页岩气资源是油气资源，需要遵循基本的石油地质规律，但是比起常规油气资源，它更加复杂。美国页岩气发展模式可以借鉴，但是我国页岩层系发育广，层相过渡复杂，成藏机理和富集规律有许多特殊性，所以我国页岩气勘探开发不能简单复制国外经验，必须从中国特殊的地质条件出发，系统的研究适合我国页岩气勘探开发模式。
水力压裂是一项高效的使油气增产的技术，可以释放油气资源、提供油气运移通道。在页岩气开采中，先利用地面高压泵向储层注入前置压裂液压开储层，然后将掺有支撑剂的压裂液泵入储层裂缝中。最后将高粘压裂液破胶降为低粘流体返排回地面。当压裂液进入裂缝，既可以使裂缝继续延伸又可以支撑已经压开的裂缝网络。完成压裂后，由于储层油气与裂缝之间的渗透压差，油气将通过岩石内部微孔隙、微裂隙渗透到压裂裂缝中，流向井内，实施抽采作业。大量实践证明，经过压裂改造后的油气井产量一般会大幅提高。
水力压裂过程十分复杂，牵涉岩石力学、渗流力学、断裂力学、损伤力学、塑性力学、流体力学和化学等众多学科。从1985年开始广泛应用水力压裂技术于储层增产作业中，多级压裂、清水压裂、同步压裂、水力喷射压裂和重复压裂是目前常用的页岩油气水力压裂技术，并且已经取得了成功。实际上，水力压裂技术在地应力测试和地热开采中的应用也十分广泛。除水力压裂增产技术外，针对中国页岩储层埋深大、成藏条件复杂和水资源缺乏等特点，谢和平院士等还提出了利用高能热力耦合气体使页岩脆化并产生高度体破裂的非常规页岩气开发构想。
区别于常规油气藏压裂，页岩气藏压裂即非常规油气藏体积压裂往往形成非平面、非对称且多分支的复杂裂缝网络。页岩储层改造体积的大小直接影响页岩气产量的高低，不仅如此，页岩气藏的试井解释、精细描述和生产模拟也依据裂缝形态的分布。研究页岩体积压裂如何形成并且形成怎样的裂缝形态是非常必要的，这其中不可避免的涉及到页岩断裂力学。
体积压裂裂缝的几何形态由岩石力学性质、局部非均质性、地应力和压裂液的流变性质共同决定，在研究页岩的断裂行为时，地层力学特征评价也是至关重要的一环。页岩气储层主要为暗色页岩，有明显的层理构造，各向异性显著。层理面拥有较低的胶结强度，是地层中的薄弱面，往往会先于基质破坏。这可能会使水力裂缝沿层理面扩展，从而影响主应力场作用下的裂纹扩展规律。脆性是衡量页岩力学特征的关键参数，对井壁的稳定和水力压裂具有重要意义。目前的脆性评价方法很多，主要分为三类：测井数据、地震解释和实验描述。可压性通常被定义为储层岩石可被有效压裂并且增产的潜力。页岩可压性预测大多基于地球物理地震反演技术解释的岩石弹性参数，如杨氏模量和泊松比等。
从断裂力学角度看，压裂改造过程往往涉及裂缝的起裂和扩展。与均质的砂岩储层相比，页岩储层层理和天然裂缝发育，具有明显的各向异性特征，裂缝的起裂及扩展形态复杂。真三轴试验表明页岩压裂裂缝不是总垂直于最小地应力，而是多方向共同扩展。目前，页岩勘探开发逐步向深层进军，由于深度的增加，地质条件也发生了显著变化，高温高应力引起页岩的塑性特征增强，致使水力裂缝的破裂和延伸更加困难，改造体积低，制约了深层页岩气的商业开发。
在水力压裂过程中，只有相互连通的有效裂缝网络系统对产量才有贡献。页岩储层中由于其层理面的存在使得压裂裂缝的扩展与在纯基岩中的扩展有较大差异。页岩的层理是其在沉积过程中天然形成的，在垂直于层理面的方向上分布着许多微裂缝和孔隙，在复杂地应力的作用下，这些微裂缝和孔隙不断发育，相互贯通。压裂液可通过天然裂缝注入储层从而产生诱导天然裂缝转向延伸。人工裂缝可能会因为天然裂缝吸引而转向天然裂缝；也可能直接穿透天然裂缝继续向前扩展。
水力压裂技术已在页岩气的开采中得到了广泛应用，但是目前页岩人工压裂过程中的裂缝扩展力学依然存在很多问题，页岩裂缝扩展理论和机理的研究还远远滞后。同时页岩层理发育，力学性质上呈现各向异性特征。因此，科学测试页岩弹性参数，探索层理面影响下页岩断裂韧度和裂缝扩展机制至关重要。
发明内容
本发明实施例提供一种基于临界应力强度因子的页岩裂缝扩展判断方法及产品，以至少部分解决相关技术中存在的问题。
本发明实施例第一方面提供了一种基于临界应力强度因子的页岩裂缝扩展判断方法，所述方法包括：
