多尺度裂縫精細(xì)地質(zhì)建模及數(shù)值模擬方法和裝置的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種多尺度裂縫精細(xì)地質(zhì)建模及數(shù)值模擬方法和裝置，屬于油藏?cái)?shù)值模擬技術(shù)領(lǐng)域。所述方法包括：獲取角點(diǎn)網(wǎng)格和裂縫網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)；對(duì)裂縫進(jìn)行分級(jí)篩選；生成非結(jié)構(gòu)化基礎(chǔ)網(wǎng)格和非結(jié)構(gòu)化數(shù)值模擬網(wǎng)格，進(jìn)行角點(diǎn)網(wǎng)格基質(zhì)屬性映射；將III級(jí)裂縫等效到基礎(chǔ)網(wǎng)格，進(jìn)一步等效到數(shù)值模擬網(wǎng)格；利用全局粗化技術(shù)計(jì)算最終數(shù)值模擬網(wǎng)格的所有傳導(dǎo)率。本發(fā)明能有針對(duì)性的分級(jí)處理不同性質(zhì)的裂縫，從而在保證數(shù)值模擬精度的前提下，減少數(shù)值模擬網(wǎng)格數(shù)量，提高數(shù)值模擬計(jì)算速度。
【專利說明】
多尺度裂縫精細(xì)地質(zhì)建模及數(shù)值模擬方法和裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及油藏描述以及油藏?cái)?shù)值模擬技術(shù)領(lǐng)域，特別是指一種多尺度裂縫精細(xì) 地質(zhì)建模及數(shù)值模擬方法和裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 裂縫油藏是廣泛存在的一種油藏類型，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，當(dāng)前已探明地質(zhì)儲(chǔ)量中，裂 縫性油藏占了28%以上。裂縫油藏的建模和數(shù)模一直以來都是業(yè)內(nèi)的一大主要難點(diǎn)，主要 體現(xiàn)在基質(zhì)與不同級(jí)別的裂縫在尺度、滲流傳導(dǎo)能力以及其他流動(dòng)特性的巨大差異上。
[0003] 針對(duì)裂縫的特性，現(xiàn)在主要有雙重介質(zhì)模型和離散裂縫模型兩種方法來對(duì)裂縫進(jìn) 行描述，并為后續(xù)數(shù)值模擬提供模型與參數(shù)。這兩種模型分別具有不同的特點(diǎn)和適應(yīng)性:雙 重介質(zhì)模型優(yōu)點(diǎn)是穩(wěn)定高效，然而精度較低，往往只適用于中小裂縫發(fā)育的區(qū)域，不適合對(duì) 全油藏流動(dòng)具有重大影響的大尺度裂縫的情形；而離散裂縫模型的特點(diǎn)是對(duì)裂縫刻畫精 細(xì)、數(shù)值模擬精度高，然而由于極高的分辨率導(dǎo)致無法高效模擬中小裂縫發(fā)育的油藏。圖1 即示出了一個(gè)裂縫油藏（左），及其對(duì)應(yīng)的雙重介質(zhì)模型（中）與離散裂縫模型（右）的示意 圖。
[0004] 然而，由于裂縫儲(chǔ)層通常存在著不同成因、尺度與分布規(guī)律的裂縫，導(dǎo)致上述兩種 模型均無法同時(shí)達(dá)到精度和效率上的要求，因此有必要針對(duì)多尺度裂縫油藏開發(fā)一種新的 建模與數(shù)值模擬技術(shù)。
[0005] 由于小尺度裂縫的存在，對(duì)于針對(duì)多尺度裂縫油藏的建模與數(shù)值模擬，當(dāng)前國(guó)內(nèi) 外仍多采用雙重介質(zhì)模型。即，不區(qū)分裂縫的尺度或流動(dòng)特性，對(duì)全油藏的裂縫系統(tǒng)統(tǒng)一用 特定的方法計(jì)算得到數(shù)值模擬模型參數(shù):裂縫孔隙度與滲透率，以及基質(zhì)與裂縫網(wǎng)格之間 的竄流系數(shù)，也稱為形狀因子。
[0006] 其中，雙重介質(zhì)模型參數(shù)的計(jì)算方式有很多，有傳統(tǒng)的基于裂縫幾何統(tǒng)計(jì)的計(jì)算 方法，有基于局部流動(dòng)計(jì)算的計(jì)算方法，還有一個(gè)近年來較為流行的基于流動(dòng)的粗化方法。 無論采用哪種方法，都不可避免的存在雙重介質(zhì)模型的局限性。例如，流動(dòng)粗化方法在對(duì)裂 縫較為發(fā)育或呈現(xiàn)網(wǎng)狀分布的情形下，可以獲得精度較高的雙重介質(zhì)模型，但是在裂縫零 星分布或者某些大裂縫起主導(dǎo)作用的區(qū)域，則有可能造成較大的誤差。圖2即示出了適合應(yīng) 用雙重介質(zhì)模型(左)和適合應(yīng)用離散裂縫模型(右）的情形。
[0007] 因此，現(xiàn)有技術(shù)中雙重介質(zhì)模型技術(shù)存在如下缺點(diǎn)：
[0008] 1)無法對(duì)不同尺度裂縫進(jìn)行分開處理；
[0009] 2)對(duì)于裂縫零星分布或者某些大裂縫起主導(dǎo)作用的區(qū)域，精度較低。
[0010] 綜上所述，多尺度裂縫的存在，導(dǎo)致了離散裂縫模型數(shù)值模擬計(jì)算效率上無法適 應(yīng)，通常只能采用雙重介質(zhì)模型進(jìn)行建模與數(shù)值模擬。然而由于雙重介質(zhì)模型對(duì)于裂縫較 為粗糙的描述與等效處理，精度上會(huì)大打折扣，對(duì)于某些主裂縫控制區(qū)域原油流動(dòng)的情形 可能會(huì)出現(xiàn)較大誤差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種能夠兼顧計(jì)算精度和計(jì)算效率的多尺度裂 縫精細(xì)地質(zhì)建模及數(shù)值模擬方法和裝置。
