本发明属于油井水泥领域，尤其涉及一种基于多重分形理论进行高温水泥寿命预测方法和系统。
背景技术：
1、油井水泥是专门用于油气井固井施工的重要封堵材料。由于油气井注水泥时要把水泥浆泵送到井下几百米或几千米井眼与套管之间的环形空间，而井下温度和压力又会随井深增加而增大，因此对油井水泥性能的要求要比一般建筑水泥更加严格。例如特定井深对应着相应的井底温度和压力，水泥浆的化学反应环境变化大。因此要求所配制的水泥浆体在注入井下过程中，能够具有合适的密度、良好的流动性及相适应的合理可泵送时间(通常称为稠化时间)；水泥浆送入指定封固位置停止流动后,应能够较快地凝结,并在相对较短的时间内达到相当的强度值，避免较长的候凝时间；硬化后的水泥石应具备较好的封固强度及胶结特性、良好的抗温稳定性和抗渗透性，还要具备足够的耐腐蚀性等等。
技术实现思路
1、为解决上述技术问题，本发明提出一种基于多重分形理论进行高温水泥寿命预测方法的技术方案，以解决上述技术问题。
2、本发明第一方面公开了一种基于多重分形理论进行高温水泥寿命预测方法，所述方法包括：
3、步骤s1、获得水泥切片的电镜图片，其中，所述水泥切片是经过高温高压养护且完成高温高压力学试验后的水泥进行切片而得到的；
4、步骤s2、根据获得的电镜图片，筛选出需要的电镜图片，将筛选出需要的电镜图片进行拼接，得到拼接图片；
5、步骤s3、将所述拼接图片进行二值化处理，得到二值图片；所述二值图片中的像素点对应一个小方格，如果二值图片中含有孔隙，则对应的小方格为黑色，否则为白色；
6、步骤s4、对所述二值图片进行多重分形分析，并预测高温水泥的寿命。
7、根据本发明第一方面的方法，在所述步骤s4中，所述多重分形分析的方法包括：对所述二值图片中的黑色小格子和白色小格子，采用分形的概率分布函数及其各阶矩的计算，并构成分形维数的一个连续分形谱，通过建立分形谱随疲劳寿命的变化关系，预测高温水泥的寿命。
8、根据本发明第一方面的方法，在所述步骤s4中，所述多重分形分析的方法包括：
9、s41：计算概率测度，具体如下：
10、δ＝l×2-k
11、l为拼接后的电镜图片的总边长，k为大于等于0的整数，δ为尺度；对每一个尺度δ的方格再细分为ε×ε的小方格，ε为大于或等于1的整数；
12、统计δ尺度下黑色小方格在ε×ε个小方格中的数量nij，并除以整个电镜图像中总黑色小方格数∑nij，得到分形图像中每个尺度为δ的方格的占有率，即为概率测度pij(δ)，具体公式如下：
13、
14、s42：引入多重分形系统的配分函数，给概率测度提供了另一种表示形式，具体如下：
15、χq(δ)～δτ(q)
16、其中，
17、
18、χq(δ)为概率测度pij的q阶矩，q为权重因子，当q＞＞1时，具有较大概率测度的pij对χq(δ)的影响较大；相反地，当q＜＜-1时，具有较小概率测度的pij对χq(δ)的影响较大，i和j分别每个小方格的位置的行和列；；
19、q取值为：-1＜q＜1；
20、s43：基于统计物理上的勒让德变换，由质量指数推导可得分形体的多重分形谱α-f(α)，其中，奇异性标度指数α的相关计算公式如下：
21、
22、分形谱f(α)的相关计算公式如下：
23、
24、其中，τ(q)为质量指数；
25、s44:获得不同加载条件下不同循环次数下的高温水泥电镜图片的分形谱的谱宽和分形谱的谱高随疲劳寿命的变化关系，预测高温水泥的寿命。
26、本发明第二方面公开了一种基于多重分形理论进行高温水泥寿命预测系统，所述系统采用第一方面所述的一种基于多重分形理论进行高温水泥寿命预测方法，所述系统包括：
27、高温高压养护装置：用于进行高温高压力学试验；
28、电镜：获得水泥切片的电镜图片，其中，所述水泥切片是经过高温高压养护且完成高温高压力学试验后的水泥进行切片而得到的；根据获得的电镜图片，筛选出需要的电镜图片，将筛选出需要的电镜图片进行拼接，得到拼接图片；
29、二值化处理单元，被配置为，将所述拼接图片进行二值化处理，得到二值图片；所述二值图片中的像素点对应一个小方格，如果二值图片中含有孔隙，则对应的小方格为黑色，否则为白色；
30、多重分形分析单元，被配置为，对所述二值图片进行多重分形分析，并预测高温水泥的寿命。
31、根据本发明第二方面的系统，多重分形分析单元，被配置为，对所述二值图片中的黑色小格子和白色小格子，采用分形的概率分布函数及其各阶矩的计算，并构成分形维数的一个连续分形谱，通过建立分形谱随疲劳寿命的变化关系，预测高温水泥的寿命。
32、根据本发明第二方面的系统，多重分形分析单元，被配置为，所述多重分形分析包括：
33、计算概率测度，具体如下：
34、δ＝l×2-k
35、l为拼接后的电镜图片的总边长，k为大于等于0的整数，δ为尺度；对每一个尺度δ的方格再细分为ε×ε的小方格，ε为大于或等于1的整数；
36、统计δ尺度下黑色小方格在ε×ε个小方格中的数量nij，并除以整个电镜图像中总黑色小方格数∑nij，得到分形图像中每个尺度为δ的方格的占有率，即为概率测度pij(δ)，具体公式如下：
37、
38、引入多重分形系统的配分函数，给概率测度提供了另一种表示形式，具体如下：
39、χq(δ)～δτ(q)
40、其中，
41、
