巖心復(fù)雜孔道的網(wǎng)格剖分方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及油藏?cái)?shù)值模擬及油氣田開(kāi)發(fā)提高油藏采收率相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及到一種巖心復(fù)雜孔道的網(wǎng)格剖分方法。
【背景技術(shù)】
[0002]我國(guó)東部油區(qū)油田普遍進(jìn)入特高含水期，剩余油分布趨于復(fù)雜和分散，提高采收率難度不斷加大。經(jīng)典的油藏?cái)?shù)值方法基于宏觀的滲流理論體系，無(wú)法認(rèn)識(shí)油水分布特征的微觀結(jié)構(gòu)、性質(zhì)的作用機(jī)制。應(yīng)用微觀數(shù)值模擬技術(shù)對(duì)油藏巖心進(jìn)行不同微觀孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)下的相對(duì)滲透率曲線、毛管壓力曲線及剩余油分布規(guī)律等的研究，對(duì)油藏采收率的提高具有重要意義?；诰W(wǎng)格的有限容積法是流體運(yùn)動(dòng)方程的成熟且十分重要的方法，可直接應(yīng)用在孔道內(nèi)流體運(yùn)動(dòng)方程離散。然而，該方法需要對(duì)巖心內(nèi)部復(fù)雜孔道幾何的準(zhǔn)確描述，并對(duì)幾何進(jìn)行網(wǎng)格剖分，且網(wǎng)格質(zhì)量對(duì)數(shù)值計(jì)算結(jié)果精確程度及計(jì)算過(guò)程效率的影響非常大，只有當(dāng)網(wǎng)格生成與控制方程離散及求解算法很好地匹配時(shí)，才能高效的得到準(zhǔn)確的計(jì)算結(jié)果。目前，常見(jiàn)的網(wǎng)格生成方法可以分為結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格和非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格兩種。結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格單元排列規(guī)則，網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)與鄰居網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)之間的關(guān)系可以依據(jù)網(wǎng)格編號(hào)自動(dòng)得到，網(wǎng)格生成速度快、質(zhì)量好、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，并且在結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格方法上容易實(shí)現(xiàn)界面變量的高階離散格式，因此計(jì)算精度也較高。然而，結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格對(duì)于復(fù)雜形狀計(jì)算區(qū)域處理能力較差的缺點(diǎn)限制了它的是使用范圍。非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格具有更大的靈活性，對(duì)復(fù)雜結(jié)構(gòu)的適應(yīng)性強(qiáng)。但是這種方法難以生成具有理想網(wǎng)格面比例的高質(zhì)量的網(wǎng)格，生成過(guò)程需要耗費(fèi)大量的時(shí)間，幾何邊界上節(jié)點(diǎn)剖分必須依靠手工完成，因此，采用非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格方法難以實(shí)現(xiàn)真正的網(wǎng)格自動(dòng)生成，在實(shí)際應(yīng)用中還是比較耗時(shí)耗力。為此我們發(fā)明了一種新的巖心復(fù)雜孔道的網(wǎng)格剖分方法，解決了以上技術(shù)問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是提供一種既能處理復(fù)雜形狀、又能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、并節(jié)省計(jì)算時(shí)間的巖心復(fù)雜孔道的網(wǎng)格剖分方法。
本發(fā)明的目的可通過(guò)如下技術(shù)措施來(lái)實(shí)現(xiàn):巖心復(fù)雜孔道的網(wǎng)格剖分方法，該巖心復(fù)雜孔道的網(wǎng)格剖分方法包括:步驟1，針對(duì)巖心目標(biāo)計(jì)算區(qū)域鋪設(shè)背景網(wǎng)格；步驟2，應(yīng)用切削網(wǎng)格算法對(duì)背景網(wǎng)格進(jìn)行切削處理；步驟3，將骨架內(nèi)的網(wǎng)格刪除而保留孔道內(nèi)的網(wǎng)格；步驟4，對(duì)以上切削算法生成的網(wǎng)格進(jìn)行貼體；以及步驟5，對(duì)以上切削算法生成的網(wǎng)格進(jìn)行光滑化處理。
