一种任意复杂裂缝介质格子法弹性建模方法技术

本发明专利技术涉及一种任意复杂裂缝介质格子法弹性建模方法，其特征在于，包括以下步骤：1)根据含裂缝分布的地质结构剖面或数字岩芯图像，提取其中的复杂裂缝几何结构信息，形成离散裂缝网络；2)在传统晶格模型中，引入独立的微转动惯量用于表征尺度效应，形成改进晶格模型；3)将离散裂缝网络嵌入到改进晶格模型中，建立复杂裂缝介质的晶格‑离散裂缝网络耦合模型。本发明专利技术可以有效提高实际裂缝储层的弹性建模精度，为油气勘探地震资料各向异性分析和反演解释提供必要的技术支持。

A Lattice Method for Elastic Modeling of Arbitrary Complex Fractured Media

The present invention relates to an elastic modelling method of lattice method for arbitrary complex fracture media, which is characterized by the following steps: 1) extracting geometric structure information of complex fracture from geological structure profile or digital core image containing fracture distribution to form discrete fracture network; 2) introducing independent micro-rotational inertia into traditional lattice model to characterize scale effect, and forming a discrete fracture network. The lattice model is improved; 3) The discrete fracture network is embedded in the improved lattice model, and the lattice-discrete fracture network coupling model of complex fracture media is established. The invention can effectively improve the elastic modeling accuracy of actual fractured reservoirs, and provide necessary technical support for anisotropic analysis and inversion interpretation of oil and gas exploration seismic data.

