中煤科工开采研究院有限公司丛日超获国家专利权
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龙图腾网获悉中煤科工开采研究院有限公司申请的专利基于多尺度岩石力学表征确定顶板岩层压裂层位的方法获国家发明授权专利权,本发明授权专利权由国家知识产权局授予,授权公告号为:CN121540543B 。
龙图腾网通过国家知识产权局官网在2026-05-01发布的发明授权授权公告中获悉:该发明授权的专利申请号/专利号为:202610063629.3,技术领域涉及:G01N3/08;该发明授权基于多尺度岩石力学表征确定顶板岩层压裂层位的方法是由丛日超;冯彦军;陈学慧;刘慧妮;程世忠;林朋皓;杨光宇;高家明;王鹏飞设计研发完成,并于2026-01-19向国家知识产权局提交的专利申请。
本基于多尺度岩石力学表征确定顶板岩层压裂层位的方法在说明书摘要公布了:本发明涉及岩石力学与深部地层改造工程技术领域,公开了基于多尺度岩石力学表征确定顶板岩层压裂层位的方法,该方法首先获取钻井岩屑制备纳米压痕试件,开展网格化打点测试与矿物扫描;其次基于测试数据计算折减模量、断裂韧度、弹性指数及塑性功比等微观力学参数;进而利用微观参数及矿物分布特征构建宏观力学模型进行数值模拟,获取宏观弹性模量和单轴抗压强度;最后对宏微观参数进行归一化及加权处理,构建综合可压性指数和综合脆性指数,据此优选目标压裂层位及射孔位置。本发明实现了微观组分属性与宏观力学响应的跨尺度耦合,解决了深部岩层非均质性导致的参数获取难题,克服了单一尺度评价局限,提高了压裂层位识别精度与工程成功率。
本发明授权基于多尺度岩石力学表征确定顶板岩层压裂层位的方法在权利要求书中公布了:1.基于多尺度岩石力学表征确定顶板岩层压裂层位的方法,其特征在于,包括以下步骤: S1、获取目标顶板岩层不同深度的岩石样品,将岩石样品加工为用于微观力学测试的纳米压痕试件; S2、对所述纳米压痕试件进行网格化打点测试,记录加载过程和卸载过程中的载荷随位移变化的测试数据,生成载荷位移曲线; S3、基于所述载荷位移曲线计算微观力学参数,所述微观力学参数至少包括折减模量、微观弹性模量、断裂韧度、硬度、弹性指数和塑性功比; S4、对纳米压痕试件的测试区域进行矿物组分扫描,建立矿物分布与纳米压痕点阵的空间映射关系,识别边界特征点; S5、构建岩芯尺度的有限元-离散元耦合宏观力学模型,利用微观力学参数及矿物边界特征点对模型进行赋值,进行单轴压缩模拟,获得宏观力学参数,其中,所述构建岩芯尺度的有限元-离散元耦合宏观力学模型,包括:定义模型的几何边界,对几何域进行离散化处理,生成计算网格,其中,采用非结构化Delaunay三角剖分算法进行网格划分,网格尺寸依据矿物扫描获得的矿物晶粒尺寸统计分布特征,设定网格单元的平均尺寸,遍历所有三角形单元的公共边界,在每一对相邻的三角形单元之间嵌入无厚度的四节点节理单元;其中,节理单元在初始状态下通过节点共享连接相邻的实体单元;在受载过程中,当节理单元上的应力状态满足特定的断裂准则时,节理单元发生损伤软化并最终断裂; S6、将所述宏观力学参数和所述微观力学参数进行归一化处理及加权计算,构建多尺度岩石可压性和脆性评价模型,并利用多尺度岩石可压性和脆性评价模型计算不同深度岩芯的综合可压性指数和综合脆性指数; S7、根据所述综合可压性指数和综合脆性指数随深度变化的分布情况,筛选出综合可压性指数数值满足预设条件的深度区间和该区间内综合脆性指数数值的极大值点,并分别确定为目标压裂层位和目标射孔位置; 所述S7步骤中确定目标压裂层位的步骤包括: 对宏观弹性模量、单轴抗压强度和测井水平地应力进行归一化和加权处理,构建综合可压性指数; 绘制所述综合可压性指数随深度变化的剖面曲线; 筛选所述剖面曲线中满足预设条件的深度区间; 判断所述深度区间对应的岩层厚度是否大于最小工程压裂厚度; 若满足上述条件,则判定为目标压裂层位; 所述S7步骤中确定目标射孔位置的步骤包括: 对脆性矿物含量、断裂韧度和测井水平地应力差异系数进行归一化和加权处理,构建综合脆性指数; 绘制所述综合脆性指数随深度变化的剖面曲线; 识别目标压裂层位内所述剖面曲线中的不同局部极大值点; 判断所述不同局部极大值点的深度间隔是否大于最小射孔簇间距; 若满足上述条件,则判定为目标射孔位置。
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