CN104850671B - 岩心复杂孔道的网格剖分方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种岩心复杂孔道的网格剖分方法，该岩心复杂孔道的网格剖分方法包括：步骤1，针对岩心目标计算区域铺设背景网格；步骤2，应用切削网格算法对背景网格进行切削处理；步骤3，将骨架内的网格删除而保留孔道内的网格；步骤4，对以上切削算法生成的网格进行贴体；以及步骤5，对以上切削算法生成的网格进行光滑化处理。该岩心复杂孔道的网格剖分方法构建起精确、准确、自动化、可以针对任意孔道结构网格剖分技术，从而准确描述岩心内部复杂几何结构，为岩心微观流动数值模拟奠定基础。

Description

岩心复杂孔道的网格剖分方法

技术领域

本发明涉及油藏数值模拟及油气田开发提高油藏采收率相关技术领域，特别是涉及到一种岩心复杂孔道的网格剖分方法。

背景技术

我国东部油区油田普遍进入特高含水期，剩余油分布趋于复杂和分散，提高采收率难度不断加大。经典的油藏数值方法基于宏观的渗流理论体系，无法认识油水分布特征的微观结构、性质的作用机制。应用微观数值模拟技术对油藏岩心进行不同微观孔隙结构参数下的相对渗透率曲线、毛管压力曲线及剩余油分布规律等的研究,对油藏采收率的提高具有重要意义。基于网格的有限容积法是流体运动方程的成熟且十分重要的方法，可直接应用在孔道内流体运动方程离散。然而，该方法需要对岩心内部复杂孔道几何的准确描述，并对几何进行网格剖分，且网格质量对数值计算结果精确程度及计算过程效率的影响非常大，只有当网格生成与控制方程离散及求解算法很好地匹配时，才能高效的得到准确的计算结果。目前，常见的网格生成方法可以分为结构化网格和非结构化网格两种。结构化网格单元排列规则，网格节点与邻居网格节点之间的关系可以依据网格编号自动得到，网格生成速度快、质量好、数据结构简单，并且在结构化网格方法上容易实现界面变量的高阶离散格式，因此计算精度也较高。然而，结构化网格对于复杂形状计算区域处理能力较差的缺点限制了它的是使用范围。非结构网格具有更大的灵活性，对复杂结构的适应性强。但是这种方法难以生成具有理想网格面比例的高质量的网格，生成过程需要耗费大量的时间，几何边界上节点剖分必须依靠手工完成，因此，采用非结构化网格方法难以实现真正的网格自动生成，在实际应用中还是比较耗时耗力。为此我们发明了一种新的岩心复杂孔道的网格剖分方法，解决了以上技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种既能处理复杂形状、又能实现自动化、并节省计算时间的岩心复杂孔道的网格剖分方法。

本发明的目的可通过如下技术措施来实现：岩心复杂孔道的网格剖分方法，该岩心复杂孔道的网格剖分方法包括：步骤1，针对岩心目标计算区域铺设背景网格；步骤2，应用切削网格算法对背景网格进行切削处理；步骤3，将骨架内的网格删除而保留孔道内的网格；步骤4，对以上切削算法生成的网格进行贴体；以及步骤5，对以上切削算法生成的网格进行光滑化处理。

本发明的目的还可通过如下技术措施来实现：

该岩心复杂孔道的网格剖分方法还包括，在步骤1之前，定义岩心孔隙的几何边界，在网格生成过程中，通过用户给定岩心孔隙的边界，指定格式为CAD格式类型，非定义的曲面点通过样条插值自动完成。

在步骤1中，在岩心目标计算区域的CAD几何上铺设直角网格作为背景网格，背景网格覆盖整个研究区域，背景网格尺度三个方向相等，采用基于面的网格存取策略进行背景网格的存取。

在步骤2中，切削在计算区域CAD几何表面附近的背景网格上完成，或在指定的计算区域进行加密；根据预先设定的加密等级对骨架和孔道交界面的网格进行加密，加密具有自适应性，根据局部孔道面曲度来完成；临近网格的最大加密等级人工设定后自适应完成，保证了密网格和稀网格之间渐变过渡。