获取基质的断裂韧度与层理的断裂韧度；
在层理的I型应力强度因子KI(α±90°)＝KIcw的情况下，判断裂纹扩展、扩展方向为层理方向；
在基质的I型应力强度因子KI(θ0)＝KIc0的情况下，判断裂纹扩展、扩展方向为θ0＝argmax[KI(θ)]；
其中，α为层理面法线方向，KIcw表示在层理方向上的断裂韧度，为KIc0表示基质的断裂韧度，KI(θ)采用下式计算：
KI(mπ)＝F11(m)KI+F12(m)KII；m＝θ/π；
其中，KI(mπ)表示沿着与原始裂纹成mπ角方向的I型应力强度因子。
可选地，所述方法，还包括：
当时，判断裂纹沿层理扩展，起裂角为层理方向；
当时，判断裂纹沿θ0＝最大[KI(θ)]方向扩展，θ0满足下式：
可选地，所述方法还包括：通过下式确定断裂载荷：
其中，YI和YII分别为I型和II型无量纲形状因子，通过试样数值标定得到；
W表示裂缝宽度，P表示当前承受的垂直荷载，a表示裂缝长度，B表示试样的厚度。
本发明实施例第二方面提供了一种基于临界应力强度因子的页岩裂缝扩展判断装置，所述装置包括：
获取模块，用于获取基质的断裂韧度与层理的断裂韧度；
第一判断模块，用于在层理的I型应力强度因子KI(α±90°)＝KIcw的情况下，判断裂纹扩展、扩展方向为层理方向；
第二判断模块，用于在基质的I型应力强度因子KI(θ0)＝KIc0的情况下，判断裂纹扩展、扩展方向为θ0＝argmax[KI(θ)]；
其中，α为层理角度方向，KIcw表示在层理方向上的断裂韧度，为KIc0表示基质的断裂韧度，KI(θ)采用下式计算：
KI(mπ)＝F11(m)KI+F12(m)KII；m＝θ/π；
其中，KI(mπ)表示沿着与原始裂纹成mπ角方向的I型应力强度因子。
可选地，所述装置还包括：
第三判断模块，用于在的情况下，判断裂纹沿层理扩展，起裂角为层理方向；在/>的情况下，判断裂纹沿θ0＝最大[KI(θ)]方向扩展，θ0满足下式：/>
可选地，所述装置还包括：断裂载荷确定模块，用于通过下式确定断裂载荷：
其中，YI和YII分别为I型和II型无量纲形状因子，通过试样数值标定得到；
W表示裂缝宽度，P表示当前承受的垂直荷载，a表示裂缝长度，B表示试样的厚度。
本发明实施例第三方面提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行时实现如本发明第一方面所述的基于临界应力强度因子的页岩裂缝扩展判断方法中的步骤。
本发明实施例第四方面提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如本发明第一方面所述的基于临界应力强度因子的页岩裂缝扩展判断方法中的步骤。
本发明实施例中，提出了基于基质的断裂韧度与层理的断裂韧度判断裂纹扩展方向的具体方法，该方法仅需获得基质和层理这两个断裂韧度值，就可以简单准确地判断裂纹扩展方向和断裂载荷。其中，断裂韧度可以基于试样的断裂试验直接获得，从而可以基于简单试验获得对层状岩石裂缝偏转进行准确判断，此外，本发明实施例中，还可以计算出断裂载荷，进而确定对于层状岩石裂缝载荷加载到多大的时候裂纹发生扩展以及往哪个方向扩展。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例的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示出了本发明实施例中涉及的弱面模型断裂韧度与扩展方向关系示意图；
图2示出了本发明实施例涉及到的NDB试样构型示意图；
图3示出了本发明实施例的一种基于断裂韧度的层状岩石裂缝偏转判断方法的步骤流程示意图；
图4示出了本发明实施例的一种基于断裂韧度的层状岩石裂缝偏转判断装置的结构框图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