[0012] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供技術(shù)方案如下：
[0013] -方面，提供一種多尺度裂縫精細(xì)地質(zhì)建模及數(shù)值模擬方法，包括：
[0014] 步驟1:加載數(shù)據(jù)，所述數(shù)據(jù)包括角點(diǎn)網(wǎng)格模型、基質(zhì)屬性模型、裂縫網(wǎng)絡(luò)模型和裂 縫屬性模型；
[0015] 步驟2:根據(jù)裂縫參數(shù)，將裂縫劃分為I、II和III三個(gè)級(jí)別，分別為離散裂縫級(jí)、雙 孔介質(zhì)級(jí)和等效介質(zhì)級(jí)，其中，I級(jí)對(duì)應(yīng)的裂縫尺度最大，II級(jí)對(duì)應(yīng)的裂縫尺度中等，III級(jí) 對(duì)應(yīng)的裂縫尺度最?。?br>[0016] 步驟3:根據(jù)角點(diǎn)網(wǎng)格模型與I級(jí)和II級(jí)裂縫系統(tǒng)幾何信息，生成I級(jí)和II級(jí)離散裂 縫的非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格Gf，并將角點(diǎn)網(wǎng)格的基質(zhì)屬性映射其中，作為基礎(chǔ)網(wǎng)格；
[0017] 步驟4:根據(jù)角點(diǎn)網(wǎng)格模型與I級(jí)裂縫系統(tǒng)幾何信息，生成I級(jí)離散裂縫的非結(jié)構(gòu)化 網(wǎng)格G。，作為數(shù)模網(wǎng)格；
[0018] 步驟5:將III級(jí)裂縫等效到Gf的基質(zhì)網(wǎng)格中，計(jì)算其等效孔隙度和滲透率；
[0019] 步驟6:將II級(jí)裂縫對(duì)應(yīng)到數(shù)模網(wǎng)格G。中，成為雙重介質(zhì)模型中的裂縫介質(zhì)網(wǎng)格； 根據(jù)全局粗化方法，計(jì)算G。網(wǎng)格的數(shù)值模擬參數(shù)，得到的結(jié)果為離散裂縫+雙重介質(zhì)混合模 型。
[0020] 另一方面，提供一種多尺度裂縫精細(xì)地質(zhì)建模及數(shù)值模擬模型獲取裝置，包括：
[0021] 加載模塊：用于加載數(shù)據(jù)，所述數(shù)據(jù)包括角點(diǎn)網(wǎng)格模型、基質(zhì)屬性模型、裂縫網(wǎng)絡(luò) 模型和裂縫屬性模型；
[0022] 裂縫分級(jí)模塊：用于根據(jù)裂縫參數(shù)，將裂縫劃分為1、11和III三個(gè)級(jí)別，分別為離 散裂縫級(jí)、雙孔介質(zhì)級(jí)和等效介質(zhì)級(jí)，其中，I級(jí)對(duì)應(yīng)的裂縫尺度最大，II級(jí)對(duì)應(yīng)的裂縫尺度 中等，III級(jí)對(duì)應(yīng)的裂縫尺度最小；
[0023] 第一網(wǎng)格生成模塊:用于根據(jù)角點(diǎn)網(wǎng)格模型與I級(jí)和II級(jí)裂縫系統(tǒng)幾何信息，生成 I級(jí)和II級(jí)離散裂縫的非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格Gf，并將角點(diǎn)網(wǎng)格的基質(zhì)屬性映射其中，作為基礎(chǔ)網(wǎng) 格；
[0024] 第二網(wǎng)格生成模塊:根據(jù)角點(diǎn)網(wǎng)格模型與I級(jí)裂縫系統(tǒng)幾何信息，生成I級(jí)離散裂 縫的非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格G。，作為數(shù)模網(wǎng)格；
[0025] 第一等效計(jì)算模塊:用于將III級(jí)裂縫等效到Gf的基質(zhì)網(wǎng)格中，計(jì)算其等效孔隙度 和滲透率；
[0026] 第二等效計(jì)算模塊：用于將II級(jí)裂縫對(duì)應(yīng)到數(shù)模網(wǎng)格G。中，成為雙重介質(zhì)模型中 的裂縫介質(zhì)網(wǎng)格;根據(jù)全局粗化方法，計(jì)算G。網(wǎng)格的數(shù)值模擬參數(shù)，得到的結(jié)果為離散裂縫 +雙重介質(zhì)混合模型。
[0027]本發(fā)明具有以下有益效果：
[0028] 上述方案中，對(duì)尺寸不一的裂縫進(jìn)行了分級(jí)篩選處理。
[0029] (1)對(duì)小尺度（III級(jí))裂縫作等效介質(zhì)處理，在等效后的數(shù)值模擬模型中III級(jí)裂 縫無需額外數(shù)值模擬網(wǎng)格，避免了對(duì)尺度較小、數(shù)量巨大同時(shí)數(shù)據(jù)不確定性較大的裂縫進(jìn) 行高分辨率建模與模型，極大的降低了計(jì)算代價(jià)，可以在損失極少精度的前提下，大幅度提 高數(shù)值計(jì)算效率。
[0030] (2)對(duì)中尺度（II級(jí))裂縫采用雙重介質(zhì)處理，采用全局粗化流程，可以保證II裂縫 的等效精度，在最終數(shù)值模擬模型中，II級(jí)裂縫由雙重介質(zhì)網(wǎng)格表征，僅需增加很少的數(shù)值 模擬網(wǎng)格。
[0031] (3)對(duì)大尺度(I級(jí))裂縫進(jìn)行離散裂縫處理，可精確描述并模擬對(duì)油藏起重要作用 的裂縫，保持了傳統(tǒng)離散裂縫模型的高精度。
[0032] 綜上，本發(fā)明方法對(duì)于不同尺度和可靠性的裂縫采用分開處理，有針對(duì)性的采用 不同數(shù)值模擬策略，保證了數(shù)值計(jì)算精度，提高了數(shù)值計(jì)算的效率。
【附圖說明】
[0033] 圖1為現(xiàn)有技術(shù)中裂縫油藏（左），及其對(duì)應(yīng)的雙重介質(zhì)模型（中）與離散裂縫模型 (右）的不意圖；
