[發(fā)明專利]基于數(shù)字巖石物理的高溫巖石電學(xué)特性分析方法及系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110938443.5
• 申請(qǐng)日: 2021-08-16
• 公開（公告）號(hào): CN113588722B
• 公開（公告）日: 2023-04-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王思宇;譚茂金;李永杰;吳海燕;謝關(guān)寶;王謙
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（北京）
• 主分類號(hào): G01N27/04
• 分類號(hào): G01N27/04;G06F30/23;G06F119/08
• 代理公司: 北京興智翔達(dá)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11768
• 代理人: 郭衛(wèi)芹

1.基于數(shù)字巖石物理的高溫巖石電學(xué)特性分析方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1：構(gòu)建高分辨多組分的數(shù)字巖心；

S2：通過分形布朗運(yùn)動(dòng)生成粗糙表面的裂縫，并整合到高分辨多組分的數(shù)字巖心中；

S3：利用溫度和被包含物電阻率的關(guān)系，通過巖心電阻率與被包含物電阻率關(guān)系式求得被包含物電阻率，進(jìn)而求得被包含物的電導(dǎo)率；其中，在高溫電學(xué)數(shù)值模擬中，利用熱學(xué)、電學(xué)理論得到溫度和被包含物電阻率的關(guān)系，巖石電阻率與溫度的關(guān)系如下：

巖心為多孔介質(zhì)復(fù)合材料，其中，孔隙為不導(dǎo)電的包含物，骨架為被包含物，則巖心電阻率ρ_core與被包含物電阻率ρ_grain有如下關(guān)系式：

式中，φ為巖心的孔隙度，通過巖電實(shí)驗(yàn)得到巖心電阻率，再求得被包含物電阻率，進(jìn)而求得被包含物電導(dǎo)率；

S4：將不同溫度下的骨架、裂縫和孔隙電導(dǎo)率作為有限元算法的輸入，模擬得到不同溫度下整體數(shù)字巖心電流，轉(zhuǎn)化得到整個(gè)數(shù)字巖心的電阻率。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于數(shù)字巖石物理的高溫巖石電學(xué)特性分析方法，其特征在于，所述步驟S1包括：制備巖心樣品，對(duì)巖心樣品進(jìn)行X-ray?CT掃描、QEMSCAN礦物分析和MAPS拼接成像實(shí)驗(yàn)；將X-ray?CT掃描獲取的三維灰度圖和QEMSCAN結(jié)合，采用多閾值分割法得到多組分三維數(shù)字巖心；通過MAPS精細(xì)提取每種礦物中的孔隙，將對(duì)應(yīng)的孔隙等效添加到多組分?jǐn)?shù)字巖心每個(gè)組分中，獲得高分辨多組分的數(shù)字巖心。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于數(shù)字巖石物理的高溫巖石電學(xué)特性分析方法，其特征在于，所述步驟S2包括：通過分形布朗運(yùn)動(dòng)生成具有二維裂縫粗糙表面，并整合到高分辨多組分?jǐn)?shù)字巖心中。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于數(shù)字巖石物理的高溫巖石電學(xué)特性分析方法，其特征在于，所述步驟S4中：在三維數(shù)字巖心中，選定每一個(gè)像素為一個(gè)單元，單元的形狀為立方體，每個(gè)像素通過8個(gè)頂點(diǎn)與相鄰單元連接，像素的能量由各個(gè)節(jié)點(diǎn)上的電壓確定，像素內(nèi)的能量為：

在有限元方法中每個(gè)像素的能量表示為：

將所有像素能量相加計(jì)算整個(gè)三維數(shù)字巖心的總能量，根據(jù)系統(tǒng)總能量取最小值，計(jì)算所有節(jié)點(diǎn)電壓；獲取每個(gè)像素單元的電導(dǎo)率張量，求得每個(gè)單元內(nèi)的電流，對(duì)三維數(shù)字巖心中所有單元電流取體積平均，得到三維數(shù)字巖心的等效電流，最后根據(jù)電流與電壓的關(guān)系得到等效電阻率。

5.基于數(shù)字巖石物理的高溫巖石電學(xué)特性分析系統(tǒng)，其特征在于，包括：

掃描和分析模塊，用于構(gòu)建高分辨多組分的數(shù)字巖心；

第一處理模塊，用于通過分形布朗運(yùn)動(dòng)生成粗糙表面的裂縫，并整合到高分辨多組分的數(shù)字巖心中；

第二處理模塊，用于利用溫度和被包含物電阻率的關(guān)系，通過巖心電阻率與被包含物電阻率關(guān)系式求得被包含物電阻率，進(jìn)而求得被包含物的電導(dǎo)率；其中，在所述第二處理模塊中，在高溫電學(xué)數(shù)值模擬中，利用熱學(xué)、電學(xué)理論得到溫度和被包含物電阻率的關(guān)系，巖石電阻率與溫度的關(guān)系如下：

巖心為多孔介質(zhì)復(fù)合材料，其中，孔隙為不導(dǎo)電的包含物且不導(dǎo)電，骨架為被包含物，則巖心電阻率ρ_core與被包含物電阻率ρ_grain有如下關(guān)系式：

式中，φ為巖心的孔隙度，通過巖電實(shí)驗(yàn)得到巖心電阻率，再求得被包含物電阻率，進(jìn)而求得被包含物電導(dǎo)率；

第三處理模塊，用于將不同溫度下的骨架、裂縫和孔隙電導(dǎo)率作為有限元算法的輸入，模擬得到不同溫度下整體數(shù)字巖心電流，轉(zhuǎn)化得到整個(gè)數(shù)字巖心的電阻率。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于數(shù)字巖石物理的高溫巖石電學(xué)特性分析系統(tǒng)，其特征在于，在所述掃描和分析模塊中，制備巖心樣品，對(duì)巖心樣品進(jìn)行X-ray?CT掃描、QEMSCAN礦物分析和MAPS拼接成像實(shí)驗(yàn)；將X-ray?CT掃描獲取的三維灰度圖和QEMSCAN結(jié)合，采用多閾值分割法得到多組分三維數(shù)字巖心；通過MAPS精細(xì)提取每種礦物中的孔隙，將對(duì)應(yīng)的孔隙等效添加到多組分?jǐn)?shù)字巖心每個(gè)組分中，獲得高分辨多組分的數(shù)字巖心。