在步骤3中，切削完成后，根据布点位置对岩石骨架内和孔道内的网格进行区分，将骨架内的网格删掉，保留孔道内的网格，由于流体仅在孔道内流动，骨架和孔道的交界面作为流体的流动边界。

在步骤3中，在识别孔道内的网格时，采用Liang-Barsky二维裁剪算法来求解曲线与网格线的交点，利用规则区域边界的表达式和裁剪线的表达式，求出两表达式的交点，并判断该交点是否位于目标区域内，假定网格线四个边界的表达式分别为x=xL, x=xR, y =yB,y=yT几何边界曲线表达式为L=L(x, y)，对于复杂曲线，该表达式可以通过样条函数插值确定，将网格边界的表达式分别代入边界曲线的表达式中，求网格边界值对应在几何边界上的点的坐标(x，y)，如果该点坐标满足xL≤x≤xR、yB≤y≤yT,则网格与曲线相交，该点就是曲线与网格边的交点，如果曲线和网格线相交，该边界网格必是交界面附近网格。

在步骤4中，将壁面附近的网格点投影到临近的背景几何上，实现网格的贴体过程。

在步骤5中，去掉可能会影响计算模拟精度和网格外观的特性，包括两个相邻网格之间的层次差别不大于1；避免出现空洞和孤岛网格分布；以及同一边的边界网格都保持为相同的层次。

对于空洞形网格的光滑化处理方法是将该网格本身也细分，而对于孤岛网格则取消该网格的加密细分标记。

本发明中的岩心复杂孔道的网格剖分方法，提出了一种能够准确反映岩心内部复杂几何形态的自适应、自动化的网格生成技术，在构建孔道几何的基础上，针对油藏岩心孔道进行自适应剖分，在网格处理过程中采用结构化网格中的直角坐标网格方法按先生成背景网格，然后再生成边界网格的顺序进行网格剖分，并结合切削网格方法对区域内边界进行贴体处理，从而构建起精确、准确、自动化、可以针对任意孔道结构网格剖分技术，从而准确描述岩心内部复杂几何结构，为岩心微观流动数值模拟奠定基础。

附图说明

图1为本发明的岩心复杂孔道的网格剖分方法的一具体实施例的流程图；

图2为本发明的一具体实施例中计算区域切片图；

图3为本发明的一具体实施例中背景网格示意图；

图4为本发明的一具体实施例中骨架附近的网格加密示意图；

图5为本发明的一具体实施例中指定局部区域加密示意图；

图6为本发明的一具体实施例中切削点计算示意图；

图7为本发明的一具体实施例中去掉骨架内的示意图；

图8为本发明的一具体实施例中贴体后示意图；

图9为本发明的一具体实施例中网格与邻居之间层次差为1的网格偏斜角示意图；

图10为本发明的一具体实施例中网格与邻居之间层次差为2的网格偏斜角示意图；

图11为本发明的一具体实施例中空洞网格分布图；

图12为本发明的一具体实施例中孤岛网格分布图；

图13为本发明的一具体实施例中光滑后的示意图；

图14为本发明的一具体实施例中数值岩心图；

图15为本发明的一具体实施例中提出的孔道图；

图16为本发明的一具体实施例中基于本技术生成的网格的计算区域整体网格的示意图；

图17为本发明的一具体实施例中基于本技术生成的网格的计算区域 局部网格的示意图。

具体实施方式

为使本发明的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举出较佳实施例，并配合所附图式，作详细说明如下。

如图1所示，图1为本发明的岩心复杂孔道的网格剖分方法的流程图。在步骤101，定义岩心孔隙的几何边界。在网格生成过程中，岩心孔隙的边界需要通过用户给定，指定格式可以为CAD格式类型（如：obj格式或STL格式等）。由于孔道几何异常复杂，非定义的曲面点通过样条插值自动完成。流程进入到步骤102。

在步骤102，针对目标计算区域铺设背景网格。在岩心计算区域的CAD几何上铺设直角网格作为背景网格，要求背景网格能够覆盖整个研究区域，背景网格尺度三个方向尽量相等，采用基于面的网格存取策略进行背景网格的存取。如图2所示的计算区域局部切片图。图中红色的部分为岩心骨架区域，灰色的区域为岩心孔道区域。针对图2所示的岩心切片图，图3给出了对应的背景网格示意图。流程进入到步骤103。

