[發明專利]一種考慮凹凸性的巖石孔隙網絡模型的孔喉截面構造方法

有效

• 申請號: 201510818657.3
• 申請日: 2015-11-23
• 公開（公告）號: CN105427383B
• 公開（公告）日: 2017-04-05
• 發明（設計）人: 侯健;韋貝;姚軍;曹緒龍;付紅斐;劉建林;楊勇;郭蘭磊;劉東瀅;于波;劉永革;杜慶軍;李淑霞;姚傳進;周康
• 申請（專利權）人: 中國石油大學（華東）
• 主分類號: G06T17/30
• 分類號: G06T17/30
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及圖像處理技術領域，尤其涉及一種考慮凹凸性的巖石孔隙網絡模型的孔喉截面構造方法，適用于基于孔隙網絡模型進行的多孔介質重建或微觀滲流模擬。

背景技術

多孔介質孔隙空間的形狀和連通性極不規則，拓撲結構復雜，其微觀結構和物理特性決定了許多宏觀滲流性質。為了深入了解滲流機制和規律，人們通常從孔隙水平甚至更微觀的水平入手研究孔隙間的復雜滲流現象。孔隙網絡模型作為現在常用的孔隙級建模方法，具有可重復、可控制、計算速度快的優點，定量研究滲流規律簡便易行。

利用基于巖心CT切片可以對多孔介質進行三維重建，較完善的保留真實孔喉的截面形狀、拓撲結構等信息。進而可以對三維巖心做適當簡化，提取其拓撲信息，并將多孔介質抽象為具有理想幾何形狀的孔隙空間，建立孔隙網絡模型。孔隙網絡模型由喉道及其相連的孔隙體構成，每個孔喉都有固定的截面形狀，最常用的形狀截面是C-T-S設置，即圓形、三角形、正方形(PatzekTW,SilinDB.Shapefactorandhydraulicconductanceinnoncircularcapillaries:I.One-phasecreepingflow.Journalofcolloidandinterfacescience,2001,236(2):295-304.)。這種經典的截面形狀設置保證了截面形狀因子(周長的平方與面積的比)相等，但是只能利用凸多邊形進行形狀等價，不能精確表征多孔介質中大量存在的凹形截面。同時該經典的截面設置方案不能完全保證截面的周長和面積與真實孔喉截面相等，造成水力半徑(面積與周長的比)不準確。C-T-S截面設置作為一種簡單近似，可能丟失大量角隅信息，影響滲流機制的進行和滲流參數的計算。

發明內容

本發明的目的是提高利用孔隙網絡模型表征真實多孔介質時的精確性，從而快速、準確地預測多孔介質滲流參數。為了達到以上目的本發明提供了一種考慮凹凸性的巖石孔隙網絡模型的孔喉截面構造方法，該方法充分考慮了多孔介質截面的凹凸性、水力半徑的等價性。

本發明技術方案具體步驟如下：

(1)利用CT成像技術對巖心進行掃描，然后基于CT切片圖像利用移動立方體法對巖心進行三維重建。

(2)利用細化算法對三維數字巖心進行孔喉分割，將所有孔喉編號并排序，依次為1，2，3···N_max，同時初始化N使得N＝1；統計每個孔喉截面周長P、面積A、形狀因子G及孔喉半徑r_in。

(3)利用數值實驗隨機構建包括凹四邊形及凸四邊形在內的M個四邊形，M取值一般為5000；畫出M個四邊形最大內角和形狀因子的散點關系圖，其輪廓曲線稱之為截面最大內角極值曲線，擬合曲線得到函數表達式。

(4)采用無因次水力半徑H判斷第N個截面的凹凸性，根據最大內角極值曲線表達式確定一個四邊形最大內角β₄。

(5)利用一條從角β₄頂點出發的對角線l₀將β₄分為角α₁和角α₂兩部分，同時根據公式確定該對角線長度。

(6)建立以四條邊長為未知數的截面非線性特征方程。利用牛頓迭代法求解四邊形參數，其中每條邊長的迭代初值選為截面周長的四分之一，迭代結束條件為迭代前后絕對值之差小于10^-5或者迭代次數大于1000。

(7)檢驗截面非線性特征方程的解，若方程無正解或內角和不等于360°，返回步驟(5)。若方程有符合物理意義的解且N<N_max，執行N＝N+1，并轉至步驟(4)，否則構造結束。

其中所述步驟(3)中的數值實驗方法為：

在直角坐標系中以原點為圓心構造一個單位圓，在單位圓范圍內的四個象限分別隨機選取一點，依次連接各個點，組成一個四邊形。

所述步驟(4)中判斷截面凹凸性的方法為：

H＝r_h/r_in,

其中r_h為水力半徑，r_in是孔隙半徑。如果H≥0.5，則該截面形狀是凸邊形，否則為凹邊形。

所述步驟(4)中的四邊形最大內角公式為：

其中β_4min表示四邊形形狀因子為G時最大內角的最小值，β_4max表示四邊形形狀因子為G時最大內角的最大值。