CN112699528A - 含规则裂缝柱塞岩样数字岩心建模方法及装置 - Google Patents

Abstract

一种含规则裂缝柱塞岩样数字岩心建模方法及装置，所述方法包括：根据柱塞岩心的直径及高度获得与所述柱塞岩心外接的长方体区域；在所述长方体区域内生成具有真实裂缝特征的规则裂缝；所述真实裂缝特征包括裂缝形状、裂缝中心点分布、裂缝倾角、裂缝走向、裂缝开度、裂缝粗糙度及裂缝迂曲度；对所述规则裂缝进行离散化，得到具有半充填特征的裂缝；根据具有半充填特征的裂缝得到含规则裂缝的柱塞岩样数字岩心。本申请能够基于真实裂缝特征生成规则裂缝，并对生成的规则裂缝进行离散化，最终得到含规则裂缝柱塞岩样数字岩心。

Description

含规则裂缝柱塞岩样数字岩心建模方法及装置

技术领域

本发明涉及岩石物理研究中的数字岩石物理研究领域，特别是关于一种含规则裂缝柱塞岩样数字岩心建模方法及装置。

背景技术

在众多岩石物理研究人员的不懈努力下，近二十年来，数字岩心技术已经在油气勘探及开发领域获得了快速的发展。从数字岩心技术的研究方向来讲，主要包括数字岩心建模及岩石物理性质数值计算两个方面。目前，在基于数字岩心的岩石物理性质数值计算方面，本领域技术人员已经开展了关于岩石声学性质、电学性质、渗流性质及核磁共振等的模拟及计算方面的研究。在数字岩心建模方法方面，目前主要有物理方法和数学方法两大类。

数字岩心建模的物理方法主要有微米和纳米CT扫描方法及FIB-SEM方法等。数学方法主要有高斯随机场方法、模拟退火法、顺序指示模拟方法、多点地质统计学方法、马尔科夫链方法及过程模拟方法等。物理方法具有精度高，能够反映真实岩心孔隙结构的优点，然而其缺点是建模费用较高，建模时间较长。数学方法中的前三种方法建立的数字岩心在孔隙度较低时连通性较差。多点地质统计学方法、马尔科夫链方法及过程模拟法建立的数字岩心孔隙连通性较好，但一般只适用于成岩过程简单的岩石的数字岩心重建。

且在目前众多的数字岩心建模方法中，研究主要集中在孔隙性储层数字岩心的建模方法，而对裂缝性储层数字岩心的建模方法研究较少。为了解决上述问题，现有技术通常采用如下两种方法：

1、采用分形方法来建立具有分形特征分布的裂缝网络数字岩心。

2、考虑裂缝的成因，同时也将裂缝叠加到了碳酸盐岩CT扫描的圆柱状数字岩心中。

上述现有技术建立的数字岩心中的裂缝不具有规则性，没有考虑裂缝的迂曲度及充填特征，使得开展裂缝对岩石物理性质影响的定量研究存在困难。

发明内容

针对现有技术中的问题，本申请提供一种含规则裂缝柱塞岩样数字岩心建模方法及装置，能够基于真实裂缝特征生成规则裂缝，并对生成的规则裂缝进行离散化，最终得到含规则裂缝柱塞岩样数字岩心。