[0034] 圖2為現(xiàn)有技術(shù)中適合應(yīng)用雙重介質(zhì)模型(左)和適合應(yīng)用離散裂縫模型（右)的裂 縫油藏的示意圖；
[0035] 圖3為本發(fā)明中得到非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格Gf作為基礎(chǔ)網(wǎng)格的示意圖；
[0036] 圖4為本發(fā)明中得到非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格G。作為數(shù)模網(wǎng)格的示意圖；
[0037] 圖5為本發(fā)明中讀取角點(diǎn)網(wǎng)格及其屬性時(shí)得到的孔隙度屬性示意圖；
[0038] 圖6為本發(fā)明中根據(jù)讀取的裂縫網(wǎng)絡(luò)幾何數(shù)據(jù)，進(jìn)行裂縫分級(jí)的示意圖，其中上為 III級(jí)裂縫，左下為II級(jí)裂縫，右下為:1級(jí)裂縫；
[0039] 圖7為本發(fā)明的步驟3和步驟4中根據(jù)讀取的角點(diǎn)網(wǎng)格信息生成模型邊界的示意 圖；
[0040] 圖8為本發(fā)明中基于I+II級(jí)離散裂縫剖分非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格Gf的示意圖；
[0041 ]圖9為本發(fā)明中從角點(diǎn)網(wǎng)格向Gf網(wǎng)格映射基質(zhì)屬性的示意圖，其中圖中所示為孔 隙度屬性；
[0042] 圖10為本發(fā)明中基于I級(jí)離散裂縫剖分非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格Gc的示意圖；
[0043] 圖11為III級(jí)裂縫參數(shù)計(jì)算的示意圖，其中右圖為III級(jí)裂縫等效滲透率；
[0044] 圖12為混合模型粗化(得到傳導(dǎo)率等參數(shù))的示意圖；
[0045] 圖13為采用本發(fā)明方法的測(cè)試算例，其中上圖為對(duì)比模型數(shù)值模擬結(jié)果飽和度分 布圖(數(shù)值模擬計(jì)算時(shí)間為1619秒），下圖為本發(fā)明的混合網(wǎng)格數(shù)值模擬結(jié)果飽和度分布圖 (數(shù)值模擬計(jì)算時(shí)間為88秒），兩者誤差僅為5%，而計(jì)算僅為原來的1/18;
[0046] 圖14為本發(fā)明方法的流程原理示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0047] 為使本發(fā)明要解決的技術(shù)問題、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖及具 體實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)描述。
[0048] 通常儲(chǔ)層中存在著尺寸和性質(zhì)不同的裂縫，如：
[0049] (1)壓裂主裂縫通常尺寸大、導(dǎo)流能力強(qiáng)、對(duì)流體滲流和儲(chǔ)層開發(fā)的影響大，從分 布上來講，這類裂縫數(shù)量較少，呈現(xiàn)稀疏分布的狀態(tài)。由于單條裂縫對(duì)滲流影響大且分布較 為稀疏，對(duì)這類裂縫而言，采用傳統(tǒng)雙重介質(zhì)模型會(huì)有較大的誤差用，采用離散裂縫模型更 有精確有效。
[0050] (2)壓裂縫網(wǎng)和天然裂縫縫網(wǎng)等一些裂縫通常尺寸中等，導(dǎo)流能力也較強(qiáng)，分布上 呈網(wǎng)狀交錯(cuò)分布，適合雙重介質(zhì)模型來模擬，若采用離散裂縫模型，會(huì)造成網(wǎng)格數(shù)量過多從 而計(jì)算速度太慢的問題。
[0051] (3)儲(chǔ)層中還存在一些微裂縫，這些裂縫分布十分密集，然而由于裂縫尺寸很小， 并不一定形成有效縫網(wǎng)，因此對(duì)這類裂縫既不適合離散裂縫模型也也不適合采用雙重介質(zhì) 模型進(jìn)行模擬，可將其屬性通過特定方法，賦予到基質(zhì)上。
[0052] 由此可見，采用單一的雙重介質(zhì)模型或者離散裂縫模型無法有效模擬儲(chǔ)層中不同 類型的裂縫，本發(fā)明采用了三級(jí)裂縫分級(jí)的思路，就是將這些性質(zhì)不同的裂縫進(jìn)行分級(jí)篩 選，進(jìn)而采用不同方法建立模型，最后統(tǒng)一到一個(gè)混合模型中進(jìn)行數(shù)值模擬。
[0053] 一方面，本發(fā)明提供一種多尺度裂縫精細(xì)地質(zhì)建模及數(shù)值模擬方法，如圖3-14所 示，包括以下步驟：
[0054] 步驟1:加載(讀取)數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)包括角點(diǎn)網(wǎng)格模型、基質(zhì)屬性模型、裂縫網(wǎng)絡(luò)模型 和裂縫屬性模型；
[0055] 對(duì)于各數(shù)據(jù)的來源，分別說明如下：
[0056] (1)角點(diǎn)網(wǎng)格模型
[0057]角點(diǎn)網(wǎng)格模型一般可由三維地質(zhì)建模軟件生成，并導(dǎo)出成Eclipse角點(diǎn)網(wǎng)格文件 (*. GRDECL)格式文件，常用三維地質(zhì)建模軟件有Petre 1、SKUA/G0CAD、RMS等。
[0058] (2)基質(zhì)屬性模型
