CN106223938B - 数字化岩心流动模拟分析方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种数字化岩心流动模拟分析方法和装置，属于油气开发领域。该方法包括：根据电子计算机断层扫描获取全直径岩心模型和所述岩心的基质孔喉模型；根据全直径岩心模型和基质孔喉模型分别建立基质区域流动方程、溶洞区域流动方程和裂缝区域流动方程；根据各区域间连续边界条件建立各个区域的耦合流动模型；求解耦合流动模型，获取岩心不同区域的流动特征参数。本发明解决了相关技术中通过监测岩心进出口的压力与流量的变化来描述岩心流动特征准确性较低以及仅利用岩心微单元进行模拟代表性较差的问题，实现了岩心内部流动的可视化和定量化，达到了描述流体在岩心不储集空间中的流动路径、流动现象，以及压力与流速变化的规律的效果。

Description

数字化岩心流动模拟分析方法和装置

技术领域

本发明涉及油气开发领域，特别涉及一种数字化岩心流动模拟分析方法和装置。

背景技术

在对海相地层(在地层中由海洋状况形成的地层被称为海相地层)进行油气开发时，经常会遇到具有强非均质性和多重介质特征的碳酸盐岩油气藏。对于这类油气藏，要解决储量如何动用，流动阶段如何划分，产能如何评价等问题都要求对油气藏的岩心(岩心流动是指岩心中流体的流动情况，岩心为圆柱状岩石样品)进行流动模拟分析，以得到包括的压力和速度变化在内的岩心流动特征参数，研究流体在储层中的渗流规律。

相关技术中对岩心中流动情况的分析方法主要为岩心物理模拟实验和微观数值模拟两方面，物理模拟方法中，首先采集全直径岩心(全直径岩心为不经过切割和劈分的岩心)，并利用岩心夹持器、恒速泵等相关仪器对全直径岩心进行流动模拟实验，监测进出口的压力与流量，之后通过进出口的压力与流量的变化来分析得到岩心渗流特征；微观数值模拟方法中，基于岩心中微单元的CT扫描还原其微观结构，利用流体力学的基本方程模拟流体在储层中的三维流动，获取微单元中压力和流速的变化情况(王晨晨，姚军等，基于格子玻尔兹曼方法的碳酸盐岩数字岩心渗流特征分析[J].中国石油大学学报，2012，36(2))。

实现本发明的过程中，发明人发现相关技术至少存在以下问题：在物理模拟中，由于岩心内部结构是一个“黑箱”，流体在其间的流动路径、压力分布等无法获知，通过进出口的压力与流量的变化得到的岩心流动特征准确性较低；在微观数值模拟中，适于计算模拟的样品尺寸仅局限在毫米级或以下，相对于地质条件复杂、非均质性强、缝洞发育的碳酸盐岩储层，这一尺度的研究难以满足多重介质流动特征描述的需求。

发明内容

为了解决现有技术对岩心中流动模拟分析存在的困难，本发明实施例提供了一种数字化岩心流动模拟分析方法和装置。所述技术方案如下：

根据本发明的第一方面，提供了一种数字化岩心流动模拟分析方法，所述方法包括：

根据电子计算机断层扫描获取全直径岩心的全直径岩心模型和所述全直径岩心中基质单元的基质孔喉模型；

根据所述全直径岩心模型和所述基质孔喉模型建立用于描述基质区域流动情况的基质区域方程、用于描述溶洞区域流动情况的溶洞区域方程和用于描述裂缝区域流动情况的裂缝区域方程；

根据所述基质区域方程、所述溶洞区域方程和所述裂缝区域方程以及各区域间连续边界条件建立耦合流动模型；

求解所述耦合流动模型，获取岩心流动特征参数。

可选地，所述全直径岩心模型和所述基质孔喉模型建立用于描述基质区域流动情况的基质区域方程、用于描述溶洞区域流动情况的溶洞区域方程和用于描述裂缝区域流动情况的裂缝区域方程，包括：

根据达西定律建立所述基质区域方程，所述基质区域方程为：

其中，所述μ为所述全直径岩心中流体的有效粘度，所述u_d为所述基质区域中的流动速度，所述f为所述全直径岩心中流体的体积力，所述p_d为所述基质区域中的压力，所述表示所述p_d的梯度，所述K_m为所述基质的等效渗透率，可以通过基质孔喉模型计算求得，且所述Q_m为所述基质孔喉模型出口的流量，所述A为所述基质孔喉模型的渗流面积，所述L为所述基质孔喉模型两端的距离，所述Δp_d为所述基质孔喉模型两端的压差。

