(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211077155.6 (22)申请日 2022.09.05 (71)申请人 东北石油大 学 地址 163000 黑龙江省大庆市高新 技术产 业开发区学府街9 9号 申请人 黑龙江省飞谱 思能源科技有限公司 (72)发明人 孙军昌　孟令东　付晓飞　贾善坡　 钟荣　屠坤　郑少婧　刘斌　 胡冰洁　沈润亚　 (74)专利代理 机构 黑龙江省百盾知识产权代理 事务所(普通 合伙) 23218 专利代理师 门雨晴 (51)Int.Cl. B28B 1/00(2006.01) B33Y 10/00(2015.01)B33Y 50/00(2015.01) G01N 1/28(2006.01) (54)发明名称 一种基于3D打印的岩石微断层相似模型的 制作方法 (57)摘要 本发明公开了基于3D打印的岩石微断层相 似模型制作方法， 包括： 步骤1： 采用3D激光扫描 技术测量微断层两侧层面的几何形态并形成三 维数字模型； 绘制试件模具的三维数字模型； 步 骤2： 基于微断层面的三维数字模型和试件模具 的三维数字模型， 分别采用3D打印技术构建微断 层面和试件模具的实体模 型； 步骤3： 利用微断层 面实体模型和所述试件模具， 通过浇筑水泥砂浆 制成所述岩石微断层相似模型。 本发 明避免了野 外取样时试件层面破损增大实验误差， 以及天然 岩样力学实验破损后无法进行重复性实验的问 题。 且层面模型和模具采用具有较高精度的3D打 印机实现， 保证了岩石微断层相似模型的精准， 提高了微断层力学实验的精度。 权利要求书1页 说明书5页 附图3页 CN 115464744 A 2022.12.13 CN 115464744 A 1.一种基于 3D打印的岩石微断层相似 模型的制作方法， 其特 征在于， 所述方法包括： 步骤1： 采用3D激光扫描技术测量两侧断层面， 获取断层面几何起伏的三维点云数据， 构建断层面的三维数字模型； 根据相似 模型的尺寸要求， 构建试件 模具的三维数字模型； 步骤2： 采用3D打印技 术， 分别打印出断层面的实体和试件 模具实体； 步骤3： 将断层面安装在试件模具内， 以模具为外模板、 以断层面为内隔板， 采用水泥砂 浆浇筑出岩石微断层的相似 模型。 2.根据权利要求1所述的基于3D打印的岩石微断层相似模型的制作方法， 其特征在于， 所述步骤1包括： 步骤101： 清理两侧的断层面， 使断层面清洁无夹杂； 步骤102： 采用3D激光扫描仪， 扫描出两侧断层面的点云数据； 步骤103： 基于点云数据， 建立两侧断层面的样条曲面并保存为STL格式的文件； 步骤104： 分别以两侧的样条曲面为顶面和底面， 建立满足厚度要求得断层面的数字模 型并保存为STL格式的文件。 3.根据权利要求1所述的基于3D打印的岩石微断层相似模型的制作方法， 其特征在于， 所述步骤2包括： 步骤201： 根据断层面 起伏高差确定打印精度和单层打印厚度； 步骤202： 对所述微断层的三维数字模型和所述试件模具的三维数字模型进行Z轴定 位， 并根据步骤201确定的层厚沿Z轴分层； 步骤203： 将包含所述微断层的三维数字模型和所述试件模具的三维数字模型的数据 文件发送至 3D打印机的管理程序， 打印出断层面和模具的实体模型。 4.根据权利要求3所述的基于3D打印的岩石微断层相似模型的制作方法， 其特征在于， 对3D打印的断层面模型和试件模具进行后期处理； 所述后期处理包括： 清理所述断层面实 体模型和所述试件模 具的3D打印支撑剂； 对所述断层面 实体模型和所述试件模 具进行光学 固化。 5.