[0059]基質(zhì)屬性模型在角點(diǎn)網(wǎng)格模型生成后建立，通常也在三維地質(zhì)建模軟件中完成， 也可借助GsLib等專業(yè)地質(zhì)統(tǒng)計(jì)軟件來完成。建立每種屬性的模型都需要硬數(shù)據(jù)(hard data)作為輸入數(shù)據(jù)，硬數(shù)據(jù)根據(jù)其來源可分為巖心數(shù)據(jù)、測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)、地震數(shù)據(jù)等，在硬數(shù)據(jù) 的約束下，通過特定的屬性建模方法建立起網(wǎng)格對(duì)應(yīng)的屬性模型，即：為每個(gè)網(wǎng)格單位賦予 屬性。常用的屬性建模方法有隨機(jī)模擬方法(如高斯序貫?zāi)M方法）、插值方法(如普通克里 金方法)和表達(dá)式求值方法等。該基質(zhì)屬性模型基于（1)中角點(diǎn)網(wǎng)格模型，包括基質(zhì)的孔隙 度、滲透率和凈毛比三個(gè)屬性。
[0060] (3)裂縫網(wǎng)絡(luò)模型
[0061] 裂縫網(wǎng)絡(luò)模型一般由專業(yè)裂縫建模軟件建立，常見的裂縫建模軟件有Fraca、 FracMan等，隨著裂縫模型研究的深入和推廣，許多三維地質(zhì)建模軟件(如Petrel、G0CAD等） 也支持裂縫網(wǎng)絡(luò)建模。建模后導(dǎo)出并保存為G0CAD的surf ace文件(*. ts)格式。
[0062] (4)裂縫屬性模型
[0063]裂縫屬性模型通常與裂縫網(wǎng)絡(luò)模型一起建立，可由建立裂縫網(wǎng)絡(luò)模型的軟件自動(dòng) 計(jì)算，也可手動(dòng)輸入。一般包括裂縫的開度、滲透率。
[0064] 步驟2:裂縫分級(jí)
[0065] 根據(jù)裂縫參數(shù)，將裂縫劃分為1、11和III三個(gè)級(jí)別，分別為離散裂縫級(jí)、雙孔介質(zhì) 級(jí)和等效介質(zhì)級(jí)，其中，I級(jí)對(duì)應(yīng)的裂縫尺度最大，II級(jí)對(duì)應(yīng)的裂縫尺度中等，III級(jí)對(duì)應(yīng)的 裂縫尺度最??；
[0066] 具體來說，可以根據(jù)裂縫的尺度(如長(zhǎng)度、高度及開度）、裂縫的導(dǎo)流能力以及裂縫 的分布情況等數(shù)據(jù)，將裂縫分為三個(gè)級(jí)別：
[0067] (1)離散裂縫級(jí)(I級(jí))
[0068] 該級(jí)裂縫尺度最大，裂縫導(dǎo)流能力強(qiáng)，單條裂縫對(duì)流體滲流影響最大，在最終數(shù)模 模型中以離散裂縫存在；
[0069] (2)雙孔介質(zhì)級(jí)（II級(jí)）
[0070] 該級(jí)裂縫尺度中等，同級(jí)裂縫連通情況較好，單條裂縫對(duì)流體滲流影響中等，在最 終數(shù)值模擬模型中以雙重介質(zhì)模型的裂縫介質(zhì)存在；
[0071] (3)等效介質(zhì)級(jí)（III級(jí)）
[0072] 該級(jí)裂縫尺度最小，單條裂縫對(duì)流體滲流影響最小，在最終數(shù)模模型中，其對(duì)滲流 的作用被等效到基質(zhì)網(wǎng)格中。
[0073]具體的分級(jí)步驟可以為：
[0074] (1)1級(jí)裂縫
[0075] 根據(jù)預(yù)先設(shè)定的I級(jí)-II級(jí)裂縫分級(jí)參數(shù)，包括臨界長(zhǎng)度1^、臨界開度cU、臨界滲透 率h，則裂縫網(wǎng)絡(luò)F中，子集F〗={f G F | Lf >L^df >&且kf >lu}為I級(jí)裂縫；
[0076] (2) III 級(jí)裂縫
[0077]根據(jù)預(yù)先設(shè)定的II級(jí)-III級(jí)裂縫分級(jí)參數(shù)，包括臨界長(zhǎng)度L2、臨界開度d2、臨界滲 透率k2，則裂縫網(wǎng)絡(luò)F中，子集Fm = {f GF | Lf<L2或df<d2或kf<k2}為III級(jí)裂縫；
[0078] (3) II 級(jí)裂縫
[0079] 裂縫網(wǎng)絡(luò)F的子集Fn = F-Fi-Fm為II級(jí)裂縫。
[0080] 步驟3:生成基礎(chǔ)網(wǎng)格Gf
[0081] 根據(jù)角點(diǎn)網(wǎng)格模型與I級(jí)和II級(jí)裂縫系統(tǒng)幾何信息，生成I級(jí)和II級(jí)離散裂縫的非 結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格Gf，并將角點(diǎn)網(wǎng)格的基質(zhì)屬性映射其中，作為基礎(chǔ)網(wǎng)格；
[0082] 本步驟中，根據(jù)角點(diǎn)網(wǎng)格模型與I+II級(jí)裂縫系統(tǒng)幾何信息，剖分I+II級(jí)離散裂縫 的非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格Gf，作為基礎(chǔ)網(wǎng)格(如圖3所示）。具體可以包括以下子步驟：
[0083] (1)生成模型邊界
[0084]根據(jù)輸入角點(diǎn)網(wǎng)格，生成模型外包絡(luò)面，作為非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格Gf邊界；
[0085] (2)剖分非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格Gf
[0086]網(wǎng)格剖分工作可由Triangle、TetGen或CGAL等網(wǎng)格生成軟件完成；
[0087] (3)映射基質(zhì)屬性
[0088] 對(duì)于Gf中的任一網(wǎng)格g，根據(jù)其中心點(diǎn)坐標(biāo)尋找網(wǎng)格對(duì)應(yīng)的角點(diǎn)網(wǎng)格，將該角點(diǎn)網(wǎng) 格的基質(zhì)屬性 賦予網(wǎng)格g。