可选地，所述全直径岩心模型和所述基质孔喉模型建立用于描述基质区域流动情况的基质区域方程、用于描述溶洞区域流动情况的溶洞区域方程和用于描述裂缝区域流动情况的裂缝区域方程，还包括：

以纳维-斯托克斯方程确定所述溶洞区域方程，所述溶洞区域方程为：

其中，所述D(u_s)为应变张量，所述表示所述应变张量的散度，所述u_s为所述溶洞区域中的流动速度，所述为所述溶洞区域的压力的梯度。

可选地，所述全直径岩心模型和所述基质孔喉模型建立用于描述基质区域流动情况的基质区域方程、用于描述溶洞区域流动情况的溶洞区域方程和用于描述裂缝区域流动情况的裂缝区域方程，还包括：

通过立方定律确定所述裂缝区域方程，所述裂缝区域方程为：

其中，所述Q_f为所述裂缝区域的出口流量，所述l为所述裂缝进、出口距离，所述b为所述裂缝区域的裂缝开度，所述p_f是所述裂缝区域的压力。

可选地，所述耦合流动模型包括第一耦合流动模型和第二耦合流动模型，

所述根据所述基质区域方程、所述溶洞区域方程和所述裂缝区域方程以及各区域间连续边界条件建立耦合流动模型，包括：

建立关于所述基质区域与所述裂缝区域耦合的所述第一耦合流动模型，所述第一耦合流动模型为：

其中，所述K_f表示所述裂缝区域的有效渗透率值，可通过裂缝开度b计算获得，所述Q_mf表示所述基质区域与所述裂缝区域之间的窜流量，所述q_ffi表示第i条裂缝与第j条裂缝之间的窜流量，所述q_i ^j(x₀)表示所述第j条裂缝在所述第i条裂缝上横坐标为x₀的点处的窜流量，所述δ为狄拉克函数，所述M(x₀)表示沿裂缝轴向的线函数自变量，所述N为所述裂缝区域中裂缝的总数，所述第i条裂缝和所述第j条裂缝为所述裂缝区域任意两条相交的裂缝，所述x为所述任一点的横坐标，所述y为所述任一点的纵坐标；

建立关于所述溶洞区域与所述基质区域耦合的所述第二耦合流动模型，所述第二耦合流动模型为：

其中，所述n_d表示所述基质区域的单位外法向量，所述n_s表示所述溶洞区域的单位外法向量，所述τ_j表示交界面上切向量的一个直交系，k_j＝τ_j·K·τ_j，所述α₁表示滑移系数。

根据本发明的第二方面，提供一种数字化岩心流动模拟分析装置，所述装置包括：

模型获取模块，被配置为根据电子计算机断层扫描获取全直径岩心的全直径岩心模型和所述全直径岩心中基质单元的基质孔喉模型；

流动方程建立模块，被配置为根据所述全直径岩心模型和所述基质孔喉模型建立用于描述基质区域方程、用于描述溶洞区域流动情况的溶洞区域方程和用于描述裂缝区域流动情况的裂缝区域方程；

耦合模型建立模块，被配置为根据所述基质区域方程、所述溶洞区域方程和所述裂缝区域方程以及各区域间连续边界条件建立耦合流动模型；

数据获取模块，被配置为求解所述耦合流动模型，获取岩心流动特征参数。

可选地，所述流动方程建立模块，被配置为：

根据达西定律建立所述基质区域方程，所述基质区域方程为：

其中，所述μ为所述全直径岩心中流体的有效粘度，所述u_d为所述基质区域中的流动速度，所述f为所述全直径岩心中流体的体积力，所述p_d为所述基质区域中的压力，所述表示所述p_d的梯度，所述K_m为所述基质的等效渗透率，可以通过基质孔喉模型计算求得，且所述Q_m为所述基质孔喉模型出口的流量，所述A为所述基质孔喉模型的渗流面积，所述L为所述基质孔喉模型两端的距离，所述Δp_d为所述基质孔喉模型两端的压差。

