裂縫網(wǎng)絡(luò)三維數(shù)字巖心建模方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及巖石物理研究領(lǐng)域，特別是涉及到一種裂縫網(wǎng)絡(luò)Η維數(shù)字巖必建模方 法。
【背景技術(shù)】
[0002] 數(shù)字巖必的建模方法主要有兩大類：一類是物理方法，通過實(shí)驗(yàn)儀器對巖必樣品 直接成像構(gòu)建數(shù)字巖必，主要有序列二維薄片疊加成像方法、共焦激光掃描方法和無損X 射線CT掃描成像方法；另一類是數(shù)學(xué)方法，是W高精度二維薄片圖像為基礎(chǔ)，通過隨機(jī)模 擬或地質(zhì)過程模擬重建Η維數(shù)字巖必。
[0003]由于序列二維薄片疊加成像方法對樣品表面重復(fù)的切割、創(chuàng)光和成像需要花費(fèi)大 量的時(shí)間，而共焦激光掃描方法構(gòu)建的數(shù)字巖必相當(dāng)于二維薄片厚度的偽Η維數(shù)字巖必， 因此在實(shí)際構(gòu)建數(shù)字巖必過程中較少使用，實(shí)際應(yīng)用中常用的構(gòu)建數(shù)字巖必的物理方法是 無損X射線CT掃描成像方法。
[0004]目前主要有兩種類型的X射線CT掃描系統(tǒng)用于構(gòu)建儲(chǔ)層巖石的數(shù)字巖必，一種是 使用工業(yè)X射線發(fā)生器產(chǎn)生X射線的臺(tái)式微CT掃描系統(tǒng)；另一種是采用同步加速器作為X 射線發(fā)生器的同步加速微CT掃描系統(tǒng)。雖然現(xiàn)在先進(jìn)的臺(tái)式微CT掃描系統(tǒng)可W獲得分辨 率為加m甚至更高分辨率的數(shù)字巖必，但是文獻(xiàn)中高質(zhì)量的數(shù)字巖必都是用同步加速微CT 掃描系統(tǒng)獲得的。澳大利亞國立大學(xué)于2004年建立了數(shù)字巖必實(shí)驗(yàn)室，應(yīng)用自制的微CT掃 描系統(tǒng)對數(shù)字巖必構(gòu)建技術(shù)進(jìn)行了廣泛深入的研究，構(gòu)建了直徑為5cm，最大視域?yàn)?5mm， 分辨率小于2um的柱塞巖必的數(shù)字巖必。
[0005] 采用物理方法構(gòu)建數(shù)字巖必具有直接和準(zhǔn)確的優(yōu)點(diǎn)，但是費(fèi)用較高，由于巖必的 二維高分辨率薄片圖像在地質(zhì)研究中經(jīng)常用到，是一種造價(jià)較低的反映巖必微觀結(jié)構(gòu)的 巖必資料。因此提出采用數(shù)學(xué)方法重建數(shù)字巖必，目前主要有隨機(jī)方法和過程模擬方法。隨 機(jī)方法主要包括高斯隨機(jī)場方法、模擬退火法、順序指示模擬方法、多點(diǎn)地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)方法和 馬爾科夫鏈方法。
[0006] 1974年，Joshi首次提出了重建Η維數(shù)字巖必的高斯隨機(jī)場方法。1997年， 化zlett提出了重建Η維數(shù)字巖必的模擬退火方法。2003年，Keehm利用順序指示模擬 (SISIM)算法重建了Η維數(shù)字巖必。送Η種方法建立的數(shù)字巖必在孔隙度較低時(shí)連通性較 差。