[发明专利]使用颗粒接触模型估计岩石的机械性能的系统和方法

权利要求书

1.一种用于分析岩石样本以确定所述岩石样本的一个或多个机械性能的方法，所述方法包括：

(a)分割与所述岩石样本的图像相对应的数字图像体积；

(b)划分所述数字图像体积以将所述数字图像体积中的多个体素与所述岩石样本的多个颗粒相关联；

(c)确定所述多个体素中彼此相邻的体素，以识别所述颗粒之间的多个接触界面；

(d)使用在对应的颗粒-颗粒界面处的相邻体素来确定所述接触界面中的每个接触界面的接触面积；

(e)确定所述多个颗粒中的每个颗粒与每个相邻颗粒所具有的接触界面的数量；以及

(f)基于所述多个颗粒中的每个颗粒的所述接触界面的数量和所述接触界面中的每个接触界面的接触面积来确定所述岩石样本的所述一个或多个机械性能。

2.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：为每个接触界面确定具有与对应接触界面的接触面积相等的面积的圆的半径；以及

其中，(f)包括基于所述多个颗粒中的每个颗粒的所述接触界面的数量以及与所述接触界面中的每个接触界面相对应的所述圆的半径来确定所述岩石样本的所述一个或多个机械性能。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述多个接触界面中的至少一些接触界面是非圆形接触界面，并且其中，(d)包括使用在对应非圆形接触界面处的相邻体素来确定所述非圆形接触界面中的每个非圆形接触界面的接触面积。

4.根据权利要求1所述的方法，其中，(f)包括确定所述岩石样本的本体模量和剪切模量。

5.根据权利要求1所述的方法，其中，(f)包括确定所述岩石样本的以下机械性能中的一项或多项：本体模量、剪切模量、杨氏模量、泊松比、P_波模量、P_波速度，和S_波速度。

6.根据权利要求2所述的方法，进一步包括：使用与每个接触界面相对应的所述圆的半径来计算所述岩石样本的剪切接触刚度。

7.根据权利要求2所述的方法，进一步包括：使用与每个接触界面相对应的所述圆的半径来计算所述岩石样本的法向接触刚度。

8.一种用于分析岩石样本以确定所述岩石样本的一个或多个机械性能的系统，所述系统包括：

成像设备，所述成像设备被配置成产生代表所述岩石样本的数字图像体积；以及

计算设备，所述计算设备联接到所述成像设备并且包括：

一个或多个处理器；以及

一个或多个存储设备，所述一个或多个存储设备联接到所述一个或多个处理器，并且被配置成存储指令，所述指令当由所述一个或多个处理器执行时将所述一个或多个处理器配置成：

分割与所述岩石样本的一个或多个图像相对应的数字图像体积，以将所述数字图像体积中的体素与所述岩石样本的颗粒相关联；

划分所述数字图像体积，以将所述数字图像体积中的多个体素与所述岩石样本的多个颗粒相关联；

确定所述多个体素中彼此相邻的体素，以识别所述颗粒之间的多个接触界面；

使用在对应接触界面处的相邻体素来确定所述接触界面中的每个接触界面的接触面积；

确定所述多个颗粒中的每个颗粒与每个相邻颗粒所具有的接触界面的数量；以及

基于所述多个颗粒中的每个颗粒的所述接触界面的数量和所述接触界面中的每个接触界面的接触面积来确定所述岩石样本的所述一个或多个机械性能。

9.根据权利要求8所述的系统，其中，所述指令进一步将所述一个或多个处理器配置成：

为每个接触界面确定具有与对应接触界面的所述接触面积相等的面积的圆的半径；以及

基于所述多个颗粒中的每个颗粒的所述接触界面的数量以及与所述接触界面中的每个接触界面的所述圆的半径来确定所述岩石样本的所述一个或多个机械性能。