可选地，所述流动方程建立模块，被配置为：

以纳维-斯托克斯方程确定所述溶洞区域方程，所述溶洞区域方程为：

其中，所述D(u_s)为应变张量，所述表示所述应变张量的散度，所述u_s为所述溶洞区域中的流动速度，所述为所述溶洞区域的压力的梯度。

可选地，所述流动方程建立模块，被配置为：

通过立方定律确定所述裂缝区域方程，所述裂缝区域方程为：

其中，所述Q_f为所述裂缝区域的出口流量，所述l为所述裂缝区域进、出口距离，所述b为所述裂缝区域的裂缝开度，所述p_f是所述裂缝区域的压力。

可选地，所述耦合流动模型包括第一耦合流动模型和第二耦合流动模型，

所述耦合方程建立模块，被配置为：

建立关于所述基质区域与所述裂缝区域耦合的所述第一耦合流动模型，所述第一耦合流动模型为：

其中，所述K_f表示所述裂缝区域的有效渗透率值，可通过裂缝开度b计算获得，所述Q_mf表示所述基质区域与所述裂缝区域之间的窜流量，所述q_ffi表示第i条裂缝与第j条裂缝之间的窜流量，所述表示所述第j条裂缝在所述第i条裂缝上横坐标为x₀的点处的窜流量，所述δ为狄拉克函数，所述M(x₀)表示沿裂缝轴向的线函数自变量，所述N为所述裂缝区域中裂缝的总数，所述第i条裂缝和所述第j条裂缝为所述裂缝区域任意两条相交的裂缝，所述x为所述任一点的横坐标，所述y为所述任一点的纵坐标；

建立关于所述溶洞区域与所述基质区域耦合的所述第二耦合流动模型，所述第二耦合流动模型为：

其中，所述n_d表示所述基质区域的单位外法向量，所述n_s表示所述溶洞区域的单位外法向量，所述τ_j表示交界面上切向量的一个直交系，k_j＝τ_j·K·τ_j，所述α₁表示滑移系数。

本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：

通过基质区域方程、溶洞区域方程和裂缝区域方程来分别描述全直径岩心中不同储集空间中流体的流动情况，并根据这些方程建立不同储集空间之间的耦合流动模型，之后求解该耦合流动模型来得出岩心流动特征参数，解决了相关技术中仅通过监测岩心进出口的压力与流量的变化来描述岩心流动特征准确性较低以及仅利用岩心微单元进行模拟代表性较差的问题，实现了岩心内部流动的可视化和定量化，达到了描述流体在岩心不储集空间中的流动路径、流动现象，以及压力与流速变化的规律的效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例示出的一种数字化岩心流动模拟分析方法的流程图；

图2-1是本发明实施例示出的另一种数字化岩心流动模拟分析方法的流程图；

图2-2是图2-1所示实施例中适合于流动计算的全直径岩心模型；

图2-3是图2-1所示实施例中适合于流动计算的孔喉模型；

图2-4是图2-1所示实施例中建立基质区域方程、溶洞区域方程和裂缝区域方程的流程图；

图2-5是图2-1所示实施例中建立耦合流动模型的流程图；

图2-6是图2-1所示实施例中流线分布示意图；

图2-7是图2-1所示实施例中压力变化示意图；

图3是本发明实施例示出的一种数字化岩心流动模拟分析装置的框图。

通过上述附图，已示出本发明明确的实施例，后文中将有更详细的描述。这些附图和文字描述并不是为了通过任何方式限制本发明构思的范围，而是通过参考特定实施例为本领域技术人员说明本发明的概念。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

图1是本发明实施例示出的一种数字化岩心流动模拟分析方法的流程图，本实施例以该数字化岩心流动模拟分析方法应用于分析岩心中流体的流动情况来举例说明。该数字化岩心流动模拟分析方法可以包括如下几个步骤：

在步骤101中，根据电子计算机断层扫描获取全直径岩心的全直径岩心模型和全直径岩心中基质单元的基质孔喉模型。

在步骤102中，根据全直径岩心模型和基质孔喉模型建立用于描述基质区域流动情况的基质区域方程、用于描述溶洞区域流动情况的溶洞区域方程和用于描述裂缝区域流动情况的裂缝区域方程。

在步骤103中，根据基质区域方程、溶洞区域方程和裂缝区域方程以及各区域间连续边界条件建立耦合流动模型。

在步骤104中，求解耦合流动模型，获取岩心流动特征参数。

综上所述，本发明实施例提供的数字化岩心流动模拟分析方法，通过基质区域方程、溶洞区域方程和裂缝区域方程来分别描述全直径岩心中不同储集空间中流体的流动情况，并根据这些方程建立不同储集空间之间的耦合流动模型，之后求解该耦合流动模型来得出岩心流动特征参数，解决了相关技术中仅通过监测岩心进出口的压力与流量的变化来描述岩心流动特征准确性较低以及仅利用岩心微单元进行模拟代表性较差的问题，实现了岩心内部流动的可视化和定量化，达到了描述流体在岩心不储集空间中的流动路径、流动现象，以及压力与流速变化的规律的效果。