页岩储层改造成功的关键是形成最大化的缝网展布。页岩的层理面发育，在大型的多段水力压裂中，由于水力主裂缝产生的附加应力，层理面会张开或滑移，并且可能干扰主裂缝的走向与路径，比如出现拐折等，进而形成复杂的裂缝网络。并且，在低渗透率的页岩中，层理面提供了距水力主裂缝较远的油气的重要运输通道，在整个缝网的运输效率中起到了关键作用。因此，对于页岩储层，层理对裂缝扩展规律影响的研究非常重要。
国外对非连续体影响下岩体水力裂缝的扩展已有较多研究。相关研究中研究了裂缝穿越隔层的行为，认为裂缝在界面处可穿越隔层或者沿界面扩展，竖向压应力的大小和界面性质决定了裂缝能否穿越界面。相关研究还指出地层中的天然裂缝对水力压裂裂缝扩展的影响是局部的，并不能彻底改变压裂裂缝的延伸方向。相关研究中基于含天然裂缝的页岩室内三轴水力压裂试验，分析了天然裂缝对水力压裂裂缝扩展的影响，该研究认为只有在大逼近角和高应力差条件下水力裂缝才会穿过天然裂缝扩展，而大多数情况中水力裂缝会在遇到天然裂缝时转向或止裂。国内对这方面研究相对较少，赵海峰等认为水力裂缝与地层界面相遇时，可能沿缝高方向穿过界面、转向或止裂；周健认为在低应力差、低逼近角或摩擦因数较小条件下，在水力裂缝的影响下，页岩储层中的天然裂缝易发生剪切破坏；陈治喜等基于水力裂缝在层状介质中垂向扩展的数值模拟，指出在一定地层条件下,作业压力的高低主要决定了裂缝是否向隔层扩展。衡帅等认为页岩层理面的发育程度、地应力状态和泵压大小对裂缝形态有明显影响，层理面过强或过弱都不利于裂缝网络的形成。
综上，对于页岩层理等结构面的研究目前还很有限，所以开展页岩层理对裂缝扩展规律影响的研究具有重要意义，同时，国内页岩气开发起步晚，针对我国地质条件的页岩气开发理论与开发技术研究工作滞后，页岩基础力学性质仍需重点探索。
页岩是一种典型的层状岩石，相关技术中通过各种测试方法对其各向异性的断裂韧性进行了广泛的研究，对其断裂行为有了准确的理解，包括：层理弱面通常表现出比页岩基质更低的断裂强度，表明层理弱面断裂要比基体断裂容易得多。因此，当裂缝在层状岩石中传播遇到层理弱面时，可能会沿层理弱面发生偏转。
相关研究中对龙马溪页岩在3PB弯曲下的裂缝偏转进行了实验研究，研究表明，当原始裂缝与层理弱面的夹角为30°时，裂缝发生偏转。该研究中，还观察到当预制裂缝与层理弱面之间的角度为30°或60°时，裂缝沿层理弱面偏转。然而，在该研究中只考虑了四个方向：层理弱面和预制裂缝之间的角度为0°，30°，60°和90°。
相关研究中，还对具有不同层理角度的Nash Point页岩半圆形弯曲(SCB)样品进行了测试。结果发现，如果预制裂缝和层理弱面之间的角度为60°，就会发生偏转。因此，对传播中的裂缝何时会穿越层理弱面而不发生偏转进行全面研究是非常重要的。
描述页岩中裂缝偏转的理论模型大致可以分为两类：非局部模型和局部模型。非局部模型通常采用损伤力学或非线性断裂力学方法来描述页岩中的偏转过程，而局部模型通常是基于线性弹性断裂力学的。局部模型一般将页岩中的层理视为弱面，这是因为层层与岩石基质之间的断裂强度存在差异。例如，相关研究定义了裂纹尖端能量释放率的比值Gθ/Gc rock，Gc fract/Gc rock为其临界值，其中Gθ代表该方向的能量释放率(ERR)，Gc rock是岩石基体的临界ERR，Gc fract是天然裂缝的临界ERR。然后，基于裂缝倾向于沿着ERR最大的路径扩展这一假设，采用了一个条件来确定是否会发生偏移。相关技术中，还提出了一种结合弱面模型和最大能量释放率(MERR)来确定是否发生裂缝偏转的方法。在这个准则中，通过将页岩视为各向同性的材料来计算能量释放率，并使用了页岩基质的弹性参数。相关技术中，还使用J-积分来计算裂缝尖端应力场，并寻找最大ERR来确定裂缝的偏转方向(即与Jk-向量相对应的向量zk)。裂纹扩展阻力的特点是由沿层理方向和垂直于层理方向的阻力插值的经验关系。然而，在计算Jk-向量准则的裂纹扩展阻力时，采用了各向同性的弹性参数。
可见，相关技术中已经提出了许多准则来描述各向异性材料的裂缝偏转行为，但每一个标准的提出都有明确的研究目标、必要的假设和简化。上述的一些标准不能计算断裂载荷，没有仔细考虑裂缝尖端的各向异性或弹性。因此，仍然进一步发展对裂缝偏转的理论模型。