为解决上述技术问题，本申请提供以下技术方案：

第一方面，本申请提供一种含规则裂缝柱塞岩样数字岩心建模方法，包括：

根据柱塞岩心的直径及高度获得与所述柱塞岩心外接的长方体区域；

在所述长方体区域内生成具有真实裂缝特征的规则裂缝；所述真实裂缝特征包括裂缝形状、裂缝中心点分布、裂缝倾角、裂缝走向、裂缝开度、裂缝粗糙度及裂缝迂曲度；

对所述规则裂缝进行离散化，得到具有半充填特征的裂缝；

根据具有半充填特征的裂缝得到含规则裂缝的柱塞岩样数字岩心。

进一步地，在根据柱塞岩心的直径及高度获得与所述柱塞岩心外接的长方体区域后，包括：

将所述长方体区域横切得到若干正方形；

通过改变所述正方形一边的长度得到对应的长方形的裂隙面。

进一步地，所述真实裂缝特征为裂缝粗糙度，生成所述真实裂缝特征的步骤，包括：

根据预设的粗糙度的数学期望得到对应的傅里叶系数；

根据所述傅里叶系数得到分数布朗运动函数；

根据所述分数布朗运动函数模拟裂缝粗糙度。

进一步地，所述真实裂缝特征为裂缝迂曲度，生成所述真实裂缝特征的步骤，包括：

根据预设的随机行走序列得到裂缝迂曲度；

根据所述裂缝迂曲度及随机行走放大倍数拟合所述裂缝迂曲度的计算参数；

根据所述计算参数得到不同的裂缝迂曲度。

进一步地，所述对所述规则裂缝进行离散化，包括：

根据预先建立的笛卡尔坐标系对位于所述裂隙面上的各离散单元进行坐标变换，得到设定倾角及设定倾向的中间离散裂缝体；

根据所述中间离散裂缝体的坐标及裂缝面在所述笛卡尔坐标系中的中心点坐标得到最终离散裂缝体。

进一步地，在对所述规则裂缝进行离散化后，包括：

利用开运算消除各所述最终离散裂缝体中的孤立离散单元；

利用闭运算获得具有半充填特征的裂缝。

第二方面，本申请提供一种含规则裂缝柱塞岩样数字岩心建模装置，包括：

区域获得单元，用于根据柱塞岩心的直径及高度获得与所述柱塞岩心外接的长方体区域；

裂缝生成单元，用于在所述长方体区域内生成具有真实裂缝特征的规则裂缝；所述真实裂缝特征包括裂缝形状、裂缝中心点分布、裂缝倾角、裂缝走向、裂缝开度、裂缝粗糙度及裂缝迂曲度；

