[发明专利]一种利用岩芯获取三维地应力的方法及获取系统

说明书

本发明涉及地应力测量技术领域，尤其是涉及一种利用岩芯获取三维地应力的方法及其获取系统。获取三维地应力的方法包括：S1：确定已知参数的数值和未知参数的合理取值范围；S2：生成满足的测试数据；S3：对测试数据进行反演分析；S4：在未知参数的合理取值范围内匹配输入参数值；S5：根据输入参数值再进行反演分析，得出三维地应力。三维地应力获取系统包括人工神经网模型模块、反演分析模型模块、进化计算模块和控制器；控制器分别与人工神经网模型模块、反演分析模型模块和进化计算模块连接。本发明通过对生成的测试数据进行反演和进化计算，进行合理匹配输出参数，进而能够使估算的三维地应力参数准确，提高了获取三维地应力的效率。

技术领域

本发明涉及地应力测量技术领域，尤其是涉及一种利用岩芯获取三维地应力的方法及获取系统。

背景技术

地应力是存在于地壳岩体中的初始应力，也是固体地球的重要物理属性参数之一。地应力是引起岩体变形、失稳和破坏的根源力量，也是影响石油、页岩气、干热岩等深部能源开采的重要参数。

当前，地应力测量最主要依赖的手段是钻孔和钻孔取芯，比如，岩芯滞弹性恢复法(ASR法)就是一种根据岩芯脱离岩体应力环境后，测试非弹性变形进而估算三维主应力的一种常用方法。然而，这种方法操作程序复杂，影响和干扰因素较多，且比较费时。一般来说，ASR法测试时间至少7天，有时需要长达一个月。因而，难以快速地、大规模地推广应用。

岩芯从地壳岩体中取出后，由于脱离了地应力场的挤压作用，将发生两种变形，除了ASR法地应力测试所依赖的非弹性变形之外，还有瞬间恢复的弹性变形。由于弹性变形从钻头钻取岩芯形成的那一刻已经开始发生，一旦完全钻取得到岩芯，即基本完成弹性形变的恢复，岩芯的原始直径难以测量和利用，这也将给利用岩芯弹性变形确定三维地应力值的尝试带来难以确定的困难。

现有的方法主要是利用垂直钻孔取出的岩芯，测量岩芯直径变形并评估水平应力差值。但是，尚不能得到具体的主应力量值，比如对于垂直钻孔取芯而言，最大水平主应力和最小水平主应力。其中，圆柱状岩芯脱离地壳应力场后、且发生弹性变形恢复之前的初始真圆直径d₀的大小无法直接实测，这直接导致无法可靠地得到最大水平主应力和最小水平主应力的具体量值。这也很大程度上限制了现有方法的应用效果和推广前景。

发明内容

本发明的目的在于提供一种利用岩芯获取三维地应力的方法及获取系统，以解决现有技术和方法中难以解决的核心难点和问题。

本发明提供的获取三维地应力的方法，包括如下步骤：

S1：确定已知参数垂直主应力S_v、岩芯径向总体变形值d_max、d_min的数值和未知参数杨氏模量E，泊松比v，最大和最小水平主应力S_hmax和S_hmin，岩芯初始真圆直径d₀的合理取值范围；

S2：生成所有满足的测试数据；

S3：对测试数据进行反演分析；

S4：在未知参数的合理取值范围内匹配输入参数值；

S5：根据输入参数值再次进行反演分析，最终得出三维地应力。

进一步的，步骤S2、步骤S3和步骤S4进行并行化处理。

进一步的，在确定已知参数前，需要通过测试获取岩芯径向总体变形值d_max和d_min，作为已知参数。

进一步的，在确定已知参数前，需要先进行岩芯的基本物性测试。

进一步的，在得出三维地应力后，对参数值进行验证。

进一步的，对参数值进行验证的方法为多重验证。