图2-1是本发明实施例示出的另一种数字化岩心流动模拟分析方法的流程图，本实施例以该数字化岩心流动模拟分析方法应用于分析岩心中流体的流动情况来举例说明。该数字化岩心流动模拟分析方法可以包括如下几个步骤：

在步骤201中，采集全直径岩心。

在使用本发明实施例提供的数字化岩心流动模拟分析方法时，首先可以采集全直径岩心。示例性的，可以以碳酸盐岩储层段作为目的层，采集具有代表性的全直径岩心。

在步骤202中，对全直径岩心进行电子计算机断层扫描，获取该全直径岩心的图像；对该全直径岩心的基质单元进行电子计算机断层扫描，获取该基质单元的图像。

在获取了全直径岩心后，可以对全直径岩心进行电子计算机断层扫描(ComputedTomography，CT)，获取该全直径岩心的图像。在获取该全直径岩心的图像时，可以确保能够清楚地看到裂缝、溶洞等次生孔隙，且图像的径向、纵向分辨率一致。在对全直径岩心进行电子计算机断层扫描后，为了获得基质的孔隙结构特征，可以从全直径岩心表面截取小尺度基质单元(约0.5mm³)，开展局部高分辨率的微计算机断层扫描，获取基质单元的图像，获取的图像能够识别基质单元中的孔隙和喉道。

在步骤203中，根据全直径岩心的图像重构全直径岩心的三维结构；根据基质单元的图像重构基质单元的三维结构。

在获取了全直径岩心的图像和基质单元的图像后，可以根据全直径岩心的图像重构全直径岩心的三维结构；根据基质单元的图像重构基质单元的三维结构。示例性的，可以利用噪声消除，二值化处理等技术，提取全直径岩心的图像和基质单元的图像中储集空间数据，并通过逆向工程软件重构全直径岩心内部以及基质单元的三维结构。

在步骤204中，根据全直径岩心的三维结构建立全直径岩心模型；根据基质单元的三维结构建立基质孔喉模型。

在重构了全直径岩心和基质单元的三维结构后，可以，根据全直径岩心的三维结构建立全直径岩心的三维模型；根据基质单元的三维结构建立基质单元的三维模型。示例性的，可以利用自由四面体网格分别对步骤203中建立的全直径岩心的三维结构和基质单元的三维结构进行非结构化网格剖分，建立适合于流动计算的全直径岩心模型和基质孔喉模型，适合于流动计算的全直径岩心模型可以如图2-2所示，该模型共划分1475696个网格，其中的数字表示长度，单位为厘米；适合于流动计算的基质孔喉模型可以如图2-3所示，该模型共划分758141个网格，其中的数字表示长度，单位为微米。

在步骤205中，根据全直径岩心模型和基质孔喉模型建立用于描述基质区域流动情况的基质区域方程、用于描述溶洞区域流动情况的溶洞区域方程和用于描述裂缝区域流动情况的裂缝区域方程。

在建立了合于流动计算的全直径岩心模型和基质孔喉模型后，可以通过不同的方程来描述不同储集空间中的流动，即可以根据全直径岩心模型和基质孔喉模型建立用于描述全直径岩心电子计算机断层扫描无法识别的基质区域流动情况的基质区域方程、用于描述溶洞区域流动情况的溶洞区域方程和用于描述裂缝区域流动情况的裂缝区域方程。

如图2-4所示，本步骤可以包括下面3个子步骤：

在子步骤2051中，根据全直径岩心模型和基质孔喉模型建立用于描述基质区域流动情况的基质区域方程。

在描述电子计算机断层扫描无法识别的基质区域流动情况时，可以根据达西定律建立基质区域方程，基质区域方程可以为：

其中，μ为全直径岩心中流体的有效粘度，u_d为基质区域中的流动速度，f为全直径岩心中流体的体积力，p_d为基质区域中的压力，表示p_d的梯度，K_m为基质孔喉模型中的等效渗透率，可以通过基质孔喉模型计算求得，且Q_m为基质孔喉模型出口的流量，A为基质孔喉模型的渗流面积，L为基质孔喉模型两端的距离，Δp_d为基质孔喉模型两端的压差。

需要说明的是，基质孔喉模型中的等效渗透率K_m可以是在一定压差下对基质孔喉模型进行微流动模拟计算而确定的，即计算稳态条件下压差与流量的关系。

示例性的，基质孔喉模型的流动模拟结果可以如表1中所示：

表1

在表1中，第一行左边一栏为模型参数栏，该栏记录有基质孔喉模型的三种模型参数，其中平均喉道半径和基质孔喉模型长度的单位都为μm(微米)，基质孔喉模型的渗流面积的单位为μm²(平方微米)，第一行右边一栏为计算结果栏，该栏记录有三种计算结果，其中出口流量的单位为μm³/s(立方微米/秒)，等效渗透率为单位为mD(毫达西)。

在子步骤2052中，根据全直径岩心模型和基质孔喉模型建立用于描述溶洞区域流动情况的溶洞区域方程。

溶洞中的流动属于自由流动，在描述溶洞区域的流动情况时，可以以纳维-斯托克斯方程确定溶洞区域方程，溶洞区域方程为：

其中，D(u_s)为应变张量，表示应变张量的散度，μ为全直径岩心中流体的有效粘度，u_s为溶洞区域中的流动速度，f为全直径岩心中流体的体积力，p_s为溶洞区域的压力，表示p_d的梯度。此外，应变张量可以参考相关技术，在此不再赘述。

在子步骤2053中，根据全直径岩心模型和基质孔喉模型建立用于描述裂缝区域流动情况的裂缝区域方程。

裂缝中的流动属于裂隙流，流量同裂缝开度的立方成线型关系，本质上仍是属于渗流的范围，在描述裂缝区域流动情况时，可以通过立方定律确定裂缝区域方程，裂缝区域方程为：

其中，Q_f为裂缝区域的出口流量，l为裂缝区域进、出口距离，b为裂缝区域的裂缝开度，μ为全直径岩心中流体的有效粘度，p_f为裂缝区域的压力，△p_f为裂缝区域进、出口的压差。

在步骤206中，根据基质区域方程、溶洞区域方程和裂缝区域方程以及各区域间连续边界条件建立耦合流动模型。

在确定了基质区域方程、溶洞区域方程和裂缝区域方程后，可以根据基质区域方程、溶洞区域方程和裂缝区域方程建立耦合流动模型。其中，耦合流动模型可以包括第一耦合流动模型和第二耦合流动模型。

如图2-5所示，本步骤可以包括下面两个子步骤：

在子步骤2061中，建立关于基质区域与裂缝区域耦合的第一耦合流动模型。

可以建立关于基质区域与裂缝区域耦合的第一耦合流动模型。

第一耦合流动模型为：

其中，K_f表示裂缝区域的有效渗透率值，K_m表示基质区域的有效渗透率值，可以通过基质孔喉模型计算求得，p_d表示基质区域的压力，p_f表示裂缝区域的有效渗透率值，Q_mf表示基质区域与裂缝区域之间的窜流量，q_ffi表示第i条裂缝与第j条裂缝之间的窜流量，表示第j条裂缝在第i条裂缝上横坐标为x₀的点处的窜流量，δ为狄拉克函数，

M(x_o)表示沿裂缝轴向的线函数自变量，N为裂缝区域中裂缝的总数，第i条裂缝和第j条裂缝为裂缝区域任意两条相交的裂缝，x为第i条裂缝中任一点的横坐标，y为该任一点的纵坐标。

在子步骤2062中，建立关于溶洞区域与基质区域耦合的第二耦合流动模型。

建立关于溶洞区域与基质区域耦合的第二耦合流动模型。

第二耦合流动模型为：

其中，u_d表示基质区域的流体速度，u_s表示溶洞区域的流体速度，n_d表示基质区域的单位外法向量，n_s表示溶洞区域的单位外法向量，τ_j表示基质区域和溶洞区域交界面上切向量的一个直交系，k_j＝τ_j·K·τ_j，α₁表示滑移系数，μ为全直径岩心中流体的有效粘度，f为全直径岩心中流体的体积力，p_s为溶洞区域中的压力，表示p_s的梯度，D(u_s)为关于u_s的应变张量，p_d为基质区域中的压力，表示p_d的梯度。第二耦合流动模型中，第三行至第五行的算式为第一行和第二行的算式的边界条件。

在步骤207中，求解耦合流动模型，获取岩心流动特征参数。

在获取了耦合流动模型后，可以求解耦合流动模型，获取岩心流动特征参数。示例性的，可以通过有限元法求解耦合流动模型，耦合流动模型的解法可以参考相关技术，在此不再赘述。

解出耦合流动模型后，可以得到全直径岩心中不同储集空间的中流动路径、速度分布，压力分布等数据，之后可以根据这些数据分析不同储集空间中的特征参数，特征参数可以包括基质、裂缝、溶洞中的压力、速度的变化以及不同储集空间在流动条件下的窜流量和渗透性能等。且根据获取的特征参数可以达到岩心中压力场和速度场的可视化的效果，而相关技术中在对岩心进行分析时是难以达到该效果的。

示例性的，求解耦合流动模型后，得到的岩心中的流线分布可以如图2-6所示，其中的数字代表长度，单位为厘米；得到的不同储集空间中的压力变化曲线可以如图2-7所示，其中纵轴代表压力，单位为兆帕，横轴代表时间，单位为秒，曲线21代表基质区域中的压力变化，曲线22代表溶洞区域中的压力变化，曲线23代表裂缝区域中的压力变化。

需要补充说明的是，本发明实施例提供的数字化岩心流动模拟分析方法，通过第一耦合模型和第二耦合模型来分析描述岩心中流体的流动情况，可以更加接近流体在地下储层中的真实流动情况，达到了提高数字化岩心流动模拟分析的准确性的效果。

综上所述，本发明实施例提供的数字化岩心流动模拟分析方法，通过基质区域方程、溶洞区域方程和裂缝区域方程来分别描述全直径岩心中不同储集空间中流体的流动情况，并根据这些方程建立不同储集空间之间的耦合流动模型，之后根据该耦合流动模型来得出岩心流动特征参数，解决了相关技术中通过进出口的压力与流量的变化得到的岩心流动特征参数准确性较低的问题。达到了提高获取的岩心流动特征参数的准确性，且能够确定岩心中流体的流动路径、流动现象并定量化的描述压力与流速变化的效果。

下述为本发明装置实施例，可以用于执行本发明方法实施例。对于本发明装置实施例中未披露的细节，请参照本发明方法实施例。

图3是本发明实施例示出的一种数字化岩心流动模拟分析装置的框图。该数字化岩心流动模拟分析装置可以包括：

模型获取模块310，被配置为根据电子计算机断层扫描获取全直径岩心的全直径岩心模型和全直径岩心中基质单元的基质孔喉模型。

流动方程建立模块320，被配置为根据全直径岩心模型和基质孔喉模型建立用于描述基质区域流动情况的基质区域方程、用于描述溶洞区域流动情况的溶洞区域方程和用于描述裂缝区域流动情况的裂缝区域方程。

耦合方程建立模块330，被配置为根据基质区域方程、溶洞区域方程和裂缝区域方程以及各区域间连续边界条件建立耦合流动模型。

数据获取模块340，被配置为求解耦合流动模型，获取岩心流动特征参数。

综上所述，本发明实施例提供的数字化岩心流动模拟分析装置，通过基质区域方程、溶洞区域方程和裂缝区域方程来分别描述全直径岩心中不同储集空间中流体的流动情况，并根据这些方程建立不同储集空间之间的耦合流动模型，之后根据该耦合流动模型来得出岩心流动特征参数，解决了相关技术中通过进出口的压力与流量的变化得到的岩心流动特征参数准确性较低的问题。达到了提高获取的岩心流动特征参数的准确性，且能够确定岩心中流体的流动路径、流动现象并定量化的描述压力与流速变化的效果。

可选地，流动方程建立模块320，被配置为：

根据达西定律建立基质区域方程，基质区域方程为：

其中，μ为全直径岩心中流体的有效粘度，u_d为基质区域中的流动速度，f为全直径岩心中流体的体积力，p_d为基质区域中的压力，表示p_d的梯度，K_m为基质孔喉模型中的等效渗透率，可以通过基质孔喉模型计算求得，且Q_m为基质孔喉模型出口的流量，A为基质孔喉模型的渗流面积，L为基质孔喉模型两端的距离，Δp_d为基质孔喉模型两端的压差。

可选地，流动方程建立模块320，被配置为：

以纳维-斯托克斯方程确定溶洞区域方程，溶洞区域方程为：

其中，D(u_s)为应变张量，表示应变张量的散度，u_s为溶洞区域中的流动速度，为溶洞区域的压力的梯度。可选地，流动方程建立模块320，被配置为：

通过立方定律确定裂缝区域方程，裂缝区域方程为：

其中，Q_f为裂缝区域的出口流量，l为裂缝区域进、出口距离，b为裂缝区域的裂缝开度，p_f是裂缝区域的压力。

可选地，耦合流动模型包括第一耦合流动模型和第二耦合流动模型。

耦合方程建立模块330，被配置为：

建立关于基质区域与裂缝区域耦合的第一耦合流动模型，第一耦合流动模型为：

其中，K_f表示裂缝区域的有效渗透率值，Q_mf表示基质区域与裂缝区域之间的窜流量，q_ffi表示第i条裂缝与第j条裂缝之间的窜流量，表示第j条裂缝在第i条裂缝上横坐标为x₀的点处的窜流量，δ为狄拉克函数，M(x₀)表示沿裂缝轴向的线函数自变量，N为裂缝区域中裂缝的总数，第i条裂缝和第j条裂缝为裂缝区域任意两条相交的裂缝。

建立关于溶洞区域与基质区域耦合的第二耦合流动模型，第二耦合流动模型为：

其中，n_d表示基质区域的单位外法向量，n_s表示溶洞区域的单位外法向量，τ_j表示交界面上切向量的一个直交系，k_j＝τ_j·K·τ_j，α₁表示滑移系数。

需要补充说明的是，本发明实施例提供的数字化岩心流动模拟分析装置，通过第一耦合模型和第二耦合模型来分析描述岩心中流体的流动情况，可以更加接近流体在地下储层中的真实流动情况，达到了提高数字化岩心流动模拟分析的准确性的效果。

综上所述，本发明实施例提供的数字化岩心流动模拟分析装置，通过基质区域方程、溶洞区域方程和裂缝区域方程来分别描述全直径岩心中不同储集空间中流体的流动情况，并根据这些方程建立不同储集空间之间的耦合流动模型，之后根据该耦合流动模型来得出岩心流动特征参数，解决了相关技术中通过进出口的压力与流量的变化得到的岩心流动特征参数准确性较低的问题。达到了提高获取的岩心流动特征参数的准确性，且能够确定岩心中流体的流动路径、流动现象并定量化的描述压力与流速变化的效果。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分步骤可以通过硬件来完成，也可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种数字化岩心流动模拟分析方法，其特征在于，所述方法包括：

根据电子计算机断层扫描获取全直径岩心的全直径岩心模型和所述全直径岩心中基质单元的基质孔喉模型；

根据所述全直径岩心模型和所述基质孔喉模型建立用于描述基质区域流动情况的基质区域方程、用于描述溶洞区域流动情况的溶洞区域方程和用于描述裂缝区域流动情况的裂缝区域方程；

根据所述基质区域方程、所述溶洞区域方程和所述裂缝区域方程以及各区域间连续边界条件建立耦合流动模型；

求解所述耦合流动模型，获取岩心流动特征参数。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述全直径岩心模型和所述基质孔喉模型建立用于描述基质区域流动情况的基质区域方程、用于描述溶洞区域流动情况的溶洞区域方程和用于描述裂缝区域流动情况的裂缝区域方程，包括：

根据达西定律建立所述基质区域方程，所述基质区域方程为：

其中，所述μ为所述全直径岩心中流体的有效粘度，所述u_d为所述基质区域中的流动速度，所述f为所述全直径岩心中流体的体积力，所述p_d为所述基质区域中的压力，所述表示所述p_d的梯度，所述K_m为所述基质孔喉模型中的等效渗透率，且所述Q_m为所述基质孔喉模型出口的流量，所述A为所述基质孔喉模型的渗流面积，所述L为所述基质孔喉模型两端的距离，所述Δp_d为所述基质孔喉模型两端的压差。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据所述全直径岩心模型和所述基质孔喉模型建立用于描述基质区域流动情况的基质区域方程、用于描述溶洞区域流动情况的溶洞区域方程和用于描述裂缝区域流动情况的裂缝区域方程，还包括：

以纳维-斯托克斯方程确定所述溶洞区域方程，所述溶洞区域方程为：

其中，所述D(u_s)为应变张量，所述表示所述应变张量的散度，所述u_s为所述溶洞区域中的流动速度，所述为所述溶洞区域的压力的梯度。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述根据所述全直径岩心模型和所述基质孔喉模型建立用于描述基质区域流动情况的基质区域方程、用于描述溶洞区域流动情况的溶洞区域方程和用于描述裂缝区域流动情况的裂缝区域方程，还包括：

通过立方定律确定所述裂缝区域方程，所述裂缝区域方程为：

其中，所述Q_f为所述裂缝区域的出口流量，所述l为所述裂缝区域进、出口距离，所述b为所述裂缝区域的裂缝开度，所述p_f是所述裂缝区域的压力，所述△p_f为所述裂缝区域进、出口的压差。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述耦合流动模型包括第一耦合流动模型和第二耦合流动模型，

