基于level-set函数的颗粒堆微观孔道提取方法技术

本发明专利技术提供一种基于level-set函数的颗粒堆微观孔道提取方法，该方法包括：步骤1，进行背景网格的构建；步骤2，为了获取基质与孔隙的交界面，对任意给定格点和颗粒定义格点函数，计算“格点-颗粒”对的函数值后，计算每个格点level set函数值；步骤3，提取背景网格的函数场的0等值面，即可获得孔道几何；以及步骤4，对提取的等值面进行光滑处理以进一步提高孔道几何的质量。该基于level-set函数的颗粒堆微观孔道提取方法能为孔道内体网格构建提供高精度孔道几何结构，为基于VOF方法进行孔隙尺度油水动力学行为研究以及高含水期剩余油微观分布的数值预测奠定了基础。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术设及油田开发
，特别是设及到一种基于leve^set函数的颗粒堆 微观孔道提取方法。
技术介绍
我国东部油田普遍进入特高含水期，剩余油的分布异常复杂和分散，提高采收率 难度不断加大。基于宏观渗流理论的油藏数值模拟方法只能从宏观尺度反映油藏油水分布 的平均特征，而对于孔隙尺度内油水的空间分布特性及形态特性的预测则无能为力，而驱 替过程中油水的相互作用又与运些特性密切相关。基于V0F(volumeoffluid)方法的孔隙 尺度微观渗流模拟方法能够准确描述孔隙内剩余油的微观分布特征W及其内在形成机制， 该方法的深入研究对特高含水期中油藏提高采收率具有重要意义。V0F方法是基于网格的 计算方法，该方法需要提取孔隙通道，并在通道内构建网格。 目前，孔隙几何的构建方法主要分为：随机构建方法（Ξ维重建），扫描图像法和 基于过程的构建方法。随机构建法通过构建随机过程生成指定规律的（比如，具有与目标 岩屯、相似的分形结构）孔隙结构，该方法的精度依赖于目标岩屯、特性的识别，且地层结构 的各向异性则很难在该方法构建的岩屯、中得W体现。图像构建法通过对实际岩屯、的进行高 精度图像扫描，并根据扫描的图像进行几何重建。孔道和基质的对比度直接关系到该方法 构建几何的精度；同时，获取的岩屯、仅仅能够反映岩屯、获取位置附近的孔隙结构，并且岩屯、 获取过程会对岩屯、本身造成一定程度的破坏。基于物理过程的构建方法，通过对颗粒（球 形或者非球形）堆的沉积、压缩、成岩过程进行模拟实现岩屯、的构造，该方法构造出来的几 何能够真实描述地层的多孔结构，并具有较好的流通性。运使得该方法成为研究孔隙尺度 流动及基质力学行为的微观数值模拟方法中前期建模的重要工具。 通过过程法构造出来的颗粒堆仅含有颗粒的面网格信息或者简单的颗粒几何形 态信息（比如：球堆仅含有颗粒位置和半径），且颗粒与颗粒之间具有一定程度的交接，直 接使用运些信息构建体网格常会出现网格奇异，无法进行孔隙内流动模拟。一种常用的方 法是直接对构造的颗粒堆进行切片扫描，构建数字岩屯、。通过对构造的数字岩屯、进行面网 格构建后再构建体网格。运种方法可W避免网格奇异问题，然而该方法利用单值（0或者1) 区分基质和孔道，构建出来的基质和孔道的交界面采用阶梯近似，无法体现原始颗粒表面 的光滑性，使得在V0F模拟过程中基质表面的润湿性无法准确体现。为此我们专利技术了一种 新的基于leve^set函数的颗粒堆微观孔道提取方法，解决了W上技术问题。
技术实现思路
阳〇化]本专利技术的目的是提供一种能为孔道内体网格构建提供高精度孔道几何结构的基 于leve^set函数的颗粒堆微观孔道提取方法。 本专利技术的目的可通过如下技术措施来实现：基于leve^set函数的颗粒堆微观孔 道提取方法，该基于leve^set函数的颗粒堆微观孔道提取方法包括：步骤1，进行背景网 格的构建；步骤2,为了获取基质与孔隙的交界面，对任意给定格点和颗粒定义格点函数， 计算"格点-颗粒"对的函数值后，计算每个格点level set函数值；步骤3,提取背景网格 的函数场的0等值面，即可获得孔道几何；W及步骤4,对提取的等值面进行光滑处理W进 一步提高孔道几何的质量。 本专利技术的目的还可通过如下技术措施来实现： 在步骤1中，背景网格是覆盖颗粒堆的均匀笛卡尔网格结构，网格单元通常是正 方体或者接近正方体的长方体，网格单元的Ξ个方向的尺寸的选择和所要求提取孔道的分 辨率有关。 