基于等效模量法的数字岩芯三轴压缩行为研究

doi:10.11885/j.issn.1674-5086.2024.06.24.01

西南石油大学学报(自然科学版) ›› 2025, Vol. 47 ›› Issue (2): 84-94.DOI: 10.11885/j.issn.1674-5086.2024.06.24.01

基于等效模量法的数字岩芯三轴压缩行为研究

林铁军¹, 曾馨¹, 孙鑫², 于浩¹, 余文帅³

1. 油气藏地质及开发工程全国重点实验室·西南石油大学, 四川成都 610500;
2. 中国石油渤海钻探工程有限公司工程技术研究院, 天津滨海新区 300457;
3. 中国石油西南油气田公司工程技术研究院, 四川成都 610017

收稿日期:2024-06-24 发布日期:2025-05-15
通讯作者: 林铁军，E-mail:cwctltj@swpu.edu.cn
作者简介:林铁军，1980年生，男，汉族，四川自贡人，研究员，主要从事油气井工程力学及仿真、钻完井技术及井下工具研发和稠油地热井热流固多场耦合研究。E-mail:cwctltj@swpu.edu.cn
曾馨，2000年生，女，汉族，四川德阳人，硕士研究生，主要从事油气井工程力学等方面的研究工作。E-mail:swpuzengxin11-79@163.com
孙鑫，1985年生，男，汉族，安徽亳州人，工程师，硕士，主要从事水力压裂工艺技术与固完井工具等方面的研究工作。E-mail:sunxin02@cnpc.com.cn
于浩，1988年生，男，汉族，山东威海人，副研究员，主要从事套管损坏机理、管柱力学等方面的研究工作。E-mai1:yuhao881-126drill@163.com
余文帅，1996年生，男，汉族，湖南岳阳人，工程师，硕士，主要从事钻井设计与提速等方面的研究与工作。E-mail:ywshuai20-20@petrochina.com.cn
基金资助:
国家自然科学基金（52274042）

A Study on Triaxial Compression Behavior of Digital Core Based on Equivalent Modulus Method

LIN Tiejun¹, ZENG Xin¹, SUN Xin², YU Hao¹, YU Wenshuai³

1. State Key Laboratory of Oil and Gas Reservoir Geology and Exploitation, Southwest Petroleum University, Chengdu, Sichuan 610500, China;
2. Engineering Technology Research Institute, CNPC Bohai Drilling Engineering Company Limited, Binhai New Area, Tianjin 300457, China;
3. Engineering Technology Research Institute, PetroChina Southwest Oil and Gasfield Company, Chengdu, Sichuan 610017, China

Received:2024-06-24 Published:2025-05-15

摘要/Abstract

摘要： 针对深部硬脆性难钻地层取芯困难、难获取完整的岩芯样品、室内岩石力学参数实验成本高等问题，采用数值方法结合矿物组分含量建立以泰森多面体为骨架的多组分数字岩芯模型，提出等效模量法实现三轴压缩条件下矿物力学性能的动态调整。开展数字岩芯三轴压缩过程仿真模拟，获取了数字岩芯破裂裂缝形态、三轴压缩应力应变曲线及岩石弹性模量，模拟结果与室内实验结果一致；对比分析了三轴压力对岩石整体和矿物颗粒的损伤和应力分布影响。研究表明，三轴压力对矿物颗粒的影响因矿物种类及空间分布而异，同时抑制了岩石裂纹的扩展。研究方法和结果为研究数字岩芯的力学及破裂行为提供了新的思路，能够有效模拟复杂地质条件下的岩石力学响应和破裂形式，为解决深部硬脆性地层取芯难题提供了技术支撑。

关键词: 数字岩芯, 三轴压缩, 岩石力学, 裂纹扩展, 应力分布

Abstract: To address the challenges of coring in deep, hard, and brittle formations, such as difficulties in obtaining complete core samples and the high cost of indoor rock mechanics experiments, a numerical approach is employed. A multi-component digital core model, structured on a Voronoi polyhedron framework is established according to mineral composition content. An equivalent modulus method is proposed to dynamically adjust the mechanical properties of minerals under triaxial compression conditions. The digital core's triaxial compression process is simulated, yielding fracture patterns, stress-strain curves, and elastic modulus values, which align with indoor experimental results. A comparative analysis of the effects of triaxial pressure on the overall rock structure and mineral grains is conducted, focusing on damage and stress distribution. The findings reveal that the impact of triaxial pressure on mineral grains varies depending on the type and spatial distribution of minerals, while also inhibiting crack propagation in the rock. This approach and the results provide new insights into studies on the mechanical and fracture behavior of digital cores, and effectively simulates rock mechanics responses and fracture patterns under complex geological conditions, and offering technical support for solving the coring challenges in deep hard and brittle formations.

Key words: digital core, triaxial compression, rock mechanics, crack propagation, stress distribution

中图分类号:

TE142

林铁军, 曾馨, 孙鑫, 于浩, 余文帅. 基于等效模量法的数字岩芯三轴压缩行为研究[J]. 西南石油大学学报(自然科学版), 2025, 47(2): 84-94.

LIN Tiejun, ZENG Xin, SUN Xin, YU Hao, YU Wenshuai. A Study on Triaxial Compression Behavior of Digital Core Based on Equivalent Modulus Method[J]. Journal of Southwest Petroleum University(Science & Technology Edition), 2025, 47(2): 84-94.

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