因此，本发明实施例提出了一种基于临界应力强度因子的页岩裂缝扩展判断方法。
本发明实施例中，首先考虑了基于临界应力强度因子判据的页岩裂缝扩展判据，具体如下：
对岩石等脆性材料，根据线弹性断裂力学，裂纹尖端的塑性区尺寸相对较小，只需应力强度因子即可描述裂纹尖端附近的应力场和位移场，对于张开型裂纹扩展，裂纹失稳扩展的判据为：
KI＝KIc (1)
其中，KI为裂纹尖端I型应力强度因子，KIc为材料的I型断裂韧度。公式(1)意思是：当KI达到KIc时，裂纹发生失稳扩展。
在复合加载下，当裂缝沿着θ方向扩展一段极小的距离后，裂缝尖端的I型应力强度因子为KI(θ)。
相关研究中对KI(θ)进行了精确计算，得到了级数展开式，这些系数与θ有关：
KI(mπ)＝F11(m)KI+F12(m)KII (2)
其中，m＝θ/π，上式中系数的二十阶展开式为：
已知SIFs描述了裂纹尖端的应力状态，当SIFs达到断裂韧度时，裂纹开始起裂。由于所测页岩的断裂韧度已通过断裂试验得到，在没有抗拉强度数据的情况下，将SIFs作为评估裂缝偏转的指标是较为方便和理想的。
本发明实施例中，引入弱平面模型，如图1所示，图1示出了弱面模型断裂韧度与扩展方向关系示意图，便可得到适用于页岩的裂缝扩展判据。该判据基于以下假设：
(1)沿着层理面方向的断裂韧度小于其他方向的断裂韧度即:
其中，KIc0为基质的断裂韧度，KIcw为层理的断裂韧度。
(2)裂纹沿最大SIF方向θ＝θ0或沿层理面θ＝α±90°偏转。
(3)当时，判断裂纹沿层理扩展，起裂角为层理方向；
当时，判断裂纹沿θ0＝最大[KI(θ)]方向扩展，θ0满足下式：
其中，KI(θ)表示沿着与原始裂纹成θ角方向的I型应力强度因子，可通过下式获得
KI(mπ)＝F11(m)KI+F12(m)KII；
为了便于理解，本发明实施例中，还提供了一种示例性了实施例，具体如下：
本发明实施例装实施例中，选用切槽深梁试样(notched deep beam,NDB)NDB是测试I型断裂韧度的一种试样构型，如图2所示，其示出了本发明实施例涉及到的NDB试样构型示意图。由图可见，长方体形的NDB试样中间有一条竖直的裂缝，长度是宽度W的两倍，厚度为B，裂缝长度为a。NDB试件在对称三点弯曲下承受垂直荷载P，加载夹具底部支撑间距为2d。此时，I型和II型应力强度因子和载荷的关系为
其中，YI和YII分别为I型和II型无量纲形状因子，可通过数值标定得到。
将式7和8代入式5，便可得到断裂载荷：
因此，利用上述判据可以同时得到偏转角和断裂载荷。当获得基质和层理的断裂韧度值时，可以方便地确定页岩中的裂纹扩展方向。
基于上述探索，本发明实施例提出一种基于临界应力强度因子的页岩裂缝扩展判断方法，如图3所示，图3示出了本发明实施例的种基于临界应力强度因子的页岩裂缝扩展判断方法的步骤流程示意图，具体的，所述方法包括以下步骤：
S201，获取基质的断裂韧度与层理的断裂韧度。
S202，在层理的I型应力强度因子KI(α±90°)＝KIcw的情况下，判断裂纹扩展、扩展方向为层理方向。
S203，在基质的I型应力强度因子KI(θ0)＝KIc0的情况下，判断裂纹扩展、扩展方向为θ0＝argmax[KI(θ)]。
其中，α为层理面法线方向，KIcw表示在层理方向上的断裂韧度，为KIc0表示在基质的断裂韧度，KI(θ)采用下式计算：
KI(mπ)＝F11(m)KI+F12(m)KII；
KI(mπ)＝F11(m)KI+F12(m)KII；m＝θ/π；
其中，KI(mπ)表示沿着与原始裂纹成mπ角方向的I型应力强度因子。
本发明实施例中，可以基于断裂试验得到基质的断裂韧度与层理的断裂韧度。
本发明实施例中，可以将该计算方法录入程序软件，在实际应用时，只需通过断裂试验得到基质的断裂韧度与层理的断裂韧度，并将基质的断裂韧度与层理的断裂韧度输入该程序软件，另外还可以将层状岩石裂纹的相关参数(例如：层理倾角)输入该程序软件，即可对裂纹扩展方向进行准确判断。
可选地，所述基于基质的断裂韧度与层理的断裂韧度判断裂纹扩展方向还包括：
S204，当时，判断裂纹沿层理扩展，起裂角为层理方向；当时，判断裂纹沿θ0＝最大[KI(θ)]方向扩展，θ0满足下式：/>