在步骤103，应用切削网格算法对背景网格进行切削处理，切削在计算区域CAD几何表面附近的背景网格上完成，也可以在指定的计算区域进行加密。根据预先设定的加密等级对骨架和孔道交界面的网格进行加密，加密具有自适应性，能够根据局部孔道面曲度来完成。临近网格的最大加密等级可以人工设定后自适应完成，保证了密网格和稀网格之间渐变过渡，为高精度求解奠定基础。图4给出了在一个骨架附近的二级加密示意图。本技术同时也可以在指定的局部区域进行加密，从而在关心的区域内提高网格进行，为该区域内高精度求解奠定基础。图5给出了在区域加密的示意图。流程进入到步骤104。

在步骤104，将骨架内的网格删除而保留孔道内的网格。切削完成后，根据布点位置对岩石骨架内和孔道内的网格进行区分，将骨架内的网格删掉，保留孔道内的网格。由于流体仅在孔道内流动，骨架和孔道的交界面作为流体的流动边界。本步骤的一个重要问题就是如何识别孔道内的网格。一个重要的核心就是求解曲线边界与网格线的交点，一个网格生成应用中包含的网格数目往往很多，因此切削点确定涉及大量的点、线操作，因此，算法的效率十分重要。以二维为例说明，采用Liang-Barsky二维裁剪算法来求解曲线与网格线的交点，该算法的基本思想是利用规则区域边界的表达式和裁剪线的表达式，求出两表达式的交点，并判断该交点是否位于目标区域内，算法基本思想十分简单，如图6所示：假定网格线四个边界的表达式分别为x=xL, x=xR, y =yB,y=yT几何边界曲线表达式为L=L(x,y)，对于复杂曲线，该表达式可以通过样条函数插值确定，将网格边界的表达式分别代入边界曲线的表达式中，就可以求网格边界值对应在几何边界上的点的坐标(x，y)，如果该点坐标满足xL≤x≤xR、yB≤y≤yT,则网格与曲线相交，该点就是曲线与网格边的交点。如果曲线和网格线相交，该边界网格必是交界面附近网格。图7给出了将其中一个内网格删除的情形。流程进入到步骤105。

在步骤105，对以上切削算法生成的网格进行贴体。将壁面附近的网格点投影到临近的背景几何上，实现网格的贴体过程。如图8给出了贴体后的网格情形。流程进入到步骤106。

在步骤106，对以上切削算法生成的网格进行光滑化处理，去掉可能会影响计算模拟精度和网格外观的特性，主要有三个方面：

①两个相邻网格之间的层次差别不大于1

本发明中的切削网格方法除了根据几何表达精度要求对边界进行局部几何加密以外，还将根据计算所得到的流场特性对网格进行多次自适应加密，因此，当一个网格被标记为多次加密，而它的邻居并没有加密时，就会出现两相邻网格之间的层次差别大于1的情况，图9所示为网格与邻居之间层次差为1，而图10所示为层次差别为2。当网格层次差为1时，偏斜角度约为71.56o，而当网格层次差别为2时，最小偏斜角度则降到59.04o, 如果网格的层次差别继续增大，网格偏斜角度还将继续减少，这会导致数值模拟产生比较严重的数值误差，因此对相邻网格之间的层次差别限定为不超过1。

②避免出现空洞和孤岛网格分布

空洞网格分布就是指网格的四个方向相邻网格的层次都比该网格低，也就是它的邻居网格都比它要小，而孤岛网格分布则指当一个网格与它的邻居网格的层次相同，且该网格被标记为加密后，它的所有四个邻居都没有被标记为加密。对于空洞形网格的光滑化处理方法是将该网格本身也细分（图11），而对于孤岛网格，则取消该网格的加密细分标记（图12）。