[0004]本發(fā)明的目的還可通過(guò)如下技術(shù)措施來(lái)實(shí)現(xiàn):
該巖心復(fù)雜孔道的網(wǎng)格剖分方法還包括，在步驟I之前，定義巖心孔隙的幾何邊界，在網(wǎng)格生成過(guò)程中，通過(guò)用戶給定巖心孔隙的邊界，指定格式為CAD格式類(lèi)型，非定義的曲面點(diǎn)通過(guò)樣條插值自動(dòng)完成。
[0005]在步驟I中，在巖心目標(biāo)計(jì)算區(qū)域的CAD幾何上鋪設(shè)直角網(wǎng)格作為背景網(wǎng)格，背景網(wǎng)格覆蓋整個(gè)研究區(qū)域，背景網(wǎng)格尺度三個(gè)方向相等，采用基于面的網(wǎng)格存取策略進(jìn)行背景網(wǎng)格的存取。
[0006]在步驟2中，切削在計(jì)算區(qū)域CAD幾何表面附近的背景網(wǎng)格上完成，或在指定的計(jì)算區(qū)域進(jìn)行加密；根據(jù)預(yù)先設(shè)定的加密等級(jí)對(duì)骨架和孔道交界面的網(wǎng)格進(jìn)行加密，加密具有自適應(yīng)性，根據(jù)局部孔道面曲度來(lái)完成；臨近網(wǎng)格的最大加密等級(jí)人工設(shè)定后自適應(yīng)完成，保證了密網(wǎng)格和稀網(wǎng)格之間漸變過(guò)渡。
[0007]在步驟3中，切削完成后，根據(jù)布點(diǎn)位置對(duì)巖石骨架內(nèi)和孔道內(nèi)的網(wǎng)格進(jìn)行區(qū)分，將骨架內(nèi)的網(wǎng)格刪掉，保留孔道內(nèi)的網(wǎng)格，由于流體僅在孔道內(nèi)流動(dòng)，骨架和孔道的交界面作為流體的流動(dòng)邊界。
[0008]在步驟3中，在識(shí)別孔道內(nèi)的網(wǎng)格時(shí)，采用Liang-Barsky 二維裁剪算法來(lái)求解曲線與網(wǎng)格線的交點(diǎn)，利用規(guī)則區(qū)域邊界的表達(dá)式和裁剪線的表達(dá)式，求出兩表達(dá)式的交點(diǎn)，并判斷該交點(diǎn)是否位于目標(biāo)區(qū)域內(nèi)，假定網(wǎng)格線四個(gè)邊界的表達(dá)式分別為x=xL，x=xR, y=yB, y=yT幾何邊界曲線表達(dá)式為L(zhǎng)=L(x, y),對(duì)于復(fù)雜曲線,該表達(dá)式可以通過(guò)樣條函數(shù)插值確定，將網(wǎng)格邊界的表達(dá)式分別代入邊界曲線的表達(dá)式中，求網(wǎng)格邊界值對(duì)應(yīng)在幾何邊界上的點(diǎn)的坐標(biāo)(x，y)，如果該點(diǎn)坐標(biāo)滿足xL彡X彡xR、yB彡y彡yT,則網(wǎng)格與曲線相交，該點(diǎn)就是曲線與網(wǎng)格邊的交點(diǎn)，如果曲線和網(wǎng)格線相交，該邊界網(wǎng)格必是交界面附近網(wǎng)格。
[0009]在步驟4中，將壁面附近的網(wǎng)格點(diǎn)投影到臨近的背景幾何上，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)格的貼體過(guò)程。
[0010]在步驟5中，去掉可能會(huì)影響計(jì)算模擬精度和網(wǎng)格外觀的特性，包括兩個(gè)相鄰網(wǎng)格之間的層次差別不大于I;避免出現(xiàn)空洞和孤島網(wǎng)格分布；以及同一邊的邊界網(wǎng)格都保持為相同的層次。
[0011]對(duì)于空洞形網(wǎng)格的光滑化處理方法是將該網(wǎng)格本身也細(xì)分，而對(duì)于孤島網(wǎng)格則取消該網(wǎng)格的加密細(xì)分標(biāo)記。
[0012]本發(fā)明中的巖心復(fù)雜孔道的網(wǎng)格剖分方法，提出了一種能夠準(zhǔn)確反映巖心內(nèi)部復(fù)雜幾何形態(tài)的自適應(yīng)、自動(dòng)化的網(wǎng)格生成技術(shù)，在構(gòu)建孔道幾何的基礎(chǔ)上，針對(duì)油藏巖心孔道進(jìn)行自適應(yīng)剖分，在網(wǎng)格處理過(guò)程中采用結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格中的直角坐標(biāo)網(wǎng)格方法按先生成背景網(wǎng)格，然后再生成邊界網(wǎng)格的順序進(jìn)行網(wǎng)格剖分，并結(jié)合切削網(wǎng)格方法對(duì)區(qū)域內(nèi)邊界進(jìn)行貼體處理，從而構(gòu)建起精確、準(zhǔn)確、自動(dòng)化、可以針對(duì)任意孔道結(jié)構(gòu)網(wǎng)格剖分技術(shù)，從而準(zhǔn)確描述巖心內(nèi)部復(fù)雜幾何結(jié)構(gòu)，為巖心微觀流動(dòng)數(shù)值模擬奠定基礎(chǔ)。
