基于矿物含量和分布的岩石脆性分析方法、系统及设备

技术领域

本发明属于介质脆性分布表征领域，具体涉及了一种基于矿物含量和分布的岩石脆性分析方法、系统及设备。

背景技术

随着油气开发技术研究的逐渐深入，以及非常规油气资源需求的日益增加，对地下介质压裂的需求不断增加。由于岩石压裂过程中，压裂液的注入位置与岩石的脆性特征密切相关，因此需要深入研究岩石的脆性评价标准，为岩石压裂位置的选取提供依据。岩石的脆性特征受岩石中，所含矿物种类、矿物分布，影响较大。因此，研究真实岩石的脆性特征时，需要充分计算矿物类型、矿物分布对岩石弹性性质的影响。然而，常规的岩石脆性分析方法只计算了岩石中，矿物种类对岩石脆性特征的影响，岩石矿物分布差异导致的岩石脆性分布差异，以及差异对岩石脆性特征的影响并未深入研究。

自相关函数是描述物质随机分布状态的有效方法，通过对其功率谱函数的控制，能够表征不同的岩石矿物分布，从而定量的计算矿物分布对岩石各种特征的影响。数字岩芯技术，通过对岩石进行CT扫描，能够显示岩石内部结构。通过数字岩芯技术，可研究岩石内部矿物分布，并且，通过数字岩芯技术与岩石脆性指数表征算法的结合，可反应岩石内部矿物分布对岩石脆性空间分布的影响。在岩石矿物非均匀分布的条件下，研究描述矿物分布特征的自相关函数，并计算脆性指数的分布特征，是研究岩石脆性分布的重要方法，是选择岩石压裂位置的重要依据。

但是，目前岩石脆性的特征的相关分析，只考虑了矿物含量的影响，对矿物分布的影响以及定量描述的有效方法仍然缺失，如何在结合定量表征矿物分布的基础上进行岩石脆性分析，仍是本领域需要研究的问题。

发明内容

为了解决现有技术中的上述问题，即现有岩石脆性分析方法仅考虑内部矿物含量而忽略矿物分布导致分析结果的准确性和精度达不到预期的问题，本发明提供了一种基于矿物含量和分布的岩石脆性分析方法，该方法包括：

步骤S10，进行待分析岩石图像的数字化处理，并进行数字化处理后的二维数组的自相关分析，获得自相关相关系数变化曲线；

步骤S20，将所述自相关相关系数变化曲线的纵坐标值下降为1/e时的横坐标值作为待分析岩石的自相关长度；

步骤S30，根据所述待分析岩石的自相关长度，待分析岩石中矿物以及弹性模量的分布特征，构建描述矿物分布的自相关函数；

步骤S40，根据所述自相关函数进行所述待分析岩石的岩石样品重构，获得待分析岩石的密度及弹性模量分布；

步骤S50，根据所述待分析岩石的密度及弹性模量分布进行重构的岩石样品的网格剖分，获得待分析岩石的不同尺度剖分的脆性指数分布。

在一些优选的实施例中，所述描述矿物分布的自相关函数，其公式表示为：

其中，

在一些优选的实施例中，所述待分析岩石的密度及弹性模量分布，其公式表示为：

其中，

在一些优选的实施例中，所述剪切模量背景值

其中，

在一些优选的实施例中，通过扰动的方差和协方差确定所述扰动量

其中，

在一些优选的实施例中，步骤S50中每一个剖分网格，其脆性指数计算方法为：

其中，

在一些优选的实施例中，步骤S50中每一个剖分网格，其平均杨氏模量

其中，

本发明的另一方面，提出了一种基于矿物含量和分布的岩石脆性分析系统，该系统包括以下模块：

数字化处理模块，配置为进行待分析岩石图像的数字化处理，获得待分析岩石的二维数组；

自相关分析模块，配置为进行所述二维数组的自相关分析，并将分析获取的自相关相关系数变化曲线的纵坐标值下降为1/e时的横坐标值作为待分析岩石的自相关长度；

自相关函数构建模块，配置为根据所述待分析岩石的自相关长度，待分析岩石中矿物以及弹性模量的分布特征，构建描述矿物分布的自相关函数；

密度及弹性模量分布计算模块，配置为根据所述自相关函数进行所述待分析岩石的岩石样品重构，获得待分析岩石的密度及弹性模量分布；

脆性分析模块，配置为根据所述待分析岩石的密度及弹性模量分布进行重构的岩石样品的网格剖分，获得待分析岩石的不同尺度剖分的脆性指数分布。

本发明的第三方面，提出了一种电子设备，包括：

至少一个处理器；以及

与至少一个所述处理器通信连接的存储器；其中，

所述存储器存储有可被所述处理器执行的指令，所述指令用于被所述处理器执行以实现上述的基于矿物含量和分布的岩石脆性分析方法。

本发明的第四方面，提出了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机指令，所述计算机指令用于被所述计算机执行以实现上述的基于矿物含量和分布的岩石脆性分析方法。

本发明的有益效果：

（1）本发明基于矿物含量和分布的岩石脆性分析方法，通过提取岩石中的矿物分布，可研究岩石中矿物分布对岩石脆性指数的影响，从而提升后续岩石脆性分析的准确性和精度。

（2）本发明基于矿物含量和分布的岩石脆性分析方法，利用数字岩芯技术，通过提取岩石矿物分布结构，得到岩石内部弹性模量扰动分布情况，并以扰动量的形式，叠加在声弹性效应引起的等效弹性模量变化中，建立更加真实的深部储层数值模型，从而进一步提升了后续岩石脆性分析的准确性和精度。

（3）本发明基于矿物含量和分布的岩石脆性分析方法，能够得到更为准确和高精度的岩石脆性指数分布的空间信息，从而能够为岩石压裂位置的选址提供更精确的信息。

附图说明

通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1是本发明基于矿物含量和分布的岩石脆性分析方法的流程示意图；

图2是本发明基于矿物含量和分布的岩石脆性分析方法一种实施例的岩石图像；

图3是本发明基于矿物含量和分布的岩石脆性分析方法一种实施例的提取和理论计算的自相关系数变化曲线示意图；

图4是本发明基于矿物含量和分布的岩石脆性分析方法一种实施例的密度及弹性模量分布示意图；

图5是本发明基于矿物含量和分布的岩石脆性分析方法一种实施例的网格剖分时每个网格的尺度；

图6是本发明基于矿物含量和分布的岩石脆性分析方法一种实施例的脆性指数分布示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与有关发明相关的部分。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。

本发明提供一种基于矿物含量和分布的岩石脆性分析方法，本方法充分考虑到岩石内部颗粒相对位置、孔隙结构变化对岩石脆性特征性质产生的影响，可以在给矿物分布的条件下计算岩石脆性指数分布、岩石脆性非均质特征，为岩石的压裂位置选择奠定基础。

本发明的一种基于矿物含量和分布的岩石脆性分析方法，该方法包括：

步骤S10，进行待分析岩石图像的数字化处理，并进行数字化处理后的二维数组的自相关分析，获得自相关相关系数变化曲线；

步骤S20，将所述自相关相关系数变化曲线的纵坐标值下降为1/e时的横坐标值作为待分析岩石的自相关长度；

步骤S30，根据所述待分析岩石的自相关长度，待分析岩石中矿物以及弹性模量的分布特征，构建描述矿物分布的自相关函数；

步骤S40，根据所述自相关函数进行所述待分析岩石的岩石样品重构，获得待分析岩石的密度及弹性模量分布；

步骤S50，根据所述待分析岩石的密度及弹性模量分布进行重构的岩石样品的网格剖分，获得待分析岩石的不同尺度剖分的脆性指数分布。

为了更清晰地对本发明基于矿物含量和分布的岩石脆性分析方法进行说明，下面结合图1对本发明实施例中各步骤展开详述。

本发明第一实施例的基于矿物含量和分布的岩石脆性分析方法，包括步骤S10-步骤S50，各步骤详细描述如下：

步骤S10，进行待分析岩石图像的数字化处理，并进行数字化处理后的二维数组的自相关分析，获得自相关相关系数变化曲线。

如图2所示，为本发明基于矿物含量和分布的岩石脆性分析方法一种实施例的岩石图像，对该岩石图像进行数字化处理，形成二维数组，并进行该二维数组的自相关分析，获得岩石图像的自相关系数变化曲线，0.5mm代表岩石图像的比例尺。

步骤S20，将所述自相关相关系数变化曲线的纵坐标值下降为1/e时的横坐标值作为待分析岩石的自相关长度。

根据自相关系数变化曲线的横坐标和纵坐标值获取岩石的自相关长度，选择曲线纵坐标值下降为1/e（e≈2.71828）时，曲线的横坐标值为岩石的自相关长度。

如图3所示，为本发明基于矿物含量和分布的岩石脆性分析方法一种实施例的提 取和理论计算的自相关系数变化曲线示意图，虚线为根据图2的岩石图像提取的自相关系 数变化曲线，实线为根据真实自相关系数变化曲线拟合得到的理论自相关系数变化曲线， 横坐标和纵坐标的单位均为μm，0.368（1/e≈1/2.71828≈0.368）为曲线纵坐标值下降为1/ e的纵坐标值，