裂缝填充单元，用于对所述规则裂缝进行离散化，得到具有半充填特征的裂缝；

岩心建模单元，用于根据具有半充填特征的裂缝得到含规则裂缝的柱塞岩样数字岩心。

进一步地，所述的含规则裂缝柱塞岩样数字岩心建模装置，还包括：

横切单元，用于将所述长方体区域横切得到若干正方形；

裂隙面生成单元，用于通过改变所述正方形一边的长度得到对应的长方形的裂隙面。

进一步地，所述真实裂缝特征为裂缝粗糙度，所述裂缝生成单元，包括：

系数确定模块，用于根据预设的粗糙度的数学期望得到对应的傅里叶系数；

函数确定模块，用于根据所述傅里叶系数得到分数布朗运动函数；

粗糙度模拟模块，用于根据所述分数布朗运动函数模拟裂缝粗糙度。

进一步地，所述真实裂缝特征为裂缝迂曲度，所述裂缝生成单元，包括：

迂曲度确定模块，用于根据预设的随机行走序列得到裂缝迂曲度；

迂曲度拟合模块，用于根据所述裂缝迂曲度及随机行走放大倍数拟合所述裂缝迂曲度的计算参数；

迂曲度调整模块，用于根据所述计算参数得到不同的裂缝迂曲度。

进一步地，所述裂缝填充单元，包括：

坐标变换模块，用于根据预先建立的笛卡尔坐标系对位于所述裂隙面上的各离散单元进行坐标变换，得到设定倾角及设定倾向的中间离散裂缝体；

离散裂缝体生成模块，用于根据所述中间离散裂缝体的坐标及裂缝面在所述笛卡尔坐标系中的中心点坐标得到最终离散裂缝体。

进一步地，所述的含规则裂缝柱塞岩样数字岩心建模装置，还包括：

孤立点消除单元，用于利用开运算消除各所述最终离散裂缝体中的孤立离散单元；

裂缝填充单元，具体用于利用闭运算获得具有半充填特征的裂缝。

针对现有技术中的问题，本申请提供一种含规则裂缝柱塞岩样数字岩心建模方法及装置，能够在充分考虑裂缝形状、裂缝中心点分布、裂缝倾角、裂缝走向、裂缝开度、裂缝粗糙度及裂缝迂曲度等真实裂缝特征的基础上，生成含规则裂缝柱塞岩样数字岩心。所生成的数字岩心与岩石物理实验测试所用的标准柱塞岩样尺寸相同，能够反映地下真实裂缝特征，为开展裂缝参数及岩石物理性质之间的定量关系研究提供了裂缝参数可调的模型。本申请提供的含规则裂缝标准柱塞岩样数字岩心建模方法还可以推广到含规则裂缝的全直径岩样及其它尺度岩样的数字模型建模领域。

附图说明

图1为本申请实施例中的含规则裂缝标准柱塞岩样数字岩心建模方法的流程图之一；

图2为本申请实施例中的含规则裂缝标准柱塞岩样数字岩心建模方法的流程图之二；

图3为本申请实施例中的生成所述真实裂缝特征的步骤的流程图之一；

图4为本申请实施例中的生成所述真实裂缝特征的步骤的流程图之二；

图5为本申请实施例中的对所述规则裂缝进行离散化的流程图；

图6为本申请实施例中的含规则裂缝标准柱塞岩样数字岩心建模方法的流程图之三；

图7为本申请实施例中的含规则裂缝标准柱塞岩样数字岩心建模装置的结构图之一；

图8为本申请实施例中的含规则裂缝标准柱塞岩样数字岩心建模装置的结构图之二；

图9为本申请实施例中的裂缝生成单元的结构图之一；

图10为本申请实施例中的裂缝生成单元的结构图之二；

图11为本申请实施例中的裂缝填充单元的结构图；

图12为本申请实施例中的含规则裂缝标准柱塞岩样数字岩心建模装置的结构图之三；

图13为本申请实施例中的根据标准柱塞岩样尺寸建立的长方体区域的示意图；

图14为本申请实施例中的光滑平板裂缝的示意图；

图15为本申请实施例中的具有粗糙度的裂缝的示意图；

图16为本申请实施例中的具天然裂缝弯曲特征的裂缝的示意图；

图17为本申请实施例中的离散裂缝体的示意图；

图18为本申请实施例中的含一条裂缝的标准柱塞岩样数字岩心的示意图；

图19为本申请实施例中的含三条裂缝的标准柱塞岩样数字岩心的示意图；

图20为本申请实施例中的电子设备的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

参见图1，为了基于真实裂缝特征生成规则裂缝，并对生成的规则裂缝进行离散化，最终得到含规则裂缝标准柱塞岩样数字岩心，本申请提供一种含规则裂缝标准柱塞岩样数字岩心建模方法，包括：

S101：根据柱塞岩心的直径及高度获得与所述柱塞岩心外接的长方体区域。

可以理解的是，由于含规则裂缝标准柱塞岩样数字岩心一般为一圆柱体，而后续在进行建模计算时，所用到的裂隙面均为长方形，因此需要预先根据标准柱塞岩心的直径及高度建立一与标准柱塞岩心外接的长方体区域。

S102：在所述长方体区域内生成具有真实裂缝特征的规则裂缝；所述真实裂缝特征包括裂缝形状、裂缝中心点分布、裂缝倾角、裂缝走向、裂缝开度、裂缝粗糙度及裂缝迂曲度；

可以理解的是，为了获得与自然环境中的真实裂缝特征相似的规则裂缝标准柱塞岩样数字岩心模型，同时也考虑到裂缝的尺度与实验室测试的标准柱塞岩样相同，需要采用不同的方法获得裂缝形状、裂缝中心点分布、裂缝倾角、裂缝走向、裂缝开度、裂缝粗糙度及裂缝迂曲度等真实裂缝特征参数，具体如下：

