基于数字岩心的阻尼自由振动数值模拟方法技术

本发明专利技术涉及一种阻尼自由振动数值模拟方法，具体是涉及一种基于数字岩心的阻尼自由振动数值模拟方法。包括：步骤1，建立二阶位移

【技术实现步骤摘要】
基于数字岩心的阻尼自由振动数值模拟方法


[0001]本专利技术涉及一种阻尼自由振动数值模拟方法，属于地质勘探
，具体是涉及一种基于数字岩心的阻尼自由振动数值模拟方法。

技术介绍

[0002]地震波在地层中传播过程中发生速度频散和能量衰减，这与地层和岩石的结构、流体的性质都有关系。石油与天然气勘探、煤田勘探都主要依靠地震勘探来探测地下地质构造和流体分布的细节，进而制定开发方案。地震波的速度是主要的参数，其衰减信息也逐渐受到重视。地震岩石物理是将野外观测数据转换为岩石物性参数的桥梁，地震数字岩石物理是其中的一个重要研究方面，现有的地震数字岩石物理的方法和技术采用的弹性参数计算方法主要包括有限元静力学模拟，透射波模拟，动态应力应变模拟，准静态应力应变模拟和阻尼波动方程模拟方法。
[0003]其中，有限元静力学模拟和阻尼波动方程模拟方法主要用于计算低频弹性参数。透射波主要用于模拟计算高频弹性参数，需要将数字岩心镶边，内存开销大。动态应力应变模拟和准静态应力应变模拟的数据处理较复杂。