[0089] 本網(wǎng)格具備了數(shù)值模擬的所有參數(shù)，實(shí)際上，該基礎(chǔ)網(wǎng)格模型就是傳統(tǒng)離散裂縫 模型，與本專利提出的混合網(wǎng)格模型相比，該基礎(chǔ)網(wǎng)格模型網(wǎng)格數(shù)多，數(shù)值模擬計(jì)算代價(jià)較 高。因此在本專利技術(shù)中，該基礎(chǔ)網(wǎng)格模型僅作為后續(xù)工作的一個(gè)基礎(chǔ)，不直接用于數(shù)值模 擬計(jì)算。后續(xù)工作中，III級(jí)裂縫參數(shù)計(jì)算和混合模型粗化步驟均以此網(wǎng)格作為基礎(chǔ)開展。
[0090] 步驟4:生成數(shù)模網(wǎng)格Gc
[0091]根據(jù)角點(diǎn)網(wǎng)格模型與I級(jí)裂縫系統(tǒng)幾何信息，生成I級(jí)離散裂縫的非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格 G。，作為數(shù)模網(wǎng)格；
[0092]該步驟與步驟3類似，區(qū)別在于這里僅對(duì)I級(jí)裂縫進(jìn)行非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格剖分，且無需 進(jìn)行基質(zhì)屬性的映射(在混合模型粗化步驟中進(jìn)行）。
[0093] 該步驟得到I級(jí)離散裂縫非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格G。(如圖4所示），作為最終數(shù)模網(wǎng)格。由于 最終數(shù)值模擬模型參數(shù)系由混合網(wǎng)格粗化得到，因此本步驟中無需進(jìn)行屬性映射。
[0094] 具體的，本步驟可以包括以下子步驟：
[0095] (1)生成模型邊界
[0096]根據(jù)輸入角點(diǎn)網(wǎng)格，生成模型外包絡(luò)面，作為非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格G。邊界；
[0097] (2)剖分非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格G。
[0098]網(wǎng)格剖分工作可由Triangle、TetGen或CGAL等網(wǎng)格生成軟件完成。
[0099] 該網(wǎng)格作為最終混合網(wǎng)格的載體，即：最終得到的數(shù)值模擬模型是基于該網(wǎng)格上 的。
[0100] 步驟5: III級(jí)裂縫參數(shù)計(jì)算
[0101 ]將III級(jí)裂縫等效到Gf的基質(zhì)網(wǎng)格中，計(jì)算其等效孔隙度和滲透率；
[0102]這一步驟中，基于步驟3中的基礎(chǔ)網(wǎng)格Gf，將III級(jí)裂縫等效到Gf的基質(zhì)網(wǎng)格中。之 所以將III級(jí)裂縫參數(shù)等效到基礎(chǔ)網(wǎng)格Gf而非數(shù)模網(wǎng)格G。，是因?yàn)榍罢咭丫邆涑?III級(jí)裂 縫之外的所有數(shù)值模信息，而后者還缺少II級(jí)裂縫和其他基質(zhì)屬性信息，因此將III級(jí)裂縫 等效計(jì)算到基礎(chǔ)網(wǎng)格G f，最終混合網(wǎng)格粗化步驟才能得到具備完整信息的混合網(wǎng)格模型。 [0103] III級(jí)裂縫參數(shù)計(jì)算中，孔隙度可以采用傳統(tǒng)計(jì)算方法等效(見下式），滲透率優(yōu)選 采用基于流動(dòng)的局部粗化方法等效。即對(duì)于Gf中任一網(wǎng)格g:
[0104] (1)遍歷Fm，確定落在網(wǎng)格內(nèi)部的所有III級(jí)裂縫
[0105] (2)修正基質(zhì)孔隙度，計(jì)算公式為
[0106] ^ = ^ V^i+V^A/V,. Wh /
[0107] 其中為巾為孔隙度，V為體積；
[0108] (3)修正基質(zhì)滲透率，計(jì)算公式為
[0109] kg = Qd/AAP
[0110] 其中Q為垂直于滲透率方向網(wǎng)格橫截面的總流量，d為滲透率方向上的網(wǎng)格長(zhǎng)度，A 為垂直于滲透率方向網(wǎng)格橫截面平均面積，A P為壓力梯度在滲透率方向上的分量。
[0111] 由于該級(jí)別裂縫尺度小，且不確定性高，因此不需要進(jìn)行全局離散裂縫表征，只需 在非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格Gf單個(gè)網(wǎng)格塊內(nèi)進(jìn)行等效計(jì)算。
[0112] 等效參數(shù)計(jì)算完畢，則III級(jí)裂縫可從裂縫網(wǎng)絡(luò)中剔除舍去。
[0113] 步驟6:混合模型粗化
[0114] 將II級(jí)裂縫對(duì)應(yīng)到數(shù)模網(wǎng)格G。中，成為雙重介質(zhì)模型中的裂縫介質(zhì)網(wǎng)格;根據(jù)全 局粗化方法，計(jì)算G。網(wǎng)格的數(shù)值模擬參數(shù)，得到的結(jié)果為離散裂縫+雙重介質(zhì)混合模型。
[0115] 前述步驟已生成了一套具備完整數(shù)模信息的基礎(chǔ)網(wǎng)格Gf，其缺點(diǎn)是網(wǎng)格數(shù)眾多， 數(shù)值模擬的計(jì)算代價(jià)太高。此外，在步驟4中還獲得了最終數(shù)值模擬采用的非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格 G。，數(shù)模網(wǎng)格G。相對(duì)Gf而言要少得多，然而目前為止，其僅含有I級(jí)裂縫的信息。因此，本步驟 的目標(biāo)就是將基礎(chǔ)網(wǎng)格G f的信息（II級(jí)裂縫和其他基質(zhì)屬性），通過粗化方法，賦予到數(shù)模 網(wǎng)格G。中。
[0116] 為了實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)，這一步驟采用基于流動(dòng)的全局粗化方法，得到最終數(shù)值模擬 模型的所有參數(shù)，工作分為兩個(gè)部分，一是將II級(jí)裂縫對(duì)應(yīng)到G。網(wǎng)格中，成為雙重介質(zhì)模型 中的裂縫介質(zhì)網(wǎng)格，二是計(jì)算G。網(wǎng)格的數(shù)值模擬參數(shù)，得到的結(jié)果為離散裂縫+雙重介質(zhì)混 合模型。具體步驟例如：
[0117] (1)遍歷Fn，確定落在Gc各網(wǎng)格內(nèi)部的所有11級(jí)裂縫；
[0118] (2)計(jì)算裂縫網(wǎng)格孔隙度，計(jì)算公式為
[0119] 0; = 2 17池 +狄'/、 /
[0120] 其中為巾為孔隙度，V為體積，
[0121] (3)根據(jù)全局粗化方法，分別計(jì)算得到傳導(dǎo)率Tmm、Tff和Tmf，這里T為傳導(dǎo)率，M和F分 別指基質(zhì)和裂縫網(wǎng)格。注意，這里F有I和II兩個(gè)級(jí)別的裂縫，因此，傳導(dǎo)率可進(jìn)一步細(xì)分為 rri rrt rrt rjT rri Tmm> MFj v 1M F「i、1 FiFj^ F// F[j 0
[0122] 至此，得到基于G。網(wǎng)格的最終數(shù)值模擬參數(shù)：
[0123] (1)數(shù)值模擬網(wǎng)格的孔隙度；
[0124] (2)數(shù)值模擬網(wǎng)格的控制點(diǎn)深度；
[0125] (3)數(shù)值模擬網(wǎng)格的體積；
[0126] (4)數(shù)值模擬網(wǎng)格的傳導(dǎo)率聯(lián)通表。
[0127] 圖13為采用本發(fā)明方法的測(cè)試算例，其中上圖為對(duì)比模型數(shù)值模擬結(jié)果飽和度分 布圖(數(shù)值模擬計(jì)算時(shí)間為1619秒），下圖為本發(fā)明的混合網(wǎng)格數(shù)值模擬結(jié)果飽和度分布圖 (數(shù)值模擬計(jì)算時(shí)間為88秒），兩者誤差僅為5%，而計(jì)算僅為原來的1/18。
[0128] 另一方面，與上述的方法相對(duì)應(yīng)，本發(fā)明還提供一種多尺度裂縫精細(xì)地質(zhì)建模及 數(shù)值模擬裝置，包括：
[0129] 加載模塊：用于加載數(shù)據(jù)，所述數(shù)據(jù)包括角點(diǎn)網(wǎng)格模型、基質(zhì)屬性模型、裂縫網(wǎng)絡(luò) 模型和裂縫屬性模型；
[0130] 裂縫分級(jí)模塊：用于根據(jù)裂縫參數(shù)，將裂縫劃分為1、11和III三個(gè)級(jí)別，分別為離 散裂縫級(jí)、雙孔介質(zhì)級(jí)和等效介質(zhì)級(jí)，其中，I級(jí)對(duì)應(yīng)的裂縫尺度最大，II級(jí)對(duì)應(yīng)的裂縫尺度 中等，III級(jí)對(duì)應(yīng)的裂縫尺度最??；
[0131] 第一網(wǎng)格生成模塊:用于根據(jù)角點(diǎn)網(wǎng)格模型與I級(jí)和II級(jí)裂縫系統(tǒng)幾何信息，生成 I級(jí)和II級(jí)離散裂縫的非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格Gf，并將角點(diǎn)網(wǎng)格的基質(zhì)屬性映射其中，作為基礎(chǔ)網(wǎng) 格；
[0132] 第二網(wǎng)格生成模塊:根據(jù)角點(diǎn)網(wǎng)格模型與I級(jí)裂縫系統(tǒng)幾何信息，生成I級(jí)離散裂 縫的非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格G。，作為數(shù)模網(wǎng)格；
[0133] 第一等效計(jì)算模塊:用于將III級(jí)裂縫等效到Gf的基質(zhì)網(wǎng)格中，計(jì)算其等效孔隙度 和滲透率；
[0134] 第二等效計(jì)算模塊：用于將II級(jí)裂縫對(duì)應(yīng)到數(shù)模網(wǎng)格G。中，成為雙重介質(zhì)模型中 的裂縫介質(zhì)網(wǎng)格;根據(jù)全局粗化方法，計(jì)算G。網(wǎng)格的數(shù)值模擬參數(shù)，得到的結(jié)果為離散裂縫 +雙重介質(zhì)混合模型。
[0135] 進(jìn)一步的，所述裂縫分級(jí)模塊優(yōu)選包括：
[0136] 第一分級(jí)子模塊:根據(jù)預(yù)先設(shè)定的I級(jí)-II級(jí)裂縫分級(jí)參數(shù)，包括臨界長(zhǎng)度1^、臨界 開度cU、臨界滲透率h，則裂縫網(wǎng)絡(luò)F中，子集F〗={f G F | Lf>L^df>&且kf>lu}為I級(jí)裂縫；
[0137] 第二分級(jí)子模塊:根據(jù)預(yù)先設(shè)定的II級(jí)-III級(jí)裂縫分級(jí)參數(shù)，包括臨界長(zhǎng)度1^2、臨 界開度d2、臨界滲透率k 2，則裂縫網(wǎng)絡(luò)F中，子集Fm = {f GF | Lf〈L2或df〈d2或kf<k2}為III級(jí)裂 縫；
[0138] 第三分級(jí)子模塊:裂縫網(wǎng)絡(luò)F的子集FnzF-F^Fm為II級(jí)裂縫。
[0139] 進(jìn)一步的，所述第一網(wǎng)格生成模塊優(yōu)選包括：
[0140] 第一模型邊界生成子模塊:用于根據(jù)輸入角點(diǎn)網(wǎng)格，生成模型外包絡(luò)面，作為非結(jié) 構(gòu)化網(wǎng)格Gf邊界；
[0141] 第一剖分子模塊:用于剖分非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格Gf;