2004年，Ok油e借鑒地質(zhì)建模過程中常用的地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)方法，開發(fā)了從巖必二維薄片圖 像重建Η維數(shù)字巖必的多點(diǎn)地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)方法。Wu等人基于馬爾科夫隨機(jī)網(wǎng)格統(tǒng)計(jì)模型重建 了Η維數(shù)字巖必。送兩種方法建立的數(shù)字巖必孔隙連通性較好。與隨機(jī)方法引入隨機(jī)函數(shù) 重建數(shù)字巖必不同，1997年，0ren和Bakke應(yīng)用不同顆粒半徑的球體通過模擬巖石的沉積 過程、壓實(shí)過程和成巖過程重建了數(shù)字巖必。過程模擬法建立的數(shù)字巖必孔隙連通性較好， 但是一般只適用于成巖過程簡單巖石的數(shù)字巖必的重建。
[0007] 從目前眾多的數(shù)字巖必建模方法來看，主要集中在孔隙性儲(chǔ)層數(shù)字巖必的建模方 法研究而對裂縫性儲(chǔ)層數(shù)字巖必建模方法的研究較少。由于裂縫性儲(chǔ)層選取代表性巖必比 較困難，急需提出一種裂縫性儲(chǔ)層Η維數(shù)字巖必的重建方法，從而為裂縫性儲(chǔ)層巖石物理 屬性研究提供有效的分析方法。為此我們發(fā)明了一種新的裂縫網(wǎng)絡(luò)Η維數(shù)字巖必建模方 法，解決了W上技術(shù)問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 本發(fā)明的目的是提供一種數(shù)字巖必建模方法，從而克服裂縫性儲(chǔ)層難W獲取代表 性巖必的困難，同時(shí)為裂縫性儲(chǔ)層巖石物理研究提供新的數(shù)值模擬的裂縫網(wǎng)絡(luò)Η維數(shù)字巖 必建模方法。
[0009] 本發(fā)明的目的可通過如下技術(shù)措施來實(shí)現(xiàn)：裂縫網(wǎng)絡(luò)Η維數(shù)字巖必建模方法，，該 裂縫網(wǎng)絡(luò)Η維數(shù)字巖必建模方法包括；步驟1，采用CT掃描方法或數(shù)值方法建立巖石基質(zhì) Η維數(shù)字巖必；步驟2,基于裂縫分布滿足分形特征的假設(shè)條件，采用隨機(jī)方法生成分形離 散裂縫網(wǎng)絡(luò)抑FN;W及步驟3,將抑離散化后與基質(zhì)數(shù)字巖必逐體素疊合后得到裂縫網(wǎng) 絡(luò)Η維數(shù)字巖必。
[0010] 本發(fā)明的目的還可通過如下技術(shù)措施來實(shí)現(xiàn)：
[0011] 在步驟1中，在采用CT掃描方法建立巖石基質(zhì)的Η維數(shù)字巖必時(shí)，從目標(biāo)儲(chǔ)層裂 縫不發(fā)育段取必后進(jìn)行CT掃描或者制作二維鑄體薄片，然后對CT掃描圖像進(jìn)行濾波處理、 圖像分割及代表元體積分析后得到巖石基質(zhì)的Η維數(shù)字巖必；在采用數(shù)值方法建立巖石基 質(zhì)的Η維數(shù)字巖必時(shí)，對二維鑄體薄片進(jìn)行圖像處理，獲取面孔率、兩點(diǎn)相關(guān)函數(shù)、粒度組 成送些統(tǒng)計(jì)信息，然后采用數(shù)學(xué)方法重建巖石基質(zhì)的Η維數(shù)字巖必。
[001引在步驟2中，該分形特征的假設(shè)條件為屈裂縫形狀可W用圓盤模型表示；②儲(chǔ)層 裂縫中必的分布滿足分形特征；⑨裂縫的長度分布滿足分形特征；④裂縫的開度分布滿足 分形特征。
[0013] 在步驟2中，建立抑FN模型的具體步驟為：