根据权利要求1所述的基于3D打印的岩石微断层相似模型的制作方法， 其特征在于， 所述步骤3包括： 步骤301： 将3D打印出来的断层面在试件 模具内定位并固定； 步骤302： 向所述试件 模具内浇入特定配合比水泥砂浆； 步骤303： 振动、 排气， 密实成型并修平 表面； 步骤304： 水泥砂浆固化成型后， 拆除试件模型和断层面， 拼接两侧的砂浆固化体， 形成 所述的岩石微断层相似 模型。 6.根据权利要求5所述的基于3D打印的微断层岩石试件的制作 方法， 其特征在于， 在所 述步骤304之后， 对浇 筑得到的岩石微断层相似模 型， 采用3D激光扫描技术两侧断层面起伏 的点云数据， 并与原断层面 点云数据对比分析以确定 浇筑的精度。 7.根据权利要求1所述的基于3D打印的岩石微断层相似模型的制作方法， 其特征在于， 所述试件 模具的内腔为 立方体， 所述 立方体的边长为20 0mm×200mm×200mm。 8.根据权利要求1所述的基于3D打印的岩石微断层相似模型的制作方法， 其特征在于， 所述微断层的层面的起伏度和粗 糙度可以根据层面的数字模型进行缩放。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 115464744 A 2一种基于3D打印的岩石微断层相似模型的制作方 法 技术领域 [0001]本发明属于油气藏地质力学与工程技术领域， 更具体地， 涉及一种基于基于3D打 印的岩石微断层相似 模型的制作方法。 背景技术 [0002]油气藏工程中， 储层岩石普遍存在断层结构， 注采活动引起的地层交变应力常常 会引起断层活化， 进而引起油田水窜、 储气库气体泄漏等事故。 断层在注采交变荷载作用下 的稳定性是确定油田注采压力及储气库运行压力的关键考虑因素。 [0003]交变荷载作用下， 断层两侧岩体周期性的沿着法向或切向相对运动， 断层面相互 挤压和摩擦， 其力学性能逐渐劣化。 断层的稳定性评价必须通过实验确定 断层面的力学性 能随着交变荷载的演化规律。 现场原位试验通常取样难、 成本高、 周期长， 也难以进行不同 方位、 不同尺寸的断层面力学试验。 室内模型试验成本相对较低， 且能根据断层所处的实际 地质环境和受力情况开展模拟， 因此室内相似模拟试验是断层面力学性能研究的重要方 法。 [0004]断层面的力学试验是破坏性试验， 试件具有不可修复和不可重复性特性， 且天然 状态下很难找到完成相同的断层， 即使在相同的场地取样， 其力学参数也会相差很大， 因此 室内实验很难采用天然取样的方法获取试件。 制作相似模型， 采用相似模型实验是断层面 力学性能研究成败的关键 。 [0005]目前室内断层面模型的制作主要通过数控电火花切割的方式实现， 电火花切割加 工过程中会不断产生气 体和金属屑末等， 需要及时排除， 否则会影响加工稳定性， 从而使 试 件的精度变差。 同时， 电火花雕刻对断层面的起伏的刻画精细程度较低， 仅适用于相对平整 的断层面重建。 发明内容 [0006]本发明的目的是提出一种能够简单而精确的制作用于力学实验的岩石微断层相 似模型制作方法。 该方法避免了油气井现场采样时断层面碎裂产生的实验误差， 以及天然 微断层试样实验破损后无法进行重复性实验的问题， 不同于钻取岩芯并切割加工， 不会产 生气体和金属屑末。 层面模型和模具采用具有较高精度的3D打印机实现， 确保了岩石微断 层相似模型的精准， 提高了微断层力学实验的精度。 [0007]本发明采用的技术方案是： 一种基于3D打印的岩石微断层相似模型的制作方法， 其特征在于， 所述方法包括： [0008]步骤1： 采用3D激光扫描技术测量两侧断层面， 获取断层面几何起伏的三维点云数 据， 构建断层面的三维数字模型； 根据相似模型的尺寸要求， 构建试件模具的三维数字模 型； [0009]步骤2： 采用3D打印技 术， 分别打印出断层面的实体和试件 模具实体； [0010]步骤3： 将断层面安装在试件模具内， 以模具为外模板、 以断层面为内隔板， 采用水说　明　书 1/5 页 3 CN 115464744 A 3