1.一种基于能量演化的页岩脆性指数评价方法,其特征在于,包括以下步骤:步骤1:制作圆柱体页岩岩样;
步骤2:将所述岩样安装在岩石三轴试验系统中,设定围压,对岩样开展单轴、三轴试验,实时采集围压、轴向应力、轴向应变和横向应变数据;
步骤3:根据岩样的单轴、三轴压缩试验数据,绘制相应的应力应变曲线;
步骤4:设定不同的围压,重复步骤2~3,绘制不同围压下的单轴、三轴应力应变曲线;
步骤5:基于应力应变曲线,分析页岩的能量演化过程,计算各部分能量;
步骤6:基于峰前能量演化计算峰前脆性指数;
步骤7:基于峰后能量演化计算峰后脆性指数;
步骤8:对峰前脆性指数和峰后脆性指数采用乘法合成方法,得出综合反映峰前峰后能量演化特征的页岩脆性评价指数。
2.根据权利要求1所述的一种基于能量演化的页岩脆性指数评价方法,其特征在于:步骤5中页岩的能量演化过程中各部分能量计算公式具体如下:岩石变形破坏过程中的总吸收能表示为:U0=∫σ1dε1+2∫σ3dε3;弹性应变能表示为:式中:U0为外力对岩石所做的总功;Ue为岩石可释放的弹性应变能;σ1和ε1是轴向应力和轴向应变;σ3和ε3是围压和环向应变;E0是弹性模量;μ是泊松比;
损伤应力前的耗散能等于损伤应力前总吸收能减去损伤应力储存的弹性应变能:式中:Uda是损伤应力
前的耗散能,U0a是损伤应力处对应的总吸收能,Uea是损伤应力处对应的弹性应变能,σ1a和ε1a是损伤应力处对应的轴向应力和轴向应变,σ3a和ε3a是损伤应力处对应的围压和环向应变;
峰值应力前的耗散能表示为:
式中:Udb是峰值应力
前的耗散能,U0b是峰值应力处对应的总吸收能,Ueb是峰值应力处对应的弹性应变能,σ1b和ε1b是峰值应力处对应的轴向应力和轴向应变,σ3b和ε3b是峰值应力处对应的围压和环向应变;
峰后破坏阶段释放的弹性应变表示为 :Ue-post=Ueb-Uec ,式中:Uec是岩样破坏后残余的弹性应变能,σ1c和ε1c是残余应力处对应的轴向应力和轴向应变,σ3c和ε3c是残余应力处对应的围压和环向应变;
峰后破坏阶段由于原始裂纹或新裂纹的贯通破坏消耗了能量,此时的耗散能表示为:式中:Ud-post峰后破坏阶段产生的耗散能,ε1r和ε3r分别是残余强度处对应的轴向应变和环向应变。
3.根据权利要求2所述的一种基于能量演化的页岩脆性指数评价方法,其特征在于:峰前脆性指数计算公式为: Bpre1表示峰前脆性指数。
4.根据权利要求2所述的一种基于能量演化的页岩脆性指数评价方法,其特征在于:峰后脆性指数计算公式为 Bpost2表示峰后脆性指数。
5.根据权利要求3、4所述的一种基于能量演化的页岩脆性指数评价方法,其特征在于:页岩脆性评价指数计算公式为:B1=exp(Bpre1)*exp(Bpost2),B1表示脆性评价指数。
6.根据权利要求3、4所述的一种基于能量演化的页岩脆性指数评价方法,其特征在于:页岩脆性评价指数计算公式为:B‘1 =-lg(exp(Bpre1)*exp(Bpost2)),B1’表示脆性评价指数。
7.根据权利要求2所述的一种基于能量演化的页岩脆性指数评价方法,其特征在于:峰前脆性指数计算公式为: Bpre2表示峰前脆性指数。
8.根据权利要求2所述的一种基于能量演化的页岩脆性指数评价方法,其特征在于:峰后脆性指数计算公式为: Bpost1表示峰后脆性指数。
9.根据权利要求7、8所述的一种基于能量演化的页岩脆性指数评价方法,其特征在于:页岩脆性评价指数计算公式为:B2=(K1*Bpre2)*(K2*Bpost1),B2表示脆性评价指数,K1表示峰前破坏能指数: K2表示峰后破坏能指数:
10.根据权利要求7、8所述的一种基于能量演化的页岩脆性指数评价方法,其特征在于:页岩脆性评价指数计算公式为:B2’=-lg((K1*Bpre2)*(K2*Bpost1)),B2’表示脆性评价指数,K1表示峰前破坏能指数 : K2表示峰后破坏能指数: