[发明专利]一种定量表征岩石物质传输非均质性的数值模拟方法

权利要求书

1.一种定量表征岩石物质传输非均质性的数值模拟方法，其特征在于，包括以下步骤：

针对目标岩石的裂缝分布特征，采用基于离散裂缝网络模型配合有限元数值求解方法对所述目标岩石的物质传输特征进行求解，并获得出口溶质浓度突破曲线；

根据所述溶质浓度突破曲线的形态，选取合适的初值，采用多流域模型配合拟合算法对所述溶质浓度突破曲线进行拟合；所述拟合算法为Nelder-Mead算法，拟合目标为所述多流域模型计算所得的突破曲线与所述目标岩石计算所得的所述溶质浓度突破曲线之间的误差平方和；其中，拟合时先采用二流域模型进行拟合，拟合过程中使所述突破曲线与所述溶质浓度突破曲线的误差平方和逐渐缩小，直到小于0.01视为拟合较好；

如果拟合的过程中误差平方和较大，则视为目前所使用的流域模型无法匹配目标岩石的传输行为，则增加流域数目再次拟合；即如果目标值小于0.01，则二流域模型的配置参数可作为定量表征复杂裂缝网络传输行为的等效参数，如果目标值大于0.01，则增加流域数，采用更多流域的模型进行拟合，直到目标值小于0.01，此外，流域数越多说明系统的非均质性越强；

同时，如果拟合的过程中误差平方和较小，则流域模型的模型参数可作为等效参数表征目标岩石的传输属性，流域数目以及各流域之间的差异可以表征岩石的非均质程度。

2.根据权利要求1所述的定量表征岩石物质传输非均质性的数值模拟方法，其特征在于，所述离散裂缝网络模型包括流动控制方程和物质传输控制方程。

3.根据权利要求2所述的定量表征岩石物质传输非均质性的数值模拟方法，其特征在于，所述流动控制方程包括基质流动控制方程和裂缝流动控制方程；

所述基质流动控制方程为：

其中，p为流体压力，k_m为基质渗透率，μ为流体压力，Q为源项；

所述裂缝流动控制方程为：

其中，d_f为裂缝开度，k_f为裂缝渗透率，τ为沿裂缝方向。

4.根据权利要求2所述的定量表征岩石物质传输非均质性的数值模拟方法，其特征在于，所述物质传输控制方程包括第一物质传输控制方程和由所述第一物质传输控制方程推导演化而来的第二物质传输控制方程；

所述第一物质传输控制方程为：

其中，φ为孔隙度，c为溶质浓度，t为时间，u为速度矢量，D为扩散张量；

所述第二物质传输控制方程为：

其中，D₀为分子扩散系数，α_L为横向弥散系数，α_T为纵向弥散系数。

5.根据权利要求1所述的定量表征岩石物质传输非均质性的数值模拟方法，其特征在于，所述多流域模型是一个一维的传输简化模型，具体描述如下：

其中，R表示流域数目，u_i为第i流域的流速，D_i为第i流域的扩散系数，c_i和c_j分别为第i流域和第j流域的浓度，k_ij表示第i流域和第j流域之间的传输系数，θ_i表示第i流域所占的比例。

6.根据权利要求5所述的定量表征岩石物质传输非均质性的数值模拟方法，其特征在于，所述多流域模型采用有限元法进行数值求解，求解时设置流域长度和目标岩石的长度相同，模拟的边界条件、总时间与步长与待拟合模型一致；

其中，所述多流域模型求解时所设置的各流域的流速、扩散系数和流域间的传输系数均为待拟合的参数。

7.根据权利要求1所述的定量表征岩石物质传输非均质性的数值模拟方法，其特征在于，所述二流域模型为所述多流域模型的流域数为2时的特例。