可选地，所述基于基质的断裂韧度与层理的断裂韧度判断裂纹扩展方向，还包括：
通过下式确定断裂载荷：
其中，YI和YII分别为I型和II型无量纲形状因子，通过试样数值标定得到；
W表示裂缝宽度，P表示当前承受的垂直荷载，a表示裂缝长度，B表示试样的厚度。
本发明实施例中，还可以计算出断裂载荷，进而确定对于层状岩石裂缝载荷加载到多大的时候裂纹发生扩展以及往哪个方向扩展。
基于同一发明构思，本发明实施例提供了一种基于临界应力强度因子的页岩裂缝扩展判断装置，如图4所示，图4示出了本发明实施例的一种基于临界应力强度因子的页岩裂缝扩展判断装置的结构框图，所述装置包括：
获取模块301，用于获取基质的断裂韧度与层理的断裂韧度；
第一判断模块302，用于在层理的I型应力强度因子KI(α±90°)＝KIcw的情况下，判断裂纹扩展、扩展方向为层理方向；
第二判断模块303，用于在基质的I型应力强度因子KI(θ)＝KIc0的情况下，判断裂纹扩展、扩展方向为θ0＝argmax[KI(θ)]；
其中，α为层理面法线方向，KIcw表示在层理方向上的断裂韧度，为KIc0表示在基质的断裂韧度，KI(θ)采用下式计算：
KI(mπ)＝F11(m)KI+F12(m)KII；m＝θ/π；
其中，KI(mπ)表示沿着与原始裂纹成mπ角方向的I型应力强度因子。
可选地，所述装置还包括：
第三判断模块，用于在的情况下，判断裂纹沿层理扩展，起裂角为层理方向；在/>的情况下，判断裂纹沿θ0＝最大[KI(θ)]方向扩展，θ0满足下式：/>
可选地，所述装置还包括：断裂载荷确定模块，用于通过下式确定断裂载荷：
其中，YI和YII分别为I型和II型无量纲形状因子，通过试样数值标定得到；
W表示裂缝宽度，P表示当前承受的垂直荷载，a表示裂缝长度，B表示试样的厚度。
基于同一发明构思，本发明实施例提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行计算机程序时实现上述任一实施例所述的基于临界应力强度因子的页岩裂缝扩展判断方法中的步骤。
基于同一发明构思，本发明实施例提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现上述任一实施例所述的基于临界应力强度因子的页岩裂缝扩展判断方法中的步骤。
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。
本领域内的技术人员应明白，本发明实施例的实施例可提供为方法、装置、或计算机程序产品。因此，本发明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，本发明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。
本发明实施例是参照根据本发明实施例的方法、终端设备(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面向无源器件的电磁响应优化终端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面向无源器件的电磁响应优化终端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面向无源器件的电磁响应优化终端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面向无源器件的电磁响应优化终端设备上，使得在计算机或其他可编程终端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终端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。
尽管已描述了本发明实施例的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明实施例范围的所有变更和修改。