【附圖說(shuō)明】
[0013]圖1為本發(fā)明的巖心復(fù)雜孔道的網(wǎng)格剖分方法的一具體實(shí)施例的流程圖；
圖2為本發(fā)明的一具體實(shí)施例中計(jì)算區(qū)域切片圖；
圖3為本發(fā)明的一具體實(shí)施例中背景網(wǎng)格示意圖；
圖4為本發(fā)明的一具體實(shí)施例中骨架附近的網(wǎng)格加密示意圖；
圖5為本發(fā)明的一具體實(shí)施例中指定局部區(qū)域加密示意圖；
圖6為本發(fā)明的一具體實(shí)施例中切削點(diǎn)計(jì)算示意圖；
圖7為本發(fā)明的一具體實(shí)施例中去掉骨架內(nèi)的示意圖；
圖8為本發(fā)明的一具體實(shí)施例中貼體后示意圖； 圖9為本發(fā)明的一具體實(shí)施例中網(wǎng)格與鄰居之間層次差為I的網(wǎng)格偏斜角示意圖；
圖10為本發(fā)明的一具體實(shí)施例中網(wǎng)格與鄰居之間層次差為2的網(wǎng)格偏斜角示意圖； 圖11為本發(fā)明的一具體實(shí)施例中空洞網(wǎng)格分布圖；
圖12為本發(fā)明的一具體實(shí)施例中孤島網(wǎng)格分布圖；
圖13為本發(fā)明的一具體實(shí)施例中光滑后的示意圖；
圖14為本發(fā)明的一具體實(shí)施例中數(shù)值巖心圖；
圖15為本發(fā)明的一具體實(shí)施例中提出的孔道圖；
圖16為本發(fā)明的一具體實(shí)施例中基于本技術(shù)生成的網(wǎng)格的計(jì)算區(qū)域整體網(wǎng)格的示意圖；
圖17為本發(fā)明的一具體實(shí)施例中基于本技術(shù)生成的網(wǎng)格的計(jì)算區(qū)域局部網(wǎng)格的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0014]為使本發(fā)明的上述和其他目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能更明顯易懂，下文特舉出較佳實(shí)施例，并配合所附圖式，作詳細(xì)說(shuō)明如下。
[0015]如圖1所示，圖1為本發(fā)明的巖心復(fù)雜孔道的網(wǎng)格剖分方法的流程圖。在步驟101，定義巖心孔隙的幾何邊界。在網(wǎng)格生成過(guò)程中，巖心孔隙的邊界需要通過(guò)用戶給定，指定格式可以為CAD格式類(lèi)型(如:obj格式或STL格式等)。由于孔道幾何異常復(fù)雜，非定義的曲面點(diǎn)通過(guò)樣條插值自動(dòng)完成。流程進(jìn)入到步驟102。
[0016]在步驟102，針對(duì)目標(biāo)計(jì)算區(qū)域鋪設(shè)背景網(wǎng)格。在巖心計(jì)算區(qū)域的CAD幾何上鋪設(shè)直角網(wǎng)格作為背景網(wǎng)格，要求背景網(wǎng)格能夠覆蓋整個(gè)研究區(qū)域，背景網(wǎng)格尺度三個(gè)方向盡量相等，采用基于面的網(wǎng)格存取策略進(jìn)行背景網(wǎng)格的存取。如圖2所示的計(jì)算區(qū)域局部切片圖。圖中紅色的部分為巖心骨架區(qū)域，灰色的區(qū)域?yàn)閹r心孔道區(qū)域。針對(duì)圖2所示的巖心切片圖，圖3給出了對(duì)應(yīng)的背景網(wǎng)格示意圖。流程進(jìn)入到步驟103。
[0017]在步驟103，應(yīng)用切削網(wǎng)格算法對(duì)背景網(wǎng)格進(jìn)行切削處理，切削在計(jì)算區(qū)域CAD幾何表面附近的背景網(wǎng)格上完成，也可以在指定的計(jì)算區(qū)域進(jìn)行加密。根據(jù)預(yù)先設(shè)定的加密等級(jí)對(duì)骨架和孔道交界面的網(wǎng)格進(jìn)行加密，加密具有自適應(yīng)性，能夠根據(jù)局部孔道面曲度來(lái)完成。臨近網(wǎng)格的最大加密等級(jí)可以人工設(shè)定后自適應(yīng)完成，保證了密網(wǎng)格和稀網(wǎng)格之間漸變過(guò)渡，為高精度求解奠定基礎(chǔ)。圖4給出了在一個(gè)骨架附近的二級(jí)加密示意圖。本技術(shù)同時(shí)也可以在指定的局部區(qū)域進(jìn)行加密，從而在關(guān)心的區(qū)域內(nèi)提高網(wǎng)格進(jìn)行，為該區(qū)域內(nèi)高精度求解奠定基礎(chǔ)。圖5給出了在區(qū)域加密的示意圖。流程進(jìn)入到步驟104。
[0018]在步驟104，將骨架內(nèi)的網(wǎng)格刪除而保留孔道內(nèi)的網(wǎng)格。切削完成后，根據(jù)布點(diǎn)位置對(duì)巖石骨架內(nèi)和孔道內(nèi)的網(wǎng)格進(jìn)行區(qū)分，將骨架內(nèi)的網(wǎng)格刪掉，保留孔道內(nèi)的網(wǎng)格。由于流體僅在孔道內(nèi)流動(dòng)，骨架和