一种构建多孔介质中二维毛细管束结构的方法技术

本发明专利技术是关于一种构建多孔介质中二维毛细管束结构的方法，包括如下步骤：获得多孔介质的孔隙分形维数D、迂曲度τ、正方形孔隙空间边长L；计算出多孔介质的毛细管的长度l，其中：l＝L*τ；将毛细管长度l分成n等份长度为ε的折弯线段；将毛细管进行折弯，形成弹簧状毛细管折线，并且所述毛细管折线两端点的直线距离等于空隙空间边长L；对毛细管折线的拉伸中心点进行垂直拉伸达到设定的最大扩展距离时，折弯线段组成毛细管束通道骨架；采用等距偏移算法将形成的毛细管束通道骨架分别向两边偏移ε/2，获得二维毛细管束通道。通过上述方法能够将多孔介质的孔隙结构简化为直观和易于理解的毛细管束模型，便于在Hagen‑Poiseuille方程和Kozeny‑Carman方程上获取准确的迂曲度值。

A Method for Constructing Two-Dimensional Capillary Bundle Structure in Porous Media

【技术实现步骤摘要】
一种构建多孔介质中二维毛细管束结构的方法
本专利技术涉及多孔介质领域，特别是涉及一种构建多孔介质中二维毛细管束结构的方法。
技术介绍
对多孔介质中流体渗流的微观机理的研究多是在实验定性领域，很少有对多孔介质的结构进行研究。为了对微观尺度上的渗流问题进行定量描述，需要解决的问题就是构建微观孔隙结构。然而，目前多孔介质的毛管束结构无法直接测定，通常使用经验公式进行估计，从而造成孔隙度、渗透率等物性参数计算失真的状况。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术为一种可以根据给定的迂曲和孔隙分形维数生成相应的毛细管束结构的方法，对已知迂曲度和孔隙分形维数的多孔介质进行等效简化，一方面解决了多孔介质毛细管束结构不能确定的问题，另一方面，通过该方法构建的毛管束结构的电性和流动特性特征与实际测得值相近。为达到上述目的，本专利技术主要提供如下技术方案：通过本专利技术的实施例提供的一种构建多孔介质中二维毛细管束结构的方法，包括如下步骤：步骤1：获得多孔介质的孔隙分形维数D、迂曲度τ、正方形孔隙空间边长L；步骤2：根据正方形孔隙空间边长L和迂曲度τ，计算出多孔介质的毛细管的长度l，其中：l＝L*τ；步骤3：根据公式l＝ε1-DLD计算出ε，将毛细管长度l分成n等份的折弯线段，每份折弯线段长度为ε，即l＝ε·n；步骤4：将毛细管按照每份折弯线段的长度为ε进行折弯，形成弹簧状毛细管折线，并且所述毛细管折线两端点的直线距离等于孔隙空间边长L；步骤5：对毛细管折线的拉伸中心点进行垂直拉伸预设距离，被拉伸后的拉伸中心点为下次拉伸时的拉伸端点，相邻的拉伸端点之间的中点为本段折线的拉伸中心点，对所述拉伸中心点继续进行垂直拉伸预设距离；步骤6：在相邻的拉伸端点达到设定的最大扩展距离时，扩展完成，折弯线段组成毛细管束通道骨架；步骤7：采用等距偏移算法将形成的毛细管束通道骨架分别向两边偏移ε/2，获得二维毛细管束通道。进一步地，上述方法中，在垂直拉伸时，所述折弯线段的长度不变，所述弹簧状毛细管折线为等角折线。进一步地，上述方法中，在拉伸时，所述端点和拉伸端点固定不动。进一步地，上述方法中，所述的垂直拉伸包括以下步骤：第一次拉伸：在所述毛细管折线的第一拉伸中心点(x0,y0)处，进行垂直拉伸，垂直拉伸距离为第i次拉伸：在两个拉伸端点之间的第i拉伸中心点(xi,yi)处，进行垂直拉伸，所述两拉伸端点之间距离为Li，所述垂直拉伸距离为i为≥2的整数，所述拉伸端点为端点或被拉伸过的拉伸中心点。