最后，还需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，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、物品或者终端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、物品或者终端设备所固有的要素。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、物品或者终端设备中还存在另外的相同要素。
以上对本发明所提供的一种基于临界应力强度因子的页岩裂缝扩展判断方法及产品进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (8)
1.一种基于临界应力强度因子的页岩裂缝扩展判断方法，其特征在于，所述方法包括：
获取基质的断裂韧度与层理的断裂韧度；
在层理的I型应力强度因子KI(α±90°)＝KIcw的情况下，判断裂纹扩展、扩展方向为层理方向；
在基质的I型应力强度因子KI(θ0)＝KIc0的情况下，判断裂纹扩展、扩展方向为θ0＝argmax[KI(θ)]；
其中，α为层理面法线方向，KIcw表示在层理方向上的断裂韧度，KIc0表示基质的断裂韧度，KI(θ)表示沿着与原始裂纹成θ角方向的I型应力强度因子，KI(θ)采用下式计算：
KI(θ)＝KI(mπ)＝F11(m)KI+F12(m)KII；m＝θ/π；其中，m为角度θ无量纲系数；
2.根据权利要求1所述的基于临界应力强度因子的页岩裂缝扩展判断方法，其特征在于，所述方法还包括：
当时，判断裂纹沿层理扩展，起裂角为层理方向；
当时，判断裂纹沿θ0＝最大[KI(θ)]方向扩展，θ0满足下式：
3.根据权利要求1所述的基于临界应力强度因子的页岩裂缝扩展判断方法，其特征在于，所述方法还包括：通过下式确定断裂载荷：
其中，YI和YII分别为I型和II型无量纲形状因子，通过试样数值标定得到；
W表示裂缝宽度，P表示当前承受的垂直荷载，a表示裂缝长度，B表示试样的厚度。
4.一种基于临界应力强度因子的页岩裂缝扩展判断装置，其特征在于，所述装置包括：
获取模块，用于获取基质的断裂韧度与层理的断裂韧度；
第一判断模块，用于在层理的I型应力强度因子KI(α±90°)＝KIcw的情况下，判断裂纹扩展、扩展方向为层理方向；
第二判断模块，用于在基质的I型应力强度因子KI(θ)＝KIc0的情况下，判断裂纹扩展、扩展方向为θ0＝argmax[KI(θ)]；
其中，α为层理面法线方向，KIcw表示在层理方向上的断裂韧度，为KIc0表示基质的断裂韧度，KI(θ)表示沿着与原始裂纹成θ角方向的I型应力强度因子，KI(θ)采用下式计算：
KI(θ)＝KI(mπ)＝F11(m)KI+F12(m)KII；m＝θ/π；其中，m为角度θ无量纲系数；
5.根据权利要求4所述的基于临界应力强度因子的页岩裂缝扩展判断装置，其特征在于，所述装置还包括：
第三判断模块，用于当时，判断裂纹沿层理扩展，起裂角为层理方向；当时，判断裂纹沿θ0＝最大[KI(θ)]方向扩展，θ0满足下式：/>
6.根据权利要求5所述的基于临界应力强度因子的页岩裂缝扩展判断装置，其特征在于，所述装置还包括：断裂载荷确定模块，用于通过下式确定断裂载荷：
其中，YI和YII分别为I型和II型无量纲形状因子，通过试样数值标定得到；
W表示裂缝宽度，P表示当前承受的垂直荷载，a表示裂缝长度，B表示试样的厚度。
7.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1-3任一项所述的基于临界应力强度因子的页岩裂缝扩展判断方法的步骤。
8.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该计算机程序被处理器执行时实现权利要求1-3任一项所述的基于临界应力强度因子的页岩裂缝扩展判断方法的步骤。
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