[发明专利]一种煤岩裂隙特征表征与渗透性模拟方法

说明书

本发明涉及的是一种煤岩裂隙特征表征与渗透性模拟方法，其包括：一、将煤岩样品扫描图像离散为若干个网格（像素）节点；二、利用泰森多边形算法生成煤岩裂隙网络，并对网格节点进行赋值；三、根据广义胡克定律的计算对各网格在应力条件下的尺寸进行修正；四、基于高斯分布对煤岩裂隙网络的粗糙度进行修正；五、基于格子玻尔兹曼方法，对煤岩裂隙中的流动进行模拟。本发明基于重构的煤岩裂隙系统，真实重构煤岩裂隙系统并反映其特征，通过微流动格子Boltzmann模型对流体在煤岩裂隙系统中的流动进行模拟，准确地表征不同应力和裂隙粗糙度下的煤岩渗透性变化规律。

技术领域：

本发明涉及的是煤层气开发技术，具体涉及的是一种煤岩裂隙特征表征与渗透性模拟方法。

背景技术：

煤层气作为一种常规油气资源的接替能源，已经成为世界能源结构中的重要组成部分。通常情况下，煤储层发育的裂隙系统是煤层气流动的主要通道，并贡献了煤岩绝大部分渗透率。大量实验研究发现影响煤岩渗透率的因素繁多，包括应力、基质吸附膨胀/基质解吸收缩效应、煤体结构等，研究流体在煤岩裂隙系统中的流动特征，对煤岩渗透率的预测具有重要意义。

在理论模型方面，前人提出了众多煤岩渗透率模型。其中，以火柴杆/方糖块概念模型为基础的煤岩裂隙渗透率模型应用最为广泛，基于该概念模型，衍生出了众多煤岩渗透率模型，包括Cui-Bustin(CB)模型、Shi-Durucan(SD)模型、Palmer-Mansoori(PM)模型、改进PM模型以及WZ模型。而真实煤岩的裂隙系统比火柴杆/方糖块概念模型要复杂的多。另一方面，常规的数字岩心重构方法，如高斯模拟法、模拟退火法、多点统计法、过程模拟法以及马尔可夫链-蒙特卡洛(MCMC)法均无法对煤岩裂隙系统进行有效刻画。因此，有必要建立一种煤岩裂隙重构方法对煤岩裂隙特征进行有效的表征。

此外，对于多孔介质内的高努森数流动，直接模拟蒙特卡洛(Direct SimulationMonte Carlo，DSMC)、分子模拟(Molecular Dynamics(MD)method)、气体动理论等方法虽可有效的处理过渡区和自由分子区的流动以及传热问题，但由于模拟网格数量过大，模拟分子数量庞大，流动达到稳定所需时间长等原因，限制了该类方法的应用范围。鉴于格子Boltzmann方法在模拟多孔介质内流动的优势，在Klimontovich广义动力学方程、Brenner体积扩散理论以及Boltzmann-BGK方程的基础上，有必要建立一种微流动格子Boltzmann模型，使其能够满足努森数范围更大，努森数更高的多孔介质内的流动。

发明内容：

本发明的目的是提供一种煤岩裂隙特征表征与渗透性模拟方法，这种煤岩裂隙特征表征与渗透性模拟方法用于解决目前煤岩渗透率模型或理论无法对煤岩裂隙系统进行有效刻画或应用受限的问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：这种煤岩裂隙特征表征与渗透性模拟方法：

步骤一、将煤岩样品扫描图像离散为若干个网格(像素)节点；

步骤二、利用泰森多边形算法生成煤岩裂隙网络，并对网格节点进行赋值；

步骤三、根据广义胡克定律的计算对各网格在应力条件下的尺寸进行修正；

步骤四、基于高斯分布对煤岩裂隙网络的粗糙度进行修正；

步骤五、基于格子玻尔兹曼方法，对煤岩裂隙中的流动进行模拟；

微流动格子玻尔兹曼方程：其中，f为粒子速度分布函数；ξ为粒子速度；a为粒子加速度；J_ξ(f)为碰撞项；D为扩散系数。

上述方案中步骤一的具体方法为：

首先对煤岩样品扫描图像的噪声进行过滤，滤波函数表达式如式(1)所示：

其中：