[0014] 步驟曰，分析二維裂縫分布，提取裂縫長度分形維化、裂縫中必點(diǎn)分形維D。、裂縫走 向送些參數(shù)；
[0015] 步驟b，通過倍增級聯(lián)方法生成裂縫中必點(diǎn)；
[0016] 步驟C，采用Villaescusa的坐標(biāo)系旋轉(zhuǎn)算法隨機(jī)生成裂縫傾角和傾向；
[0017] 步驟d，計(jì)算裂縫長度；
[0018] 步驟e，采用改進(jìn)的連續(xù)隨機(jī)增加算法生成裂縫開度；W及
[0019] 步驟f，對Η維裂縫網(wǎng)絡(luò)生成算法進(jìn)行驗(yàn)證。
[0020] 在步驟a中，采用圖像處理技術(shù)標(biāo)記出圖中的主要裂縫并進(jìn)行編號，計(jì)算出每條 裂縫的起點(diǎn)和終點(diǎn)坐標(biāo)、裂縫的發(fā)育方位、裂縫的中點(diǎn)坐標(biāo)和裂縫的長度；
[0021] 裂縫中必點(diǎn)分形維應(yīng)用下式計(jì)算
[0022]
[0023] 式中CzCr)表示點(diǎn)對相關(guān)函數(shù)；NCr)表示區(qū)域中兩點(diǎn)距離小于r的點(diǎn)的個(gè)數(shù)；r表 示區(qū)域中兩點(diǎn)距離；N表示區(qū)域中點(diǎn)的總數(shù)；C為比例系數(shù)；D。表示裂縫中必點(diǎn)分形維；
[0024] 裂縫長度分形維采用下式計(jì)算
[00 巧]
[0026] 式中L表示裂縫生成區(qū)域的尺寸；α為裂縫的密度，可通過測量得到；Di為裂縫長 度的分形維；D。為裂縫中必點(diǎn)分形維；N(L)表示在區(qū)域L中裂縫的總數(shù)；1mm表示最小的裂 縫長度；
[0027] 裂縫走向通過圖像處理方法測量得到。
[002引在步驟b中，生成裂縫中必點(diǎn)的步驟為：
[0029] ①將裂縫生成區(qū)域劃分成一系列子區(qū)域，并且為每一個(gè)子區(qū)域賦予一個(gè)概率Pi，Pi 通過下式計(jì)算：
[0030]
[0031] 式中Pi為概率；sr為父區(qū)域和子區(qū)域邊長之比；q表示分形維的個(gè)數(shù)，因?yàn)椴捎昧?D。和Di共兩個(gè)分形維，因此q= 2 ;Dq表示多重分形維數(shù)；
[0032] ②將子區(qū)域再進(jìn)一步分成更小的子區(qū)域，當(dāng)前子區(qū)域成為父區(qū)域，為每一個(gè)子區(qū) 域根據(jù)上式賦予一個(gè)概率，并與父區(qū)域的概率相乘后作為子區(qū)域的概率；
[0033] ⑨重復(fù)步驟②直到達(dá)到指定的迭代次數(shù)；
[0034] ④為每個(gè)子區(qū)域賦予隨機(jī)值P，P滿足0到1之間的均勻分布，將每個(gè)子區(qū)域的概 率值與P比較，如果大于P，則在該子區(qū)域生成裂縫中必點(diǎn)；否則不生成；
[0035] 根據(jù)核磁共振實(shí)驗(yàn)測量得到的裂縫分形參數(shù)，應(yīng)用上述步驟生成Η維FDFN的中 必點(diǎn)分布。
[0036] 在步驟C中，生成裂縫傾角和傾向的具體步驟為：
[0037] ①設(shè)所有裂縫單位法向量的平均單位法向量Μ在全局坐標(biāo)系中的角距離和方位 距離分別為若和是*WΜ為Ζ軸建立局部坐標(biāo)系，計(jì)算第i條裂縫在局部坐標(biāo)系中法向量的 分量（u，v，w)，計(jì)算公式為：
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