[發明專利]一種考慮顆粒大小分布和孔隙度的致密數字巖心生成方法

在審

• 申請號: 202011576972.7
• 申請日: 2020-12-28
• 公開（公告）號: CN112668254A
• 公開（公告）日: 2021-04-16
• 發明（設計）人: 王大勇;馬青松;畢晶晶;賈靖冬;王啟林;魏偉;宋永臣;鄭展鵬;范嘉瑞;李孟昕;王子明
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: G06F30/28
• 分類號: G06F30/28;G06T17/05
• 代理公司: 大連理工大學專利中心 21200
• 代理人: 陳玲玉

本發明屬于工程熱物理、化學和石油工程等領域，公開了一種考慮顆粒大小分布和孔隙度的致密數字巖心生成方法，根據實際巖石的孔隙結構物性參數，通過隨機生長膨脹收縮策略得到球體顆粒堆，針對球體的顆粒實現球體顆粒生長膨脹和移動過程的模擬，模擬膨脹過程中顆粒的半徑不斷增大，如果顆粒之間出現覆蓋的情況，則通過移動顆粒消除覆蓋現象。當通過移動顆粒位置無法消除顆粒間的覆蓋時，收縮顆粒半徑。該方法為生成具有表征致密巖心孔隙結構提供了更簡潔的方法，為模擬多孔介質內多相多組分流動運移孔隙結構建模提供便利，為加深孔隙結構和流體流動耦合的理解提供基礎，推動揭示微觀孔隙流動規律研究的發展。

技術領域

本發明屬于工程熱物理、化學和石油工程等領域，尤其是涉及一種以多孔介質孔隙結構為基礎的實現微觀多相多組分流動、流-固耦合等孔隙尺度數值模擬的數字巖心生成的方法。

背景技術

在工程熱物理、化學和石油工程等領域中，隨機的球形顆粒填砂巖芯或者由圓形顆粒組成的微觀模型作為一個研究工具，在微觀多相多組分流動、流-固耦合等研究中具有非常重要的作用。其中，填充巖芯的孔隙度，填充配位數和填充顆粒尺寸分布是顆粒隨機填充的三個主要表征參數?？紫抖仁翘钌皫r芯中被孔隙空間占據總體積的比例，配位數是某一顆粒周圍相鄰的顆粒數，顆粒尺寸分布是填砂巖芯中各種存在的顆粒大小(通常是顆粒直徑)的相對數量。許多顆粒狀的物質，例如幾種類型的土壤和真實的粉末，可以用具有對數正態尺寸分布的隨機填充球形顆粒來表示。

隨機填充巖心可以通過實驗、理論和計算機模擬進行建模。使用計算機模擬方法的優勢在于，已知具有不同尺寸大小的球體的配位數，可以使用配位數來計算所生成多孔介質的其他幾何特性。已經開發了許多計算機模擬算法來生成球形顆粒的虛擬隨機填砂巖芯。傳統的計算機球形顆粒填充方法包括順序增加(或者球體沉降)算法、隨機放置算法、生長算法和動態仿真模型等。在順序增加方法中每個新增加顆粒的向下運動導致垂直方向的各向異性較弱，因為垂直方向的作用不同于水平方向，所以通常情況下，如果沒有額外的壓制或致密化程序，這種填充不是很致密。在隨機放置算法中，如果新引入的顆粒與之前放置的顆粒發生重疊，通過丟棄該新引入的顆粒來消除重疊，由于可能必須丟棄一些顆粒，所以填充球的尺寸分布將與預期的初始分布有所不同；此外，該方法填充致密程度取決于顆粒添加的順序，例如先添加較大的顆粒球體，與先放置較小的顆粒球體相比，最終填充密度往往會更高。在生長算法中，如果沒有進一步的顆粒位置重新排列，則該算法通常不會導致致密的填充。如果采用顆粒位置重新排列，例如通過允許粒子繞其初始位置移動，和/或通過使其收縮或擴展，可以生成更致密的填充巖芯，但也無法精確控制最終填充中的尺寸分布，同時如果進行重排，該方法也可能非常耗時。另外還有動態仿真模型(例如離散元方法)，除了可能面臨與其他傳統填充算法相同的數學和實現困難之外，與專用填充算法相比，它們往往對計算的要求更高，因為它們還必須正確模擬填充過程的動力學，而不僅僅是最終結果，所以需要的計算時間長，同時隨著顆粒復雜度的增加，這也會導致仿真速度下降。

原理上，以上方法不能同時滿足：具有大顆粒優先填充，能移動、收縮和擴展顆粒尺寸的特點，使其能生成更致密的多孔介質；在滿足致密的前提下能控制填充顆粒的尺寸大小分布；較低的計算時間。在實現方法上，前人采用的溶脹球算法只考慮了考慮顆粒大小分布作為輸入參數，未考慮孔隙度的限制，但對于較致密的多孔介質，限制填充巖芯的孔隙度是不可忽略的控制致密的因素。

發明內容

本發明的目的是為了同時滿足具有大顆粒優先填充、能移動、收縮和擴展顆粒尺寸大小的特點，能生成更致密的多孔介質；在滿足致密的前提下能控制填充顆粒的尺寸分布；在計算過程有較低的計算時間。本發明是一種同時考慮孔隙度和顆粒大小分布這兩種孔隙結構參數的致密數字巖心生成方法。這對于研究孔隙尺度下致密多孔介質內多相多組分流動更加方便，能加深孔隙結構和流體流動耦合的理解。具有生成數字巖心的孔隙結構更簡潔、高效，孔隙結構建模更便利等優點。

為了達到上述目的，本發明的技術方案如下：