技术实现思路

[0004]以下给出一个或多个方面的简要概述以提供对这些方面的基本理解。此概述不是所有构想到的方面的详尽综览，并且既非旨在指认出所有方面的关键性或决定性要素亦非试图界定任何或所有方面的范围。其唯一的目的是要以简化形式给出一个或多个方面的一些概念以为稍后给出的更加详细的描述之序。
[0005]本专利技术主要的目的是解决现有技术中所存在的技术问题，提供了一种基于数字岩心的阻尼自由振动数值模拟方法。该系统及方法在波动方程模拟过程中，零时刻采用均匀的横向正应变模拟数字岩心，在大于零时刻数采用自由表面边界条件。
[0006]为解决上述问题，本专利技术的方案是：
[0007]一种基于数字岩心的阻尼自由振动数值模拟方法，包括：
[0008]步骤1，建立二阶位移
‑
应力格式的波动方程；
[0009]步骤2，设置数据岩心的初始条件和边界条件；
[0010]步骤3，开展阻尼自由振荡数值模拟；
[0011]步骤4，计算均应力和平均应变曲线；
[0012]步骤5，计算纵波速度和计算品质因子。
[0013]优选的，上述的一种基于数字岩心的阻尼自由振动数值模拟方法，所述步骤1中，数字岩心的骨架和流体均为各向同性的黏弹性介质，采用以下二阶位移
‑
应力格式的波动方程来模拟阻尼自由振动数据：
[0014][0015]式中，ρ表示数字岩心网格的密度；u
x
＝u
x
(x,z,t)和u
z
＝u
z
(x,z,t)分别表示数字岩心网格沿x和z方向的位移分量；σ
xx
,σ
zz
,σ
xz
表示数字岩心网格的应力分量，分别表示垂直x轴的截面上x方向的应力、垂直z轴的截面上z方向的应力和垂直x轴的截面上z方向的应力；e
xx
,e
zz
,e
xz
表示数字岩心网格的应变分量，分别表示垂直x轴的截面上x方向的应变、垂直z轴的截面上z方向的应变和垂直x轴的截面上z方向的应变；λ和μ表示数字岩心网格的拉梅常数；η
λ
和η
μ
表示数字岩心网格的两个黏滞系数。
[0016]优选的，上述的一种基于数字岩心的阻尼自由振动数值模拟方法，所述步骤2中，初始条件为在零时刻使数字岩心获得均匀的水平正应变场。边界条件为在数字岩心的上、下边界应用周期性边界条件；在左、右边界设使用自由表面边界条件。
[0017]优选的，上述的一种基于数字岩心的阻尼自由振动数值模拟方法，采用旋转交错网格有限差分法求解数字岩心中的流固耦合的波动方程。
[0018]优选的，上述的一种基于数字岩心的阻尼自由振动数值模拟方法，所述步骤3中，采用2阶精度的旋转交错网格有限差分格式，速度和位移的有限差分可直接用下面的公式表示：
[0019][0020]式中，ψ
i
可表示网格顶点的位移和速度，下标i＝1,2,3,4表示网格的4个顶点的标号。
[0021]优选的，上述的一种基于数字岩心的阻尼自由振动数值模拟方法，所述步骤4中，在每个模拟时刻计算数字岩心的体积平均应力和应变，在数值模拟结束后，形成平均应力和平均应变曲线。
[0022]优选的，上述的一种基于数字岩心的阻尼自由振动数值模拟方法，所述步骤5中，基于下式计算弹性波在数字岩心中的传播速度V
P
：
[0023][0024]式中，V
P
为纵波速度，T周期，数字岩心在x方向上的长度L
x
。
[0025]优选的，上述的一种基于数字岩心的阻尼自由振动数值模拟方法，所述步骤5中，基于下式计算逆品质因子：
[0026][0027]式中，Q
P
为纵波品质因子，Δt为平均应力和平均应变曲线同一相位的波峰时间差。
[0028]因此，相对于现有技术，本专利技术具备以下优点：在波动方程模拟过程中，零时刻数字岩心受到均匀的横向正应变；在大于零时刻数字岩心的左、右两端采用自由表面边界条件，数值模拟计算的速度和衰减参数对应的地震波的波长与数字岩心的长度一致，计算结果的稳定性高。
附图说明
[0029]并入本文并形成说明书的一部分的附图例示了本专利技术的实施例，并且附图与说明书一起进一步用于解释本专利技术的原理以及使得所属领域技术人员能够制作和使用本公开。
[0030]图1例示了本专利技术实施例中的主要步骤；
[0031]图2例示了本专利技术实施例中的数字岩心的边界条件示意图；
[0032]图3例示了本专利技术实施例中的旋转交错网格示意图；
[0033]图4例示了本专利技术实施例中的均匀的数字岩心示意图；
[0034]图5例示了本专利技术实施例中的数字岩心的平均应变和应力曲线示意图；
[0035]图6例示了图5的阻尼自由振荡模拟结果。
[0036]将参照附图描述本专利技术的实施例。
具体实施方式
[0037]实施例
[0038]本实施例的数字岩心可以采用本领域的任何公知方法获得。本实施例基于数字岩心，提供了一种基于数字岩心的阻尼自由振动数值模拟及其提取数字岩心等效弹性参数的方法。
[0039]如图1所示，该方法主要包括以下步骤：
[0040]步骤1，设置流固耦合的二阶位移
‑
应力格式的波动方程；
[0041]拾取平均应变曲线中的波峰时间差，结合数字岩心的长度，计算纵波速度V
P
；拾取平均应力和平均应变曲线的同一相位的波峰的时间差，计算逆品质因子。
[0042]数字岩心由固体骨架和孔隙流体两部分构成。假设数字岩心的骨架和流体均为各向同性的黏弹性介质，采用以下二阶位移
‑
应力格式的波动方程来模拟阻尼自由振动本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于数字岩心的阻尼自由振动数值模拟方法，其特征在于，包括：步骤1，建立二阶位移
‑
应力格式的波动方程；步骤2，设置数据岩心的初始条件和边界条件；步骤3，开展阻尼自由振荡数值模拟；步骤4，计算均应力和平均应变曲线；步骤5，计算纵波速度和计算品质因子。2.根据权利要求1所述的一种基于数字岩心的阻尼自由振动数值模拟方法，其特征在于，所述步骤1中，数字岩心的骨架和流体均为各向同性的黏弹性介质，采用以下二阶位移
‑
应力格式的波动方程来模拟阻尼自由振动数据：式中，ρ表示数字岩心网格的密度；u
x
＝u
x
(x,z,t)和u
z
＝u
z
(x,z,t)分别表示数字岩心网格沿x和z方向的位移分量；σ
xx
,σ
zz
,σ
xz
表示数字岩心网格的应力分量，分别表示垂直x轴的截面上x方向的应力、垂直z轴的截面上z方向的应力和垂直x轴的截面上z方向的应力；e
xx
,e
zz
,e
xz
表示数字岩心网格的应变分量，分别表示垂直x轴的截面上x方向的应变、垂直z轴的截面上z方向的应变和垂直x轴的截面上z方向的应变；λ和μ表示数字岩心网格的拉梅常数；η
λ
和η
μ
表示数字岩心网格的两个黏滞系数。3.根据权利要求1所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：单蕊，朱伟，曹晓毅，王千遥，聂爱兰，王涛，张宪旭，孙希杰，
申请(专利权)人：中煤科工集团西安研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：