③同一边的边界网格都保持为相同的层次。

这主要为了降低切削后所形成网格的复杂性，防止一个切削边对应多个邻居网格。

图13给出了光滑后的网格示意图。

如图14所示的数值岩心切片图，首先根据切片图将该数值岩心的几何孔道提取出来，提出后如图15所示。图15几何为图14所示圆形几何的最大内接正方形图，图中黑色的为基质，白色的为孔道。图16给出了基于本技术生成的网格计算区域整体网格；图17为基于本技术生成的网格计算区域局部网格。 从图中可以看出，在计算区域的中心，使用的是笛卡尔网格，在基质壁面附近实现了网格贴体以及自适应加密。加密和贴体过程是完全自适应的，无需人工干预。

本发明结合计算流体力学对网格的需求，提出了一种自动化任意复杂空间内三维网格生成算法。该算法在对背景岩心几何体铺设背景网格的基础上，实现岩心表面附近和指定区域内的背景网格的自适应切分，根据通过设定点指定孔道所在的位置从而对孔道网格进行快速搜索，并将岩石骨架内网格进行保留而将孔道内的网格进行删除，最终做贴体和光滑处理，从而形成能够精确描述岩层孔道几何的网格结构。基于面的网格存储结构在有限容积架构下，进行方程离散和求解过程将相对比较简单。通过与传统的三角形网格方法对比，在网格数目相当的情况下，该方法所表达的曲线边界更加精确，同时通过对边界网格进行几何加密，使得对岩心内部复杂几何边界的表达和描述更加精确，从而保证了对岩心内部微观流动模拟的可靠性和准确性，为油田开发调整与优化提供合理的参考依据。

Claims (3)

1.岩心复杂孔道的网格剖分方法，其特征在于，该岩心复杂孔道的网格剖分方法包括：

步骤1，针对岩心目标计算区域铺设背景网格；

步骤2，应用切削网格算法对背景网格进行切削处理；

步骤3，将骨架内的网格删除而保留孔道内的网格；

步骤4，对以上切削网格算法生成的网格进行贴体；以及

步骤5，对以上切削网格算法生成的网格进行光滑化处理；

所述步骤1中，在岩心目标计算区域的CAD几何上铺设直角网格作为背景网格，背景网格覆盖整个研究区域，背景网格尺度三个方向相等，采用基于面的网格存取策略进行背景网格的存取；

所述步骤2中，切削在岩心目标计算区域CAD几何表面附近的背景网格上完成，或在指定的岩心目标计算区域进行加密；根据预先设定的加密等级对骨架和孔道交界面的网格进行加密，加密具有自适应性，根据局部孔道面曲度来完成；临近网格的最大加密等级人工设定后自适应完成，保证了密网格和稀网格之间渐变过渡；

所述步骤3中，切削完成后，根据布点位置对岩石骨架内和孔道内的网格进行区分，将骨架内的网格删掉，保留孔道内的网格，由于流体仅在孔道内流动，骨架和孔道的交界面作为流体的流动边界；

所述步骤4中，将壁面附近的网格点投影到临近的背景几何上，实现网格的贴体过程；

所述步骤5中，去掉两个相邻网格之间的层次差别不大于1；避免出现空洞和孤岛网格分布；以及同一边的边界网格都保持为相同的层次。

2.根据权利要求1所述的岩心复杂孔道的网格剖分方法，其特征在于，该岩心复杂孔道的网格剖分方法还包括，在步骤1之前，定义岩心孔隙的几何边界，在网格生成过程中，通过用户给定岩心孔隙的边界，指定格式为CAD格式类型，非定义的曲面点通过样条插值自动完成。

3.根据权利要求1所述的岩心复杂孔道的网格剖分方法，其特征在于，在步骤3中，在识别孔道内的网格时，采用Liang-Barsky二维裁剪算法来求解曲线与网格线的交点，利用规则区域边界的表达式和裁剪线的表达式，求出两表达式的交点，并判断该交点是否位于目标区域内，网格线四个边界的表达式分别为x=xL, x=xR, y =yB,y=yT，几何边界曲线表达式为L=L(x, y)，对于复杂曲线，该表达式可以通过样条函数插值确定，将网格边界的表达式分别代入边界曲线的表达式中，求网格边界值对应在几何边界上的点的坐标(x，y)，如果该点坐标满足xL≤x≤xR、yB≤y≤yT,则网格与曲线相交，该点就是曲线与网格边的交点，如果曲线和网格线相交，边界网格必是交界面附近网格。