[0142] 映射子模塊:用于對(duì)于Gf中的任一網(wǎng)格g，根據(jù)其中心點(diǎn)坐標(biāo)尋找網(wǎng)格對(duì)應(yīng)的角點(diǎn) 網(wǎng)格，將該角點(diǎn)網(wǎng)格的基質(zhì)屬性一一賦予網(wǎng)格g。
[0143] 進(jìn)一步的，所述第二網(wǎng)格生成模塊優(yōu)選包括：
[0144] 第二模型邊界生成子模塊:用于根據(jù)輸入角點(diǎn)網(wǎng)格，生成模型外包絡(luò)面，作為非結(jié) 構(gòu)化網(wǎng)格G。邊界；
[0145] 第二剖分子模塊:用于剖分非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格G。。
[0146] 進(jìn)一步的，所述第一等效計(jì)算模塊中，III級(jí)裂縫參數(shù)計(jì)算時(shí)，孔隙度可以采用傳 統(tǒng)計(jì)算方法等效，滲透率優(yōu)選采用基于流動(dòng)的局部粗化方法等效。
[0147] 以上所述是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員 來說，在不脫離本發(fā)明所述原理的前提下，還可以作出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也 應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種多尺度裂縫精細(xì)地質(zhì)建模及數(shù)值模擬方法，其特征在于，包括： 步驟1:加載數(shù)據(jù)，所述數(shù)據(jù)包括角點(diǎn)網(wǎng)格模型、基質(zhì)屬性模型、裂縫網(wǎng)絡(luò)模型和裂縫屬 性模型； 步驟2:根據(jù)裂縫參數(shù)，將裂縫劃分為1、11和III三個(gè)級(jí)別，分別為離散裂縫級(jí)、雙孔介 質(zhì)級(jí)和等效介質(zhì)級(jí)，其中，I級(jí)對(duì)應(yīng)的裂縫尺度最大，II級(jí)對(duì)應(yīng)的裂縫尺度中等，III級(jí)對(duì)應(yīng) 的裂縫尺度最?。? 步驟3:根據(jù)角點(diǎn)網(wǎng)格模型與I級(jí)和II級(jí)裂縫系統(tǒng)幾何信息，生成I級(jí)和II級(jí)離散裂縫的 非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格Gf，并將角點(diǎn)網(wǎng)格的基質(zhì)屬性映射其中，作為基礎(chǔ)網(wǎng)格； 步驟4:根據(jù)角點(diǎn)網(wǎng)格模型與I級(jí)裂縫系統(tǒng)幾何信息，生成I級(jí)離散裂縫的非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格 Gc，作為數(shù)模網(wǎng)格； 步驟5:將III級(jí)裂縫等效到Gf的基質(zhì)網(wǎng)格中，計(jì)算其等效孔隙度和滲透率； 步驟6:將II級(jí)裂縫對(duì)應(yīng)到數(shù)模網(wǎng)格G。中，成為雙重介質(zhì)模型中的裂縫介質(zhì)網(wǎng)格;根據(jù)全 局粗化方法，計(jì)算G。網(wǎng)格的數(shù)值模擬參數(shù)，得到的結(jié)果為離散裂縫+雙重介質(zhì)混合模型。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的多尺度裂縫精細(xì)地質(zhì)建模及數(shù)值模擬方法，其特征在于，所述 步驟2包括： 步驟21:根據(jù)預(yù)先設(shè)定的I級(jí)-II級(jí)裂縫分級(jí)參數(shù)，包括臨界長(zhǎng)度1^、臨界開度cU、臨界滲 透率Iu，則裂縫網(wǎng)絡(luò)F中，子集F1 = {f e FI Lf >L^df M1且kf >lu}為I級(jí)裂縫； 步驟22:根據(jù)預(yù)先設(shè)定的II級(jí)-III級(jí)裂縫分級(jí)參數(shù)，包括臨界長(zhǎng)度L2、臨界開度d2、臨界 滲透率k2，則裂縫網(wǎng)絡(luò)F中，子集Fm = {f eF I Lf<L2或df<d2或kf<k2}為III級(jí)裂縫； 步驟23:裂縫網(wǎng)絡(luò)F的子集Fn = F-F1-Fm為II級(jí)裂縫。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的多尺度裂縫精細(xì)地質(zhì)建模及數(shù)值模擬方法，其特征在于，所述 步驟3包括： 步驟31:根據(jù)輸入角點(diǎn)網(wǎng)格，生成模型外包絡(luò)面，作為非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格Gf邊界； 步驟32:剖分非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格Gf; 步驟33:對(duì)于Gf中的任一網(wǎng)格g，根據(jù)其中心點(diǎn)坐標(biāo)尋找網(wǎng)格對(duì)應(yīng)的角點(diǎn)網(wǎng)格，將該角點(diǎn) 網(wǎng)格的基質(zhì)屬性 賦予網(wǎng)格g。4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的多尺度裂縫精細(xì)地質(zhì)建模及數(shù)值模擬方法，其特征在于，所述 步驟4包括： 步驟41:根據(jù)輸入角點(diǎn)網(wǎng)格，生成模型外包絡(luò)面，作為非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格Gc邊界； 步驟42:剖分非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格G。。