孔道的交界面作為流體的流動邊界。本步驟的一個重要問題就是如何識別孔道內(nèi)的網(wǎng)格。一個重要的核心就是求解曲線邊界與網(wǎng)格線的交點，一個網(wǎng)格生成應用中包含的網(wǎng)格數(shù)目往往很多，因此切削點確定涉及大量的點、線操作，因此，算法的效率十分重要。以二維為例說明，采用Liang-Barsky 二維裁剪算法來求解曲線與網(wǎng)格線的交點，該算法的基本思想是利用規(guī)則區(qū)域邊界的表達式和裁剪線的表達式，求出兩表達式的交點，并判斷該交點是否位于目標區(qū)域內(nèi)，算法基本思想十分簡單，如圖6所示:假定網(wǎng)格線四個邊界的表達式分別為x=xL, x=xR, y =yB, y=yT幾何邊界曲線表達式為L=L (x, y)，對于復雜曲線，該表達式可以通過樣條函數(shù)插值確定，將網(wǎng)格邊界的表達式分別代入邊界曲線的表達式中，就可以求網(wǎng)格邊界值對應在幾何邊界上的點的坐標(x，y)，如果該點坐標滿足xL彡X彡xR、yB彡y彡yT,貝綱格與曲線相交，該點就是曲線與網(wǎng)格邊的交點。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。圖7給出了將其中一個內(nèi)網(wǎng)格刪除的情形。流程進入到步驟105。
[0019]在步驟105，對以上切削算法生成的網(wǎng)格進行貼體。將壁面附近的網(wǎng)格點投影到臨近的背景幾何上，實現(xiàn)網(wǎng)格的貼體過程。如圖8給出了貼體后的網(wǎng)格情形。流程進入到步驟 106。
[0020]在步驟106，對以上切削算法生成的網(wǎng)格進行光滑化處理，去掉可能會影響計算模擬精度和網(wǎng)格外觀的特性，主要有三個方面:
①兩個相鄰網(wǎng)格之間的層次差別不大于I
本發(fā)明中的切削網(wǎng)格方法除了根據(jù)幾何表達精度要求對邊界進行局部幾何加密以外，還將根據(jù)計算所得到的流場特性對網(wǎng)格進行多次自適應加密，因此，當一個網(wǎng)格被標記為多次加密，而它的鄰居并沒有加密時，就會出現(xiàn)兩相鄰網(wǎng)格之間的層次差別大于I的情況，圖9所示為網(wǎng)格與鄰居之間層次差為1，而圖10所示為層次差別為2。當網(wǎng)格層次差為I時，偏斜角度約為71.560，而當網(wǎng)格層次差別為2時，最小偏斜角度則降到59.04ο,如果網(wǎng)格的層次差別繼續(xù)增大，網(wǎng)格偏斜角度還將繼續(xù)減少，這會導致數(shù)值模擬產(chǎn)生比較嚴重的數(shù)值誤差，因此對相鄰網(wǎng)格之間的層次差別限定為不超過I。
[0021]②避免出現(xiàn)空洞和孤島網(wǎng)格分布
空洞網(wǎng)格分布就是指網(wǎng)格的四個方向相鄰網(wǎng)格的層次都比該網(wǎng)格低，也就是它的鄰居網(wǎng)格都比它要小，而孤島網(wǎng)格分布則指當一個網(wǎng)格與它的鄰居網(wǎng)格的層次相同，且該網(wǎng)格被標記為加密后，它的所有四個鄰居都沒有被標記為加密。對于空洞形網(wǎng)格的光滑化處理方法是將該網(wǎng)格本身也細分(圖11)，而對于孤島網(wǎng)格，則取消該網(wǎng)格的加密細分標記(圖12)。
[0022]③同一邊的邊界網(wǎng)格都保持為相同的層次。
[0023]這主要為了降低切削后所形成網(wǎng)格的復雜性，防止一個切削邊對應多個鄰居網(wǎng)格。
[0024]圖13給出了光滑后的網(wǎng)格示意圖。
[0025]如圖14所示的數(shù)值巖心切片圖，首先根據(jù)切片圖將該數(shù)值巖心的幾何孔道提取出來，提出后如圖15所示。圖15幾何為圖14所示圓形幾何的最大內(nèi)接正方形圖，圖中黑色的為基質(zhì)，白色的為孔道。圖16給出了基于本技術(shù)生成的網(wǎng)格計算區(qū)域整體網(wǎng)格；圖17為基于本技術(shù)生成的網(wǎng)格計算區(qū)域局部網(wǎng)格。從圖中可以看出，在計算區(qū)域的中心，使用的是笛卡爾網(wǎng)格，在基質(zhì)壁面附近實現(xiàn)了網(wǎng)格貼體以及自適應加密。加密和貼體過程是完全自適應的，無需人工干預。
[0026]本發(fā)明結(jié)合計算流體力學對網(wǎng)格的需求，提出了一種自動化任意復雜空間內(nèi)三維網(wǎng)格生成算法。該算法在對背景巖心幾何體鋪設背景網(wǎng)格的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)巖心表面附近和指定區(qū)域內(nèi)的背景網(wǎng)格的自適應切分，根據(jù)通過設定點指定孔道所在的位置從而對孔道網(wǎng)格進行快速搜索，并將巖石骨架內(nèi)網(wǎng)格進行保留而將孔道內(nèi)的網(wǎng)格進行刪除，最終做貼體和光滑處理，從而形成能夠精確描述巖層孔道幾何的網(wǎng)格結(jié)構(gòu)。基于面的網(wǎng)格存儲結(jié)構(gòu)在有限容積架構(gòu)下，進行方程離散和求解過程將相對比較簡單。通過與傳統(tǒng)的三角形網(wǎng)格方法對比，在網(wǎng)格數(shù)目相當?shù)那闆r下，該方法所表達的曲線邊界更加精確，同時通過對邊界網(wǎng)格進行幾何加密，使得對巖心內(nèi)部復雜幾何邊界的表達和描述更加精確，從而保證了對巖心內(nèi)部微觀流動模擬的可靠性和準確性，為油田開發(fā)調(diào)整與優(yōu)化提供合理的參考依據(jù)。
【主權(quán)項】