在步骤1中，长方体网格单元在Ξ个方向的尺度的计算公式为：W11] 其中，i为方向索引，表示空间的S个方向X，y，Z讯为计算区域在第i个方向上 的尺度；d为颗粒的尺度；α为预设的网格尺度和颗粒尺度的比值；int(x)是取整函数，通 过该函数可W得到小于X的最大整数；S 1为i方向的网格单元尺度； 背景网格格点（i，j，k)的坐标位置采用下面公式计算 阳01引 Xi= Xmm+i · δχ 似 阳014] yj= ymm+j · Sy 做 阳01 引 Zk= Zmm+k · δ z (4) 其中，Xmin，ymin和Ζ min为计算区域X，y和Ζ S个方向的最小值；i，j，k为网格单元 在X y ζΞ个方向上的索引。 阳017] 在步骤2中，对任意给定格点i和颗粒j定义如下格点函数 其中，为格点i到颗粒j表面上的最近距离；对于球体颗粒，采用如 下公式求取 阳020] rmin,i,.j= lie j-Pil-rjl (6) 其中，C,为第j个球体的球屯、，p1为第i个格点的位置坐标，r1为球体的半径，|x 为求取X的模或绝对值；而对于非球形颗粒，需要建立该颗粒的表面网格，并通过构建八叉 树找到最近的网格面，然后求取格点到网格面的值；通过方程（5)计算"格点-颗粒"对的 函数值后，运用下面方程计算每个格点level set函数值 阳02引 Gi= min(Fi,〇，Fi,i. . .. . .，Fi,n1) (7) 其中，N为放置颗粒的总数；对于颗粒外的格点，方程（7)计算出的值为正值；颗粒 内格点，该方程计算的值为负值；颗粒表面格点计算出的值则为0 ;在颗粒外部，离颗粒表 面的距离越远格点的值越大，在颗粒内部离颗粒表面距离越远格点的值越小，从而使得Gi 在空间连续分布。 在步骤4中，对孔道几何上的所有点做如下操作： 阳0巧]其中，Pi为孔道几何上的第i个点的位置，Pj为孔道几何上和该点连接的点的位 置;为光滑核函数，r1,为点P1到P,的距离；通过该方程（8)实现孔道几何的光滑。 本专利技术中的基于leve^set函数的颗粒堆微观孔道提取方法，设及油藏数值模拟 应用及油气田开发提高油藏采收率领域。具体地说是在对颗粒堆构建背景网格的基础上， 应用level-set函数对颗粒堆进行微观孔道提取并进行光滑处理，从而得到高精度的孔道 几何，为基于V0F方法进行孔隙尺度油水动力学行为研究W及高含水期剩余油微观分布 的数值预测奠定了基础。该方法在构建颗粒堆的基础上铺设背景网格，并对背景网格点定 义leve^set函数，最后通过对背景网格level set函数场构建等值面实现基质和孔道交 界面的高精度提取。本专利技术结合微观数值模拟对孔道几何精度的要求，提出了一种颗粒堆 微观孔道提取方法该方法在对颗粒堆构建背景网格的基础上，针对每个背景网格格点计算 level-set函数值，并对生成的leve^set函数场进行0等值面的提取，最后对提取的等 值面进行光滑处理，从而得到高精度的孔道几何。对1mm X 1mm X 1mm和3mm X 3mm X 3mm的 颗粒堆孔道界面的提取结果表明，本文方法能为孔道内体网格构建提供高精度孔道几何结 构，为基于V0F方法进行孔隙尺度油水动力学行为研究W及高含水期剩余油微观分布的数 值预测奠定了基础。【附图说明】 图1为本专利技术的基于leve^set函数的颗粒堆微观孔道提取方法的一具体实施例 的流程图； 图2是堆积颗粒形状的示意图； 图3是光滑前ImmX ImmX 1mm堆积颗粒孔道几何面提取的示意图； 图4是光滑后ImmX ImmX 1mm堆积颗粒孔道几何面提取的示意图； 阳〇3引图5是3mm X 3mm X 3mm堆积颗粒孔道几何的示意图；本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于level‑set函数的颗粒堆微观孔道提取方法，其特征在于，该基于level‑set函数的颗粒堆微观孔道提取方法包括：步骤1，进行背景网格的构建；步骤2，为了获取基质与孔隙的交界面，对任意给定格点和颗粒定义格点函数，计算“格点‑颗粒”对的函数值后，计算每个格点level set函数值；步骤3，提取背景网格的函数场的0等值面，即可获得孔道几何；以及步骤4，对提取的等值面进行光滑处理以进一步提高孔道几何的质量。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：孟薇，戴涛，张世明，孙红霞，段敏，陈苏，易红霞，苏海波，赵莹莹，张波，侯玉培，初杰，
申请(专利权)人：中国石油化工股份有限公司，中国石油化工股份有限公司胜利油田分公司地质科学研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11