本申请实施例中的裂缝形状选用长方形，长方形的长边长度为标准柱塞岩心的直径，长方形的短边长度可变，可以根据实际模拟的裂缝宽度参数确定。

裂缝中心点沿标准柱塞岩心的轴线分布，裂缝中心点的间距可以是常数，也可以是变量，根据裂缝分布的研究需求确定。举例而言，在开展裂缝间距对岩石弹性参数或其它岩石物理参数，如电阻率及纵波速度的影响研究时，设置裂缝中心点的间距为常数，比如设置裂缝中心点间距为5mm，此时所有裂缝均为等距分布，两两之间的间距为5mm。而在开展不同裂缝分布特征对岩石弹性参数或者其它岩石物理参数的影响研究时，可以设置裂缝中间点的间距为变量。例如，假定有三条裂缝，两两之间的中心点间距满足等比数列分布，此时可以设定裂缝间距分别为2mm和4mm。

裂缝产状包括：裂缝倾角及裂缝走向，以上两个参数可以根据裂缝产状的研究需求确定。例如，研究裂缝倾角变化对岩石的弹性参数或其它岩石物理参数的影响规律时，可以设置裂缝的倾角从0度变化到90度，间隔为10度。

关于裂缝粗糙度及裂缝迂曲度的参数计算方法可以参见下文详细描述。

S103：对所述规则裂缝进行离散化，得到具有半充填特征的裂缝。

可以理解的是，在依据真实裂缝特征生成了裂缝面后，本申请实施例需对在裂缝面上生成的规则裂缝进行离散化，以便于后续的分析计算，例如进行杨氏模量计算及泊松比计算等。另外，在进行离散化后，还需模仿自然状态下生成的岩石裂隙特征，对生成的规则裂隙进行半填充。具体方法参见下文描述。

S104：根据具有半充填特征的裂缝得到含规则裂缝的柱塞岩样数字岩心。

可以理解的是，当所有裂隙面上的裂隙建立完成后，将其进行简单几何组合即可得到含规则裂缝标准柱塞岩样数字岩心。

从上述描述可知，本申请提供一种含规则裂缝标准柱塞岩样数字岩心建模方法及装置，能够在充分考虑裂缝形状、裂缝中心点分布、裂缝倾角、裂缝走向、裂缝开度、裂缝粗糙度及裂缝迂曲度等真实裂缝特征的基础上，生成含规则裂缝标准柱塞岩样数字岩心。所生成的数字岩心与岩石物理实验测试所用的标准柱塞岩样尺寸相同，能够反映地下真实裂缝特征，为开展裂缝参数及岩石物理性质之间的定量关系研究提供了裂缝参数可调的模型。本申请提供的含规则裂缝标准柱塞岩样数字岩心建模方法还可以推广到含规则裂缝的全直径岩样及其它尺度岩样的数字模型建模领域。

参见图2，在所述根据标准柱塞岩心的直径及高度建立一与所述标准柱塞岩心外接的长方体区域后，包括：

S201：将所述长方体区域横切得到若干正方形；

S202：通过改变所述正方形一边的长度得到对应的长方形的裂隙面。

可以理解的是，在本申请实施例中，假设所述长方体区域位于一笛卡尔坐标系中，那么可以将所述长方体区域横切为若干与xy平面相平行的若干正方形。为了方便后续计算，改变正方形一边的长度，保持另一边的长度不变，生成长方形的裂隙面。每一裂隙面的大小可以不同，但均为长方形。

从上述描述可知，当真实裂缝特征为裂缝粗糙度时，本申请提供的含规则裂缝标准柱塞岩样数字岩心建模方法能够得到长方形的若干裂隙面。

参见图3，所述真实裂缝特征为裂缝粗糙度，所述建立真实裂缝特征，包括：

S301：根据预设的粗糙度的数学期望得到对应的傅里叶系数；

S302：根据所述傅里叶系数得到分数布朗运动函数；

S303：根据所述分数布朗运动函数模拟裂缝粗糙度。

可以理解的是，本申请实施例中，裂缝粗糙度采用分数布朗运动函数获得，模拟真实裂缝表面的粗糙性，具体公式如下：

其中，E为数学期望；H为Hurst指数；k及l为求和指标；a_kl为傅里叶系数，在本申请实施例中，可以根据实际试验需要预设数学期望，再根据预设的数学期望计算得到k及l。

