一种反映矿物组成的多尺度孔隙网络模型构建及求解方法技术

本申请提供了一种反映矿物组成的多尺度孔隙网络模型构建及求解方法，涉及孔隙网络模型构建技术领域，包括确代表性表征单元体内多孔介质矿物组成及含量，利用低分辨率表征技术提取低分辨率孔隙和裂缝结构特征参数以及孔隙度，构建低分辨率孔隙网络模型；利用高分辨率表征技术测量不同矿物成分区域中高分辨率孔隙结构特征参数，构建高分辨率随机统计孔隙网络模型；通过高分辨率表征技术提取一定区域内高分辨率孔隙与低分辨率孔隙或者裂缝间连通性信息，然后根据连通性信息在低分辨率孔隙网络模型相应区域的孔隙节点处发出连接通道，随机连接到该区域内的高分辨率随机孔隙网络模型的孔隙节点上，实现构建反映矿物组成的多尺度孔隙网络模型。尺度孔隙网络模型。尺度孔隙网络模型。

【技术实现步骤摘要】
一种反映矿物组成的多尺度孔隙网络模型构建及求解方法


[0001]本专利技术涉及孔隙网络模型构建
，尤其涉及一种反映矿物组成的多尺度孔隙网络模型构建及求解方法。

技术介绍

[0002]这里的陈述仅提供与本申请有关的背景信息，而不必然构成现有技术。
[0003]孔隙网络模型是微细观尺度研究流体流动与物质传输的基础仿真平台，其通过提取孔隙结构特征参数再现复杂的孔隙空间，通过数值模拟可以得到实验室内难以测量的实验数据，具有计算成本低与缩短实验周期的特点，为微细观尺度上研究流体在多孔介质中的流动提供了重要的研究手段，目前已应用于油气开发、地下污水治理、二氧化碳地质封存与高放废物处理等领域。
[0004]由于现实中的多孔介质的孔隙尺寸分布往往跨度较大，而已有的核磁共振、X
‑
CT和电子显微镜SEM、TEM、FIB
‑
HIM等多孔介质表征技术在提取孔隙结构特征参数时常常存在分辨率与样品大小的矛盾，即分辨率高的表征技术(如SEM)能测量的样品小，而分辨率低的表征技术(如X
‑
CT)能测量的样品尺寸较大，而单一的多孔介质表征技术很难实现对多孔介质孔隙结构信息的准确提取；
[0005]同时，多孔介质中流体流动与物质传输过程不仅仅受到多孔介质孔隙结构的控制，还受到多孔介质的矿物组成影响，而现有的孔隙网络模型无法反映不同矿物成分中包含的孔隙内物质运移机制或流体流动机制。