所述根据所述基质区域方程、所述溶洞区域方程和所述裂缝区域方程以及各区域间连续边界条件建立耦合流动模型，包括：

建立关于所述基质区域与所述裂缝区域耦合的所述第一耦合流动模型，所述第一耦合流动模型为：

其中，所述K_f表示所述裂缝区域的有效渗透率值，所述Q_mf表示所述基质区域与所述裂缝区域之间的窜流量，所述q_ffi表示第i条裂缝与第j条裂缝之间的窜流量，所述表示所述第j条裂缝在所述第i条裂缝上横坐标为x₀的点处的窜流量，所述δ为狄拉克函数，所述M(x₀)表示沿裂缝轴向的线函数自变量，所述N为所述裂缝区域中裂缝的总数，所述第i条裂缝和所述第j条裂缝为所述裂缝区域任意两条相交的裂缝，所述x为所述第i条裂缝中任一点的横坐标，所述y为所述任一点的纵坐标；

建立关于所述溶洞区域与所述基质区域耦合的所述第二耦合流动模型，所述第二耦合流动模型为：

其中，所述n_d表示所述基质区域的单位外法向量，所述n_s表示所述溶洞区域的单位外法向量，所述τ_j表示交界面上切向量的一个直交系，k_j＝τ_j·K·τ_j，所述α₁表示滑移系数。

6.一种数字化岩心流动模拟分析装置，其特征在于，所述装置包括：

模型获取模块，被配置为根据电子计算机断层扫描获取全直径岩心的全直径岩心模型和所述全直径岩心中基质单元的基质孔喉模型；

流动方程建立模块，被配置为根据所述全直径岩心模型和所述基质孔喉模型建立用于描述基质区域流动情况的基质区域方程、用于描述溶洞区域流动情况的溶洞区域方程和用于描述裂缝区域流动情况的裂缝区域方程；

耦合方程建立模块，被配置为根据所述基质区域方程、所述溶洞区域方程和所述裂缝区域方程以及各区域间连续边界条件建立耦合流动模型；

数据获取模块，被配置为求解所述耦合流动模型，获取岩心流动特征参数。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述流动方程建立模块，被配置为：

根据达西定律建立所述基质区域方程，所述基质区域方程为：

其中，所述μ为所述全直径岩心中流体的有效粘度，所述u_d为所述基质区域中的流动速度，所述f为所述全直径岩心中流体的体积力，所述p_d为所述基质区域中的压力，所述表示所述p_d的梯度，所述K_m为所述基质孔喉模型中的等效渗透率，且所述Q_m为所述基质孔喉模型出口的流量，所述A为所述基质孔喉模型的渗流面积，所述L为所述基质孔喉模型两端的距离，所述Δp_d为所述基质孔喉模型两端的压差。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述流动方程建立模块，被配置为：

以纳维-斯托克斯方程确定所述溶洞区域方程，所述溶洞区域方程为：

其中，所述D(u_s)为应变张量，所述表示所述应变张量的散度，所述u_d为所述溶洞区域中的流动速度，所述为所述溶洞区域的压力的梯度。

9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述流动方程建立模块，被配置为：

通过立方定律确定所述裂缝区域方程，所述裂缝区域方程为：

其中，所述Q_f为所述裂缝区域的出口流量，所述l为所述裂缝区域进、出口距离，所述b为所述裂缝区域的裂缝开度，所述p_f是所述裂缝区域的压力，所述△p_f为所述裂缝区域进、出口的压差。

10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述耦合流动模型包括第一耦合流动模型和第二耦合流动模型，

所述耦合方程建立模块，被配置为：

建立关于所述基质区域与所述裂缝区域耦合的所述第一耦合流动模型，所述第一耦合流动模型为：

其中，所述K_f表示所述裂缝区域的有效渗透率值，所述Q_mf表示所述基质区域与所述裂缝区域之间的窜流量，所述q_ffi表示第i条裂缝与第j条裂缝之间的窜流量，所述表示所述第j条裂缝在所述第i条裂缝上横坐标为x₀的点处的窜流量，所述δ为狄拉克函数，所述M(x₀)表示沿裂缝轴向的线函数自变量，所述N为所述裂缝区域中裂缝的总数，所述第i条裂缝和所述第j条裂缝为所述裂缝区域任意两条相交的裂缝，所述x为所述第i条裂缝中任一点的横坐标，所述y为所述任一点的纵坐标；

建立关于所述溶洞区域与所述基质区域耦合的所述第二耦合流动模型，所述第二耦合流动模型为：

其中，所述n_d表示所述基质区域的单位外法向量，所述n_s表示所述溶洞区域的单位外法向量，所述τ_j表示交界面上切向量的一个直交系，k_j＝τ_j·K·τ_j，所述α₁表示滑移系数。