5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的多尺度裂縫精細(xì)地質(zhì)建模及數(shù)值模擬方法，其特征在于，所述 步驟5中，III級(jí)裂縫參數(shù)計(jì)算時(shí)，孔隙度采用傳統(tǒng)計(jì)算方法等效，滲透率采用基于流動(dòng)的局 部粗化方法等效。6. -種多尺度裂縫精細(xì)地質(zhì)建模及數(shù)值模擬裝置，其特征在于，包括： 加載模塊：用于加載數(shù)據(jù)，所述數(shù)據(jù)包括角點(diǎn)網(wǎng)格模型、基質(zhì)屬性模型、裂縫網(wǎng)絡(luò)模型 和裂縫屬性模型； 裂縫分級(jí)模塊：用于根據(jù)裂縫參數(shù)，將裂縫劃分為Ι、Π 和III三個(gè)級(jí)別，分別為離散裂 縫級(jí)、雙孔介質(zhì)級(jí)和等效介質(zhì)級(jí)，其中，I級(jí)對(duì)應(yīng)的裂縫尺度最大，II級(jí)對(duì)應(yīng)的裂縫尺度中 等，III級(jí)對(duì)應(yīng)的裂縫尺度最?。? 第一網(wǎng)格生成模塊：用于根據(jù)角點(diǎn)網(wǎng)格模型與I級(jí)和II級(jí)裂縫系統(tǒng)幾何信息，生成I級(jí) 和II級(jí)離散裂縫的非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格Gf，并將角點(diǎn)網(wǎng)格的基質(zhì)屬性映射其中，作為基礎(chǔ)網(wǎng)格； 第二網(wǎng)格生成模塊:根據(jù)角點(diǎn)網(wǎng)格模型與I級(jí)裂縫系統(tǒng)幾何信息，生成I級(jí)離散裂縫的 非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格G。，作為數(shù)模網(wǎng)格； 第一等效計(jì)算模塊：用于將III級(jí)裂縫等效到Gf的基質(zhì)網(wǎng)格中，計(jì)算其等效孔隙度和滲 透率； 第二等效計(jì)算模塊:用于將II級(jí)裂縫對(duì)應(yīng)到數(shù)模網(wǎng)格G。中，成為雙重介質(zhì)模型中的裂縫 介質(zhì)網(wǎng)格;根據(jù)全局粗化方法，計(jì)算G。網(wǎng)格的數(shù)值模擬參數(shù)，得到的結(jié)果為離散裂縫+雙重 介質(zhì)混合模型。7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的多尺度裂縫精細(xì)地質(zhì)建模及數(shù)值模擬裝置，其特征在于，所述 裂縫分級(jí)模塊包括： 第一分級(jí)子模塊:根據(jù)預(yù)先設(shè)定的I級(jí)-II級(jí)裂縫分級(jí)參數(shù)，包括臨界長(zhǎng)度U、臨界開度 di、臨界滲透率Iu，則裂縫網(wǎng)絡(luò)F中，子集F1 = {f eFI Lf>L^dfM1且kf>lu}為I級(jí)裂縫； 第二分級(jí)子模塊:根據(jù)預(yù)先設(shè)定的II級(jí)-III級(jí)裂縫分級(jí)參數(shù)，包括臨界長(zhǎng)度L2、臨界開 度d2、臨界滲透率k2，則裂縫網(wǎng)絡(luò)F中，子集Fm = {f eFI Lf<L2或df<d2或kf<k2}為III級(jí)裂縫； 第三分級(jí)子模塊:裂縫網(wǎng)絡(luò)F的子集Fn = F-F1-Fm為II級(jí)裂縫。8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的多尺度裂縫精細(xì)地質(zhì)建模及數(shù)值模擬裝置，其特征在于，所述 第一網(wǎng)格生成模塊包括： 第一模型邊界生成子模塊:用于根據(jù)輸入角點(diǎn)網(wǎng)格，生成模型外包絡(luò)面，作為非結(jié)構(gòu)化 網(wǎng)格Gf邊界； 第一剖分子模塊:用于剖分非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格Gf; 映射子模塊:用于對(duì)于Gf中的任一網(wǎng)格g，根據(jù)其中心點(diǎn)坐標(biāo)尋找網(wǎng)格對(duì)應(yīng)的角點(diǎn)網(wǎng)格， 將該角點(diǎn)網(wǎng)格的基質(zhì)屬性 賦予網(wǎng)格g。9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的多尺度裂縫精細(xì)地質(zhì)建模及數(shù)值模擬裝置，其特征在于，所述 第二網(wǎng)格生成模塊包括： 第二模型邊界生成子模塊:用于根據(jù)輸入角點(diǎn)網(wǎng)格，生成模型外包絡(luò)面，作為非結(jié)構(gòu)化 網(wǎng)格G。邊界； 第二剖分子模塊:用于剖分非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格G。。10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的多尺度裂縫精細(xì)地質(zhì)建模及數(shù)值模擬裝置，其特征在于，所 述第一等效計(jì)算模塊中，III級(jí)裂縫參數(shù)計(jì)算時(shí)，孔隙度采用傳統(tǒng)計(jì)算方法等效，滲透率采 用基于流動(dòng)的局部粗化方法等效。
【文檔編號(hào)】G06T17/05GK105913494SQ201610192042
【公開日】2016年8月31日
【申請(qǐng)日】2016年3月30日
【發(fā)明人】龔斌, 李俊超, 陳方方
【申請(qǐng)人】北京大學(xué)