进一步地，上述方法中，所述第一拉伸中心点(x0,y0)拉伸方向为远离所有折弯结点的最大距离方向，方向与所在点方向相反，以确保折弯线段不相互交叉。进一步地，上述方法中，所述相邻的拉伸端点达到设定的最大扩展距离为：相邻的拉伸端点之间包括ni个折弯线段，相邻的拉伸端点之间的距离长度为ln，在ln＝ε·ni时，相邻的拉伸端点扩展完成；或者，当ni≤4时，相邻的拉伸端点扩展完成。进一步地，上述方法中，在步骤7中，对每段折弯线段求取垂直平分线，连接每段垂直平分线上距离平分点ε/2位置交点，获取上、下两条不相交偏移折线；寻找偏移折线节点与对应折弯线段节点距离大于ε/2位置，将所述偏移折线节点位置强制校正为离折弯线段节点ε/2位置，并以该点做垂直平分线，连接邻近偏移折线，形成等距偏移线段，获得二维毛细管束通道。通过上述方法构建的多孔介质中的二维毛细管束结构中，具有如下有益效果：1)上述方法可以实现根据给定迂曲度和孔隙分形维数，构建毛细管束结构。2)将多孔介质孔隙结构直观地刻画为毛细管束结构。3)采用数值模拟方法对该模拟毛细管结构进行计算，可以获得与实际多孔介质结构相近的电性和流动特性特征。4)将多孔介质的孔隙结构简化为直观和易于理解的毛细管束模型，便于在常用的Hagen-Poiseuille方程和Kozeny-Carman方程上获取准确的迂曲度值。上述说明仅是本专利技术技术方案的概述，为了能够更清楚了解本专利技术的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本专利技术的较佳实施例并配合附图详细说明如后。附图说明图1是本专利技术的实施例形成弹簧状毛细管折线的示意图；图2是本专利技术的实施例第一次拉伸的示意图；图3是本专利技术的实施例所形成的毛细管束通道骨架的示意图；图4是本专利技术的实施例所形成的二维毛细管束通道的示意图；图5是本专利技术的实施例偏移折线节点位置强制校正的示意图；图6是本专利技术的实施例通过有限单元法计算二维毛细管束结构的地层因子值与实测岩石地层因子的比较图。具体实施方式为更进一步阐述本专利技术为达成预定专利技术目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本专利技术申请的具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。在下述说明中，不同的“一实施例”或“实施例”指的不一定是同一实施例。此外，一或多个实施例中的特定特征、结构、或特点可由任何合适形式组合。如图1至图6所示的一种构建多孔介质中二维毛细管束结构的方法，包括如下步骤：步骤1：获得多孔介质的孔隙分形维数D、迂曲度τ、正方形孔隙空间边长L；步骤2：根据正方形孔隙空间边长L和迂曲度τ，计算出多孔介质的毛细管的长度l，其中：l＝L*τ；步骤3：根据公式l＝ε1-DLD计算出ε，将毛细管长度l分成n等份的折弯线段，每份折弯线段长度为ε，即l＝ε·n；步骤4：将毛细管按照每份折弯线段的长度为ε进行折弯，形成弹簧状毛细管折线(如图1所示)，并且所述毛细管折线两端点的直线距离等于空隙空间边长L；步骤5：对毛细管折线的拉伸中心点进行垂直拉伸预设距离，被拉伸后的拉伸中心点为下次拉伸时的拉伸端点，相邻的拉伸端点之间的中点为本段折线的拉伸中心点，对所述拉伸中心点继续进行垂直拉伸预设距离；步骤6：在相邻的拉伸端点达到设定的最大扩展距离时，扩展完成，折弯线段组成毛细管束通道骨架；步骤7：采用等距偏移算法将形成的毛细管束通道骨架分别向两边偏移ε/2，获得二维毛细管束通道。