【技术实现步骤摘要】
一种任意复杂裂缝介质格子法弹性建模方法
本专利技术涉及一种任意复杂裂缝介质格子法弹性建模方法，属于含油气裂缝储层地震各向异性分析和反演解释

技术介绍
含油气裂缝储层是一种多种尺度复杂裂缝集成的介质系统，呈现出高度的非均质性和各向异性。这种复杂裂缝系统的精细弹性建模是地震资料各向异性分析和反演解释的基础，有助于此类油气储层的勘探与开发。但传统裂缝介质弹性建模方法存在以下不足：(1)局限于简单的VTI(垂直横向各向同性)和HTI(水平横向各向同性)等规则形状裂缝均匀介质，且多采用自相关方法研究其等效弹性参数，如差分等效介质模型(DEM)、Hudson模型、Eshelby-Cheng模型等，但这些建模方法极大地忽视了实际裂缝系统的复杂性，不适用于实际任意复杂的裂缝系统；(2)局限于单一尺度裂缝系统，缺乏跨尺度建模手段，不适用于含不同尺度裂缝的实际裂缝系统。因此，实际任意复杂裂缝的弹性建模仍是目前石油勘探开发领域的关键科学问题，没有完全解决。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术的目的是提供一种任意复杂裂缝介质格子法弹性建模方法，以适用于任意复杂裂缝的跨尺度精细建模。为实现上述目的，本专利技术采取以下技术方案：一种任意复杂裂缝介质格子法弹性建模方法，包括以下步骤：1)根据含裂缝分布的地质结构剖面或数字岩芯图像，提取其中的复杂裂缝几何结构信息，形成离散裂缝网络；2)在传统晶格模型中，引入独立的微转动惯量用于表征尺度效应，形成改进晶格模型；3)将离散裂缝网络嵌入到改进晶格模型中，建立复杂裂缝介质的晶格-离散裂缝网络耦合模型。所述的任意复杂裂缝介质格子法弹性建模方法，优选的，所述步骤1)的具体过程如下：①采用下述的彩色转灰度值公式(1)将地质构造剖面图或数字岩芯图像转化为灰度图：Gray＝R*0.299+G*0.587+B*0.114(1)式中，Gray代表灰度值；R、G、B分别代表红色、绿色、蓝色的分量值；②将得到的灰度图，采用大津算法求取最佳分割阈值，并根据最佳分割阈值进行图像分割得到黑白二值图，即求取使类间方差g最大的分割阈值：g＝ω0*ω1*(μ0-μ1)2(2)式中，和分别为图像的前景和背景像素点比例，M*N为图像大小；N0和N1分别为图像的灰度值小于和大于最佳分割阈值的像素个数，即图像的前景和背景像素点个数；μ0和μ1分别为图像的前景和背景像素点的平均灰度值；③将得到的黑白二值图首先进行降噪处理，去除其中分散的较小像素块，然后采用霍夫变换识别该黑白二值图中的线段，从而将标量格式的黑白二值图转化为矢量图；④根据矢量图中的裂缝几何结构信息即可生成离散裂缝网络。所述的任意复杂裂缝介质格子法弹性建模方法，优选的，所述步骤2)的具体过程如下：①晶格模型中的两晶格节点间通过弹性刚度分别为Kn、Ks的拉压弹簧和剪切弹簧发生作用，其中，对于两晶格节点间的拉压力Fn有：Fn＝Kn·Δl·l12,(3)Δl＝leq-l,(4)l＝(x2-x1)·l12,(5)式中，leq为两晶格节点间弹簧平衡距离；l为两晶格节点间的法向距离；Δl为两晶格节点间的拉压位移增量；x1和x2分别为两晶格节点的位置坐标；l12为两晶格节点间弹簧的法向向量；②对于两晶格节点间的切向力Fs有：Fs＝Ks·△s·ls,(6)式中，ls为两晶格节点间的切向方向矢量；△s是两晶格节点间的相对切向位移增量；为两晶格节点间的相对转动角增量；us是两晶格节点间的切向位移增量；③由于转动自由度的引入，晶格节点上的作用不仅有拉压力和切应力，还有力矩M的引入：式中，F是作用在晶格节点上的合力；④根据广义力，通过图3(a)～(d)所示的Verlet跳蛙积分算法计算晶格节点的运动与作用力，并由此确定晶格节点的速度和晶格节点新的位置，具体的计算过程如下：式中，mi、Ii分别为晶格节点i的质量和转动惯量；△t是时间步长；和分别晶格节点i在和时刻的速度矢量；和分别为和时刻的位移矢量；和分别为和时刻的角速度矢量；和分别为和时刻的角位移矢量；Fi(t)和Mi(t)分别为晶格节点i的在t时刻的合力和合力矩。所述的任意复杂裂缝介质格子法弹性建模方法，优选的，所述步骤3)的具体过程如下：①假设晶格基体为各向同性材料，因而选择规则三角排列的晶格模型，晶格模型大小根据实际尺度设定；②将离散裂缝网络嵌入到晶格基体中，当离散裂缝网络穿过晶格节点的晶格时，改变对应晶格节点的作用方向，以使晶格节点的接触作用的法向方向与离散裂缝网络的法向量相平行，即得到某一任意复杂裂缝系统的晶格-离散裂缝网络耦合模型。本专利技术由于采取以上技术方案，其具有以下优点：本专利技术基于计算机学中的图像处理手段和微纳米力学领域中的微极介质理论，提出一种含多种尺度任意复杂裂缝的精细建模技术，可以有效提高实际裂缝储层的弹性建模精度，为油气勘探地震资料各向异性分析和反演解释提供必要的技术支持。附图说明图1为本专利技术的流程示意图；图2(a)和图2(b)为晶格模型节点间作用力示意图；图3(a)～(d)为Verlet跳蛙积分算法示意图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术进行详细的描述。然而应当理解，附图的提供仅为了更好地理解本专利技术，它们不应该理解成对本专利技术的限制。如图1所示，本专利技术提出的任意复杂裂缝介质格子法弹性建模方法，包括以下步骤：1)根据含裂缝分布的地质结构剖面或数字岩芯图像，提取其中的复杂裂缝几何结构信息，形成离散裂缝网络，具体过程如下：①地质构造剖面图或数字岩芯图像通常为彩色图片，为便于处理采用下述的彩色转灰度值公式(1)将其转化为灰度图：Gray＝R*0.299+G*0.587+B*0.114(11)式中，Gray代表灰度值；R、G、B分别代表红色、绿色、蓝色的分量值。②将得到的灰度图，采用大津算法求取最佳分割阈值，并根据最佳分割阈值进行图像分割得到黑白二值图，即求取使类间方差g最大的分割阈值：g＝ω0*ω1*(μ0-μ1)2(12)式中，和分别为图像的前景和背景像素点比例，M*N为图像大小；N0和N1分别为图像的灰度值小于和大于最佳分割阈值的像素个数，即图像的前景和背景像素点个数；μ0和μ1分别为图像的前景和背景像素点的平均灰度值。③将得到的黑白二值图首先进行降噪处理，去除其中分散的较小像素块，然后采用霍夫变换识别该黑白二值图中的线段，从而将标量格式的黑白二值图转化为矢量图。④根据矢量图中的裂缝几何结构信息即可生成离散裂缝网络。2)在传统晶格模型中，引入独立的微转动惯量用于表征尺度效应，形成改进晶格模型，具体过程如下：①晶格模型中的两晶格节点间通过弹性刚度分别为Kn、Ks的拉压弹簧和剪切弹簧发生作用，受力模型如图3所示。其中，对于两晶格节点间的拉压力Fn有：Fn＝Kn·Δl·l12,(13)Δl＝leq-l,(14)l＝(x2-x1)·l12,(15)式中，leq为两晶格节点间弹簧平衡距离；l为两晶格节点间的法向距离；Δl为两晶格节点间的拉压位移增量；x1和x2分别为两晶格节点的位置坐标；l12为两晶格节点间弹簧的法向向量。②对于两晶格节点间的切向力Fs有：Fs＝Ks·△s·ls,(16)式中，ls为两晶格节点间的切向方向矢量；△s是两晶格节点间的相对切向位移增量；为两晶格节点间的相对转动角增量；us是两晶格节点间的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种任意复杂裂缝介质格子法弹性建模方法，其特征在于，包括以下步骤：1)根据含裂缝分布的地质结构剖面或数字岩芯图像，提取其中的复杂裂缝几何结构信息，形成离散裂缝网络；2)在传统晶格模型中，引入独立的微转动惯量用于表征尺度效应，形成改进晶格模型；3)将离散裂缝网络嵌入到改进晶格模型中，建立复杂裂缝介质的晶格‑离散裂缝网络耦合模型。

