[發明專利]一種三維滲透張量計算方法

有效

• 申請號: 201510463986.0
• 申請日: 2015-07-31
• 公開（公告）號: CN105138738B
• 公開（公告）日: 2018-05-25
• 發明（設計）人: 雷金山;劉正夫;楊秀竹;葉志凌;康鏡
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 長沙市融智專利事務所 43114
• 代理人: 歐陽迪奇

本發明公開了一種三維滲透張量計算方法，在二維裂隙網絡滲流分析的基礎上，沿一定軸旋轉二維剖面，計算不同旋轉角度下，二維剖面各個方向的滲透系數，并繪制橢圓球體，最后用回歸分析近似求得三維裂隙的滲透系數張量。由于在二維裂隙網絡滲流計算中，采用一維的線單元模擬裂隙，有效地避免了三維裂隙網絡模型中復雜的裂隙處理工作。在裂隙計算時，因為求解方程的維度由三維降低到二維，所以可以大幅度地提高有效裂隙的計算數量和效率。

技術領域

本發明涉及一種三維滲透張量計算方法。

背景技術

經典滲流理論是以連續介質假定為基礎的，而實際情況中，大多數介質都是離散的。為了能將離散介質適用于經典滲流理論，引入了表征單元體(REV)的概念，從而把實際上離散的多孔介質等效成由表征單元體組成的連續介質。當表征單元體尺寸與研究區域尺寸相比很小時，就可以用連續介質滲流理論進行分析。對于土體等孔隙介質，其表征單元體非常小，可以直接運用連續介質滲流理論。對于巖體，由于巖體中通常會有各種節理裂隙，在流體流經巖體時，主要是由裂隙通過的。裂隙和孔隙主要有兩種差別：1.孔隙在三維方向上延伸，且各個方向上的差別不大，而裂隙主要在二維方向上延伸，其兩個方向上的尺寸比第三個方向上的尺寸大很多。2.孔隙的延伸尺寸比研究域小得多，而裂隙的延伸尺度可以達到整個研究域。

一直以來，工程師在計算中把巖體看成和土體一樣的多孔介質，應用經典滲流理論進行分析。而1959年法國Malpasset拱壩和1967年Vajiont拱壩事故的發生，使人們認識到巖體滲流不能和土體一樣直接采用連續介質滲流理論分析。

如今，隨著裂隙性油氣田的開發、高放射性核廢料的深埋處理和對拱壩巖體的開發，使得裂隙巖體滲流的研究逐漸成為了熱點問題。目前對裂隙巖體進行滲流計算時，主要有：等效連續介質模型、離散裂隙網絡模型和雙重介質模型。但是由于后兩者都有難以解決的問題而影響了模型的應用：在雙重介質模型中，裂隙網絡和連續介質巖塊耦合模型中水交換量公式的準確性直接影響著模型的計算準確性，但是該模型中水交換量難以準確確定；離散裂隙網絡模型認為巖塊不能導水而忽略巖塊的導水性，但實際情況中，巖塊的非飽和滲透系數和裂隙滲透系數相比，一般不能忽略，故當考慮裂隙巖體非飽和滲流時，選用離散裂隙模型并不合適；相比之下，等效連續介質模型分析裂隙巖體滲流，在理論和實際中均有非常多的經驗和成熟和計算程序可供借鑒。同時，該模型只需知道裂隙的幾何信息的統計值，而對其準確位置并不敏感，因此，在實際工程問題中多使用等效連續介質模型。滲透張量是等效連續介質滲流計算模型中的一個關鍵參數，它直接反應了裂隙巖體非均質各向異性的特點。近年來，許多學者和專家在等效連續介質滲流計算中，就如何準確確定滲透張量這一問題進行了大量研究分析。

在三維情況下，用等效連續介質模型分析裂隙巖體的滲流時，需要使用一個3階的滲透張量來表達裂隙滲流的各向異性特性。許多學者采用裂隙網絡滲流的方法來計算三維滲透系數張量。Long J C S(1985)提出圓盤裂隙網絡模型。Dershowitz(1987)提出多邊形裂隙網絡模型。Cacas M C(1990)提出圓形管道模型。這些方法的實質是將裂隙及其交線看成一個點，將裂隙中的滲流簡化成水在這些點之間的直線運動。但是，采用這些方法進行滲流分析時，由于三維情況下裂隙網絡的復雜性，需要花費大量精力在裂隙生成、篩選以及裂隙與裂隙或邊界的聯系這些方面上。當巖體內部裂隙密度高時，可能在20米的尺度范圍內就能包含上萬條對滲流有作用的裂隙，這時，對裂隙的生成、篩選以及相關計算工作是非常巨大的。

發明內容

為了解決目前在三維情況下分析裂隙巖體的滲流計算工作量過大的技術問題，本發明提供一種可有效提高有效裂隙的計算效率的三維滲透張量計算方法。

為了實現上述技術目的，本發明的技術方案是：

一種三維滲透張量計算方法，包括以下步驟：

步驟一：輸入由統計資料確定的各組裂隙面服從密度分布參數；