本实施例中，所述多孔介质指地下的岩石，如油层砂岩。将所述岩石中多孔介质进行人为分割成边长为L的正方体，然后再获取该正方体的分形维数和迂曲度。其中，L的数值为认为制定的。其中，分形维数D可以通过计盒法测量真实岩心孔隙结构获得。迂曲度τ可以根据以下方式获得：方式1：其中，k是渗透率，r是孔隙半径，φ是孔隙度。方式2：τ＝1+k(1-φ)其中，τ是迂曲度，k是经验常数，φ是孔隙度。方式3：τ-1＝Pln(1/φ)其中，τ是迂曲度，φ是孔隙度，P是地层压力。方式4：τ＝φ-β其中ξ是形状因子，β是经验参数。上述公式综述了各种条件下迂曲度的计算，可见当迂曲度不能直接计算时，迂曲度公式具有多种形式，单一迂曲度计算公式难以精确表征不同孔隙介质的迂曲度。正方形孔隙空间边长L可以为指定为真实岩心的长度。本实施例中，根据孔隙度计算公式φ＝α(L/ε)D-d可知，当线段上下偏移距为ε/2时，毛细管束半径为ε，其孔隙几何形状为正方形，孔隙形状因子α＝1，毛细管束模型孔隙度为φ。在毛细管束模型中，流体在毛细管内流动，其渗透率的计算公式可由Kozeny-Carman方程进行计算：在上述方程中，φ、r和τ分别是孔隙度、毛管半径和迂曲度。毛细管被假设为具有弯曲形状，迂曲度是流体流动长度与孔隙空间长度的比值，该值并不能直接由物理实验测量。而孔本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种构建多孔介质中二维毛细管束结构的方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1：获得多孔介质的孔隙分形维数D、迂曲度τ、正方形孔隙空间边长L；步骤2：根据正方形孔隙空间边长L和迂曲度τ，计算出多孔介质的毛细管的长度l，其中：l＝L*τ；步骤3：根据公式l＝ε

【技术特征摘要】
1.一种构建多孔介质中二维毛细管束结构的方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1：获得多孔介质的孔隙分形维数D、迂曲度τ、正方形孔隙空间边长L；步骤2：根据正方形孔隙空间边长L和迂曲度τ，计算出多孔介质的毛细管的长度l，其中：l＝L*τ；步骤3：根据公式l＝ε1-DLD计算出ε，将毛细管长度l分成n等份的折弯线段，每份折弯线段长度为ε，即l＝ε·n；步骤4：将毛细管按照每份折弯线段的长度为ε进行折弯，形成弹簧状毛细管折线，并且所述毛细管折线两端点的直线距离等于空隙空间边长L；步骤5：对毛细管折线的拉伸中心点进行垂直拉伸预设距离，被拉伸后的拉伸中心点为下次拉伸时的拉伸端点，相邻的拉伸端点之间的中点为本段折线的拉伸中心点，对所述拉伸中心点继续进行垂直拉伸预设距离；步骤6：在相邻的拉伸端点达到设定的最大扩展距离时，扩展完成，折弯线段组成毛细管束通道骨架；步骤7：采用等距偏移算法将形成的毛细管束通道骨架分别向两边偏移ε/2，获得二维毛细管束通道。2.根据权利要求1所述的构建多孔介质中二维毛细管束结构的方法，其特征在于，在垂直拉伸时，所述折弯线段的长度不变，所述弹簧状毛细管折线为等角折线。3.根据权利要求1所述的构建多孔介质中二维毛细管束结构的方法，其特征在于，在拉伸时，所述端点和拉伸端点固定不动。4.根据权利要求1所述的构建多孔介质中二维毛细管束结构的方法，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡建超，韦伟，张琪，孟庆帮，
申请(专利权)人：中国地质大学武汉，
类型：发明
国别省市：湖北,42