【技术特征摘要】
1.一种任意复杂裂缝介质格子法弹性建模方法，其特征在于，包括以下步骤：1)根据含裂缝分布的地质结构剖面或数字岩芯图像，提取其中的复杂裂缝几何结构信息，形成离散裂缝网络；2)在传统晶格模型中，引入独立的微转动惯量用于表征尺度效应，形成改进晶格模型；3)将离散裂缝网络嵌入到改进晶格模型中，建立复杂裂缝介质的晶格-离散裂缝网络耦合模型。2.根据权利要求1所述的任意复杂裂缝介质格子法弹性建模方法，其特征在于，所述步骤1)的具体过程如下：①采用下述的彩色转灰度值公式(1)将地质构造剖面图或数字岩芯图像转化为灰度图：Gray＝R*0.299+G*0.587+B*0.114(21)式中，Gray代表灰度值；R、G、B分别代表红色、绿色、蓝色的分量值；②将得到的灰度图，采用大津算法求取最佳分割阈值，并根据最佳分割阈值进行图像分割得到黑白二值图，即求取使类间方差g最大的分割阈值：g＝ω0*ω1*(μ0-μ1)2(22)式中，和分别为图像的前景和背景像素点比例，M*N为图像大小；N0和N1分别为图像的灰度值小于和大于最佳分割阈值的像素个数，即图像的前景和背景像素点个数；μ0和μ1分别为图像的前景和背景像素点的平均灰度值；③将得到的黑白二值图首先进行降噪处理，去除其中分散的较小像素块，然后采用霍夫变换识别该黑白二值图中的线段，从而将标量格式的黑白二值图转化为矢量图；④根据矢量图中的裂缝几何结构信息即可生成离散裂缝网络。3.根据权利要求1所述的任意复杂裂缝介质格子法弹性建模方法，其特征在于，所述步骤2)的具体过程如下：①晶格模型中的两晶格节点间通过弹性刚度分别为Kn、Ks的拉压弹簧和剪切弹簧发生作用，其中，对于两晶格节点间的...

【专利技术属性】
技术研发人员：符力耘，刘宁，
申请(专利权)人：中国科学院地质与地球物理研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11