1.巖心復雜孔道的網(wǎng)格剖分方法，其特征在于，該巖心復雜孔道的網(wǎng)格剖分方法包括: 步驟1，針對巖心目標計算區(qū)域鋪設背景網(wǎng)格； 步驟2，應用切削網(wǎng)格算法對背景網(wǎng)格進行切削處理； 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，對以上切削算法生成的網(wǎng)格進行貼體；以及 步驟5，對以上切削算法生成的網(wǎng)格進行光滑化處理。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的巖心復雜孔道的網(wǎng)格剖分方法，其特征在于，該巖心復雜孔道的網(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)格生成過程中，通過用戶給定巖心孔隙的邊界，指定格式為CAD格式類型，非定義的曲面點通過樣條插值自動完成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的巖心復雜孔道的網(wǎng)格剖分方法，其特征在于，在步驟I中，在巖心目標計算區(qū)域的CAD幾何上鋪設直角網(wǎng)格作為背景網(wǎng)格，背景網(wǎng)格覆蓋整個研究區(qū)域，背景網(wǎng)格尺度三個方向相等，采用基于面的網(wǎng)格存取策略進行背景網(wǎng)格的存取。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的巖心復雜孔道的網(wǎng)格剖分方法，其特征在于，在步驟2中，切削在計算區(qū)域CAD幾何表面附近的背景網(wǎng)格上完成，或在指定的計算區(qū)域進行加密；根據(jù)預先設定的加密等級對骨架和孔道交界面的網(wǎng)格進行加密，加密具有自適應性，根據(jù)局部孔道面曲度來完成；臨近網(wǎng)格的最大加密等級人工設定后自適應完成，保證了密網(wǎng)格和稀網(wǎng)格之間漸變過渡。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的巖心復雜孔道的網(wǎng)格剖分方法，其特征在于，在步驟3中，切削完成后，根據(jù)布點位置對巖石骨架內(nèi)和孔道內(nèi)的網(wǎng)格進行區(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，骨架和孔道的交界面作為流體的流動邊界。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的巖心復雜孔道的網(wǎng)格剖分方法，其特征在于，在步驟3中，在識別孔道內(nèi)的網(wǎng)格時，采用Liang-Barsky 二維裁剪算法來求解曲線與網(wǎng)格線的交點，利用規(guī)則區(qū)域邊界的表達式和裁剪線的表達式，求出兩表達式的交點，并判斷該交點是否位于目標區(qū)域內(nèi)，假定網(wǎng)格線四個邊界的表達式分別為x=xL, x=xR, y =yB, y=yT幾何邊界曲線表達式為L=L (X，y)，對于復雜曲線，該表達式可以通過樣條函數(shù)插值確定,將網(wǎng)格邊界的表達式分別代入邊界曲線的表達式中，求網(wǎng)格邊界值對應在幾何邊界上的點的坐標(x，y)，如果該點坐標滿足xL彡X彡xR、yB彡y彡yT,則網(wǎng)格與曲線相交,該點就是曲線與網(wǎng)格邊的交點，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。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的巖心復雜孔道的網(wǎng)格剖分方法，其特征在于，在步驟4中，將壁面附近的網(wǎng)格點投影到臨近的背景幾何上，實現(xiàn)網(wǎng)格的貼體過程。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的巖心復雜孔道的網(wǎng)格剖分方法，其特征在于，在步驟5中，去掉可能會影響計算模擬精度和網(wǎng)格外觀的特性，包括兩個相鄰網(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。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的巖心復雜孔道的網(wǎng)格剖分方法，其特征在于，對于空洞形網(wǎng)格的光滑化處理方法是將該網(wǎng)格本身也細分，而對于孤島網(wǎng)格則取消該網(wǎng)格的加密細分標記。
【專利摘要】本發(fā)明提供一種巖心復雜孔道的網(wǎng)格剖分方法，該巖心復雜孔道的網(wǎng)格剖分方法包括：步驟1，針對巖心目標計算區(qū)域鋪設背景網(wǎng)格；步驟2，應用切削網(wǎng)格算法對背景網(wǎng)格進行切削處理；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，對以上切削算法生成的網(wǎng)格進行貼體；以及步驟5，對以上切削算法生成的網(wǎng)格進行光滑化處理。該巖心復雜孔道的網(wǎng)格剖分方法構(gòu)建起精確、準確、自動化、可以針對任意孔道結(jié)構(gòu)網(wǎng)格剖分技術(shù)，從而準確描述巖心內(nèi)部復雜幾何結(jié)構(gòu)，為巖心微觀流動數(shù)值模擬奠定基礎(chǔ)。
【IPC分類】G06F17-50
【公開號】CN104850671
【申請?zhí)枴緾N201410054204
【發(fā)明人】戴濤, 張世明, 孟薇, 蘇軍偉, 孫紅霞, 易紅霞, 李宗陽, 曹偉東, 段敏, 陳蘇, 趙瑩瑩, 李珊珊, 張波
【申請人】中國石油化工股份有限公司, 中國石油化工股份有限公司勝利油田分公司地質(zhì)科學研究院
【公開日】2015年8月19日
【申請日】2014年2月18日