42、χq(δ)为概率测度pij的q阶矩，q为权重因子，当q＞＞1时，具有较大概率测度的pij对χq(δ)的影响较大；相反地，当q＜＜-1时，具有较小概率测度的pij对χq(δ)的影响较大，i和j分别每个小方格的位置的行和列；；
43、q取值为：-1＜q＜1；
44、s43：基于统计物理上的勒让德变换，由质量指数推导可得分形体的多重分形谱α-f(α)，其中，奇异性标度指数α的相关计算公式如下：
45、
46、分形谱f(α)的相关计算公式如下：
47、
48、其中，τ(q)为质量指数；
49、获得不同加载条件下不同循环次数下的高温水泥电镜图片的分形谱的谱宽和分形谱的谱高随疲劳寿命的变化关系，预测高温水泥的寿命。
50、根据本发明第二方面的系统，所述高温高压养护装置包括：
51、养护釜、活塞容器、温控系统、增压系统、进液排液耐压管线及阀门；
52、所述活塞容器和增压系统通过所述进液排液耐压管线及阀门与所述养护釜连接；所述温控系统与所述养护釜连接；
53、所述养护釜用于后续三轴压缩试验；所述活塞容器用于实现不同养护条件所需的养护环境液体；所述温控系统包括温控加热器和测温探头，用于所述养护釜的加热及温度控制；所述增压系统包括压力泵、精密压力表及增压阀，用于为所述养护釜提供压力环境。
54、根据本发明第二方面的系统，所述养护釜的工作压力大于50mpa；
55、所述活塞容器在养护开始之前活塞位置应处于所述活塞容器的中间位置。
56、根据本发明第二方面的系统，所述高温高压力学试验包括：三轴压缩试验和循环加卸载试验；
57、所述三轴压缩试验确定复杂应力及温度条件下的力学强度和变形特征；
58、在所述三轴压缩试验的基础上，进行不同温度和围压、不同荷载水平和循环次数下的循环加卸载试验。
59、根据本发明第二方面的系统，所述三轴压缩试验的试验程序为：将水泥试样两端加上压头然后用密封套密封，安装应变传感器并放入压力室；先向试样施加侧压力达到预设定值，在保持侧压力不变的条件下向试样施加轴向压力直至试样破坏，在试验过程中记录试样的荷载和应变值；
60、所述循环加卸载试验的试验程序为：将试样两端加上压头然后用密封套密封，安装应变传感器并放入压力室；先向试样施加侧压力达到预设定值，在保持侧压力不变的条件下向试样施加特定上下限和加卸载速率的轴向压力范围进行循环加卸载，在试验过程中记录试样的荷载和应变值。
61、本发明第三方面公开了一种电子设备。电子设备包括存储器和处理器，存储器存储有计算机程序，处理器执行计算机程序时，实现本公开第一方面中任一项的一种基于多重分形理论进行高温水泥寿命预测方法中的s3-s4的步骤。
62、本发明第四方面公开了一种计算机可读存储介质。计算机可读存储介质上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时，实现本公开第一方面中任一项的一种基于多重分形理论进行高温水泥寿命预测方法中的s3-s4的步骤。
63、本发明提出的方案，可对水泥材料进行真实模拟养护条件并进行疲劳试验，最终获得水泥材料的裂纹演化图像；基于裂纹演化图像编程获得该系列图像的分形维数，由此获得分形维数参数随寿命的变化曲线；基于变化曲线，可得出寿命预测值，并由此建立其他疲劳损伤因子与分形参数之间的相关关系。
1.一种基于多重分形理论进行高温水泥寿命预测方法，其特征在于，所述方法包括：
2.根据权利要求1所述的一种基于多重分形理论进行高温水泥寿命预测方法，其特征在于，在所述步骤s4中，所述多重分形分析的方法包括：对所述二值图片中的黑色小格子和白色小格子，采用分形的概率分布函数及其各阶矩的计算，并构成分形维数的一个连续分形谱，通过建立分形谱随疲劳寿命的变化关系，预测高温水泥的寿命。
3.根据权利要求2所述的一种基于多重分形理论进行高温水泥寿命预测方法，其特征在于，在所述步骤s4中，所述多重分形分析的方法包括：
4.一种用于基于多重分形理论进行高温水泥寿命预测系统，其特征在于，所述系统采用权利要求1-3任一项所述的一种基于多重分形理论进行高温水泥寿命预测方法，所述系统包括：
5.根据权利要求4所述的一种用于基于多重分形理论进行高温水泥寿命预测系统，其特征在于，所述高温高压养护装置包括：
6.根据权利要求5所述的一种用于基于多重分形理论进行高温水泥寿命预测系统，其特征在于，所述养护釜的工作压力大于50mpa；
7.根据权利要求4所述的一种用于基于多重分形理论进行高温水泥寿命预测系统，其特征在于，所述高温高压力学试验包括：三轴压缩试验和循环加卸载试验；
8.根据权利要求7所述的一种用于基于多重分形理论进行高温水泥寿命预测系统，其特征在于，所述三轴压缩试验的试验程序为：将水泥试样两端加上压头然后用密封套密封，安装应变传感器并放入压力室；先向试样施加侧压力达到预设定值，在保持侧压力不变的条件下向试样施加轴向压力直至试样破坏，在试验过程中记录试样的荷载和应变值；
9.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时，实现权利要求1至3中任一项所述的一种基于多重分形理论进行高温水泥寿命预测方法中的s3-s4的步骤。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，实现权利要求1至3中任一项所述的一种基于多重分形理论进行高温水泥寿命预测方法中的s3-s4的步骤。
