[发明专利]一种考虑凹凸性的岩石孔隙网络模型的孔喉截面构造方法

说明书

技术领域

本发明涉及图像处理技术领域，尤其涉及一种考虑凹凸性的岩石孔隙网络模型的孔喉截面构造方法，适用于基于孔隙网络模型进行的多孔介质重建或微观渗流模拟。

背景技术

多孔介质孔隙空间的形状和连通性极不规则，拓扑结构复杂，其微观结构和物理特性决定了许多宏观渗流性质。为了深入了解渗流机制和规律，人们通常从孔隙水平甚至更微观的水平入手研究孔隙间的复杂渗流现象。孔隙网络模型作为现在常用的孔隙级建模方法，具有可重复、可控制、计算速度快的优点，定量研究渗流规律简便易行。

利用基于岩心CT切片可以对多孔介质进行三维重建，较完善的保留真实孔喉的截面形状、拓扑结构等信息。进而可以对三维岩心做适当简化，提取其拓扑信息，并将多孔介质抽象为具有理想几何形状的孔隙空间，建立孔隙网络模型。孔隙网络模型由喉道及其相连的孔隙体构成，每个孔喉都有固定的截面形状，最常用的形状截面是C-T-S设置，即圆形、三角形、正方形(PatzekTW,SilinDB.Shapefactorandhydraulicconductanceinnoncircularcapillaries:I.One-phasecreepingflow.Journalofcolloidandinterfacescience,2001,236(2):295-304.)。这种经典的截面形状设置保证了截面形状因子(周长的平方与面积的比)相等，但是只能利用凸多边形进行形状等价，不能精确表征多孔介质中大量存在的凹形截面。同时该经典的截面设置方案不能完全保证截面的周长和面积与真实孔喉截面相等，造成水力半径(面积与周长的比)不准确。C-T-S截面设置作为一种简单近似，可能丢失大量角隅信息，影响渗流机制的进行和渗流参数的计算。

发明内容

本发明的目的是提高利用孔隙网络模型表征真实多孔介质时的精确性，从而快速、准确地预测多孔介质渗流参数。为了达到以上目的本发明提供了一种考虑凹凸性的岩石孔隙网络模型的孔喉截面构造方法，该方法充分考虑了多孔介质截面的凹凸性、水力半径的等价性。

本发明技术方案具体步骤如下：

(1)利用CT成像技术对岩心进行扫描，然后基于CT切片图像利用移动立方体法对岩心进行三维重建。

(2)利用细化算法对三维数字岩心进行孔喉分割，将所有孔喉编号并排序，依次为1，2，3···N_max，同时初始化N使得N＝1；统计每个孔喉截面周长P、面积A、形状因子G及孔喉半径r_in。

(3)利用数值实验随机构建包括凹四边形及凸四边形在内的M个四边形，M取值一般为5000；画出M个四边形最大内角和形状因子的散点关系图，其轮廓曲线称之为截面最大内角极值曲线，拟合曲线得到函数表达式。

(4)采用无因次水力半径H判断第N个截面的凹凸性，根据最大内角极值曲线表达式确定一个四边形最大内角β₄。

(5)利用一条从角β₄顶点出发的对角线l₀将β₄分为角α₁和角α₂两部分，同时根据公式确定该对角线长度。

(6)建立以四条边长为未知数的截面非线性特征方程。利用牛顿迭代法求解四边形参数，其中每条边长的迭代初值选为截面周长的四分之一，迭代结束条件为迭代前后绝对值之差小于10^-5或者迭代次数大于1000。

(7)检验截面非线性特征方程的解，若方程无正解或内角和不等于360°，返回步骤(5)。若方程有符合物理意义的解且N<N_max，执行N＝N+1，并转至步骤(4)，否则构造结束。

其中所述步骤(3)中的数值实验方法为：

在直角坐标系中以原点为圆心构造一个单位圆，在单位圆范围内的四个象限分别随机选取一点，依次连接各个点，组成一个四边形。

所述步骤(4)中判断截面凹凸性的方法为：

H＝r_h/r_in,

其中r_h为水力半径，r_in是孔隙半径。如果H≥0.5，则该截面形状是凸边形，否则为凹边形。

所述步骤(4)中的四边形最大内角公式为：

其中β_4min表示四边形形状因子为G时最大内角的最小值，β_4max表示四边形形状因子为G时最大内角的最大值。