步骤S30，根据所述待分析岩石的自相关长度，待分析岩石中矿物以及弹性模量的分布特征，构建描述矿物分布的自相关函数，如式（1）所示：

其中，

步骤S40，根据所述自相关函数进行所述待分析岩石的岩石样品重构，获得待分析岩石的密度及弹性模量分布。

根据步骤S10和S20中提取的矿物以及弹性模量分布，通过空间平均，计算空间背景值，基于步骤S30得到的自相关函数，得到待分析岩石的密度及弹性模量的分布函数，如式（2）所示：

其中，

如图4所示，为本发明基于矿物含量和分布的岩石脆性分析方法一种实施例的密度及弹性模量分布示意图，对应于图2的岩石图像，横坐标和纵坐标代表待分析岩石的密度及弹性模量分布示意图的宽和高，其单位均为mm。

剪切模量背景值

其中，

通过扰动的方差和协方差确定所述扰动量

其中，

步骤S50，根据所述待分析岩石的密度及弹性模量分布进行重构的岩石样品的网格剖分，获得待分析岩石的不同尺度剖分的脆性指数分布。

每一个剖分网格，其脆性指数计算方法如式（6）-式（8）所示：

其中，

每一个剖分网格，其平均杨氏模量

其中，

如图5所示，为是本发明基于矿物含量和分布的岩石脆性分析方法一种实施例的 网格剖分时每个网格的尺度，网格中点

如图6所示，为本发明基于矿物含量和分布的岩石脆性分析方法一种实施例的脆性指数分布示意图，对应于图2的岩石图像，横坐标和纵坐标代表待分析岩石的脆性指数分布示意图的宽和高，其单位均为mm。

上述实施例中虽然将各个步骤按照上述先后次序的方式进行了描述，但是本领域技术人员可以理解，为了实现本实施例的效果，不同的步骤之间不必按照这样的次序执行，其可以同时(并行)执行或以颠倒的次序执行，这些简单的变化都在本发明的保护范围之内。

本发明第二实施例的基于矿物含量和分布的岩石脆性分析系统，该系统包括以下模块：

数字化处理模块，配置为进行待分析岩石图像的数字化处理，获得待分析岩石的二维数组；

自相关分析模块，配置为进行所述二维数组的自相关分析，并将分析获取的自相关相关系数变化曲线的纵坐标值下降为1/e时的横坐标值作为待分析岩石的自相关长度；

自相关函数构建模块，配置为根据所述待分析岩石的自相关长度，待分析岩石中矿物以及弹性模量的分布特征，构建描述矿物分布的自相关函数；

密度及弹性模量分布计算模块，配置为根据所述自相关函数进行所述待分析岩石的岩石样品重构，获得待分析岩石的密度及弹性模量分布；

脆性分析模块，配置为根据所述待分析岩石的密度及弹性模量分布进行重构的岩石样品的网格剖分，获得待分析岩石的不同尺度剖分的脆性指数分布。

所属技术领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统的具体工作过程及有关说明，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

需要说明的是，上述实施例提供的基于矿物含量和分布的岩石脆性分析系统，仅以上述各功能模块的划分进行举例说明，在实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能模块来完成，即将本发明实施例中的模块或者步骤再分解或者组合，例如，上述实施例的模块可以合并为一个模块，也可以进一步拆分成多个子模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。对于本发明实施例中涉及的模块、步骤的名称，仅仅是为了区分各个模块或者步骤，不视为对本发明的不当限定。

本发明第三实施例的一种电子设备，包括：

至少一个处理器；以及

与至少一个所述处理器通信连接的存储器；其中，

所述存储器存储有可被所述处理器执行的指令，所述指令用于被所述处理器执行以实现上述的基于矿物含量和分布的岩石脆性分析方法。

本发明第四实施例的一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机指令，所述计算机指令用于被所述计算机执行以实现上述的基于矿物含量和分布的岩石脆性分析方法。

所属技术领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的存储装置、处理装置的具体工作过程及有关说明，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

本领域技术人员应该能够意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的模块、方法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，软件模块、方法步骤对应的程序可以置于随机存储器（RAM）、内存、只读存储器（ROM）、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。为了清楚地说明电子硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以电子硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。本领域技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

术语“第一”、 “第二”等是用于区别类似的对象，而不是用于描述或表示特定的顺序或先后次序。

术语“包括”或者任何其它类似用语旨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、物品或者设备/装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其它要素，或者还包括这些过程、方法、物品或者设备/装置所固有的要素。

至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本发明的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征做出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。