技术实现思路

[0006]本申请的目的是针对现有技术存在的缺陷，提出了一种反映矿物组成的多尺度孔隙网络模型构建方法，可对多孔介质孔隙结构信息的准确提取，实现多孔介质中流体流动与物质传输过程复杂物理化学变化的有效模拟。
[0007]为实现上述目的，本申请的一个或多个实施例提供了下述技术方案：
[0008]术语解释：
[0009]多孔介质：一种宏观上连续的由固体骨架和孔隙空间构成的多相物质。
[0010]孔隙网络模型：一种多孔介质数值模拟模型，它将孔隙空间几何平均化，将复杂的孔隙空间简化为等价的规则几何形状，用喉道来代表狭长的孔隙空间，用孔隙体来代表喉道交接处的孔隙空间，通过建立孔喉长度、孔喉分布、孔喉比等等价的几何参数反映真实孔隙空间的拓扑结构，进而可以研究扩散率、渗透率等宏观特性。
[0011]配位数：描述孔隙结构信息的重要参数，反映了孔隙的连通性，代表着单个孔隙与相邻孔隙间的喉道数量，不是空间坐标的函数，而是每个孔隙的拓扑特征。
[0012]Opalinus Clay：一种位于瑞士的黏土矿物，被视为高放废物处置库的缓冲/回填材料而受到广泛研究。
[0013]本申请的第一目的是提供一种反映矿物组成的多尺度孔隙网络模型构建方法，包
括以下步骤：
[0014](1)确定研究科学问题，通过物理试验及理论分析确定研究问题涉及的微观孔隙尺度的物理化学过程；
[0015](2)开展物理试验，通过所研究问题的试验结果确定多孔介质的代表性表征单元体体积；
[0016](3)对表征单元体内的多孔介质进行矿物成分分析及矿物含量检测，确定多孔介质矿物组成及含量；
[0017](4)利用低分辨率表征技术提取表征单元体内低分辨率的孔隙和裂缝结构特征参数，使用混合细化中轴线法和最大球法构建低分辨率孔隙网络模型；
[0018](5)利用X射线能谱仪确定表征单元体内不同矿物成分区域，分别提取不同矿物成分区域，利用高分辨率表征技术获取不同矿物成分区域中高分辨率的孔隙和裂缝结构特征参数；
[0019](6)根据(5)中提取的不同矿物成分区域的高分辨率孔隙结构特征参数(如孔径分布、孔隙配位数分布等)建立相应的高分辨率随机统计孔隙网络模型；
[0020](7)将(6)中不同矿物成分区域的高分辨率随机统计孔隙网络模型按其矿物成分分配到低分辨率孔隙网络模型中，采用并联或串联的方式连接到低分辨率孔隙网络模型中的孔上，从而构建能够反映矿物组成信息的多尺度孔隙网络模型；
[0021]为实现高分辨率随机孔隙网络模型在低分辨率孔隙网络模型上的连接，本专利技术使用统计手段用等效区域拓扑配位数这一约束，通过(5)中高分辨率表征技术提取一定区域内高分辨率孔隙与低分辨率孔隙或者裂缝间连通性信息；以低分辨率孔隙网络模型的孔隙节点作为低分辨率孔隙节点，以高分辨率孔隙网络模型的孔隙节点作为高分辨率孔隙节点，然后根据得到的连通性信息在相应区域的低分辨率孔隙节点处发出连接通道，随机连接到该区域内的高分辨率孔隙节点上，同一对跨尺度孔隙间最多允许一条连接通道，保证跨尺度孔隙间的连通性符合实际拓扑特征；
[0022]为保证(7)中所得的能够反映矿物组成信息的多尺度孔隙网络模型的准确性，本专利技术通过孔隙度对模型进行约束，如下式：
[0023][0024]式中，Φ为总孔隙度，n为表征单元体内的矿物成分数量，ω1为矿物成分1的占比，ω2为矿物成分2的占比，ω
n
为矿物成分n的占比，为矿物成分1中的孔隙度，为矿物成分2中的孔隙度，为矿物成分n中的孔隙度。
[0025]本申请的第二目的是提供一种反映矿物组成的多尺度孔隙网络模型求解方法
[0026]在对不同的物理化学问题进行数值模拟时的矿物性质进行分析，针对矿物性质选择不同的物理数学控制方程，在此基础上，对整个模型进行数值求解；
[0027]进一步的，所述物理数学控制方程的选取方法为：
[0028]当矿物表面富集负电荷时，选取双电层理论下的对流
‑
弥散方程；
[0029]当矿物表面未富集负电荷时，选取常规对流
‑
弥散方程。
[0030]专利技术的有益效果
[0031]现实中某一具体多孔介质中流体流动与物质传输过程研究的情况往往非常复杂，
不仅孔隙的尺度分布广泛，不易表征，还涉及复杂的物理化学变化，研究过程不仅仅受到多孔介质孔隙结构的控制，还受到多孔介质矿物组成的影响。物理实验方法不仅成本高、周期长，且很难对微观孔隙尺度的多孔介质中流体流动与物质传输机理展开研究。
[0032]本专利技术针对以上问题，提出了一种能够反映矿物组成信息的多尺度孔隙网络模型，不仅很好地改善了多孔介质孔隙表征问题，还能够将相关矿物成分的影响加入到模拟过程，使模拟可以准确直观地反映不同物质在多孔介质中运移机理，并能够对其影响参数进行敏感性分析，从而实现微观孔隙尺度多孔介质中流体流动与物质传输机理的精细化研究。
附图说明
[0033]构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。
[0034]图1为本申请实施例1中反映矿物组成的多尺度孔隙网络模型构建方法的流程示意图；
[0035]图2为本申请实施例1中反映矿物组成的多尺度孔隙网络模型构建方法的跨尺度孔隙连接示意图。
具体实施方式
[0036]应该本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种反映矿物组成的多尺度孔隙网络模型构建方法，其特征是，包括以下步骤：确定多孔介质的代表性表征单元体体积；对表征单元体体积范围内的多孔介质进行矿物成分分析及矿物含量检测，确定多孔介质矿物组成及含量；利用低分辨率表征技术提取表征单元体体积范围内的低分辨率孔隙和裂缝结构特征参数以及孔隙度；基于低分辨率孔隙和裂缝结构特征参数构建低分辨率孔隙网络模型；利用材料微区成分分析技术确定表征单元体体积范围内不同矿物成分区域；利用高分辨率表征技术测量不同矿物成分区域中高分辨率孔隙结构特征参数；基于高分辨率孔隙结构特征参数构建高分辨率随机统计孔隙网络模型，并利用孔隙度对高分辨率随机统计孔隙网络模型进行约束；将高分辨率随机统计孔隙网络模型按照表征单元体体积范围内的矿物成分分配到低分辨率孔隙网络模型中，并将高分辨率随机统计孔隙网络模型与低分辨率孔隙网络模型连接，构建能够反映矿物组成信息的多尺度孔隙网络模型。2.如权利要求1所述的反映矿物组成的多尺度孔隙网络模型构建方法，其特征是，构建低分辨率孔隙网络模型的方法包括：利用低分辨率表征技术获取表征单元体的低分辨率扫描图像，根据低分辨率孔隙和裂缝结构特征参数及图像分析处理后的低分辨率扫描图像重构三维数字岩心，然后进行数字岩心的孔隙提取，构建低分辨率孔隙网络模型。3.如权利要求2所述的反映矿物组成的多尺度孔隙网络模型构建方法，其特征是，所述数字岩心使用混合细化中轴线法和最大球法对数字岩心进行孔隙提取。4.如权利要求1所述的反映矿物组成的多尺度孔隙网络模型构建方法，其特征是，所述高分辨率孔隙结构特征参数包括不同矿物成分区域的孔径分布、孔隙配位数分布。5.如权利要求1所述的反映矿物组成的多尺度孔隙网络模型构建方法，其特征是，构建高分辨率随机统计孔隙网络模型的方法为采用多点地质统计法，在材料微区成分分析技术所确定的矿物成分区域中分别建立相应的随机统计孔...

【专利技术属性】
技术研发人员：熊清蓉，曲勇晓，高天资，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：