将k、l相关的a_kl代入分数布朗运动函数，

其中，B_H(x,y)为分数布朗运动函数；x及y为自变量；i为虚数单位；N为离散点数。

从上述描述可知，当真实裂缝特征为裂缝粗糙度时，本申请提供的含规则裂缝标准柱塞岩样数字岩心建模方法能够建立真实裂缝特征。

参见图4，所述真实裂缝特征为裂缝迂曲度，所述建立真实裂缝特征，包括：

S401：根据预设的随机行走序列得到裂缝迂曲度；

S402：根据所述裂缝迂曲度及随机行走放大倍数拟合所述裂缝迂曲度的计算参数；

S403：根据所述计算参数得到不同的裂缝迂曲度。

可以理解的是，在本申请实施例中，令

为满足随机分布的独立随机数，序列

称为随机行走序列，其中，

n为随机点总数，k为下标。所述随机分布可以包括高斯随机分布等，本申请不以此为限。

将裂缝在宽度方向上的第一个点作为一个“粒子”，假设“粒子”每次行走1个步长单位，共行走L个单位，则裂缝迂曲度τ的计算公式为：

令序列

中的R(R>1)为随机行走方大倍数，假设τ与R满足二次函数关系：

τ＝a·R²+b·R+c

那么，基于选定的随机分布类型，根据选用的随机分布计算根据R及上述计算得到的裂缝迂曲度τ可以拟合得到计算参数a、b及c。

当后续欲调整裂缝迂曲度时，可以根据选定的不同随机行走放大倍数R，通过计算参数a、b及c，计算得到不同的裂缝迂曲度τ，进而生成不同裂缝迂曲度的裂缝。

从上述描述可知，当真实裂缝特征为裂缝迂曲度时，本申请提供的含规则裂缝标准柱塞岩样数字岩心建模方法能够建立真实裂缝特征。

参见图5，所述对生成的规则裂缝进行离散化，包括：

S501：根据预先建立的笛卡尔坐标系对位于所述裂隙面上的各离散单元进行坐标变换，得到设定倾角及设定倾向的中间离散裂缝体。

可以理解的是，为了含规则裂缝标准柱塞岩样数字岩心，本申请实施例需要根据预先设定的分辨率，采用坐标变换算法对生成的规则裂缝体进行离散化。具体过程如下：

(1)根据前述步骤可知，本申请实施例中的裂缝为一长方形，每一裂缝可以对应一个离散裂缝体。每一离散裂缝体可以包括多个离散单元。这样针对每一裂缝，可以以裂缝面的中心点作为坐标原点，分别以裂缝的长边及短边所在的直线作为x轴及y轴，裂缝面的单位法向量作为z轴，建立局部笛卡尔坐标系；

(2)根据预先设定的分辨率，将裂缝的长度及宽度分别除以分辨率，获得长度方向及宽度方向上的离散单元数；

(3)将z轴方向上每一平面点对应的裂缝开度除以预先设定的分辨率，获得z轴方向的离散单元数；

(4)根据裂缝迂曲度计算得到z轴方向每一平面点对应的随机偏移数值，再与(3)中计算得到的z轴方向上每一离散单元的坐标值相加，获得z轴方向上的各离散单元的坐标值；

(5)最后进行坐标变换，具体步骤如下：

①对于任意一个离散单元A，假定其笛卡尔坐标为(x，y，z)，绕x轴旋转倾角θ后的点A’(x’,y’,z’)为：

x′＝x

y′＝ycosθ+zsinθ

z′＝-ysinθ+zcosθ

②绕z轴旋转φ后的点A”(x”,y”,z”)为：

x″＝x′cosφ+y′sinφ

y″＝-x′sinφ+y′cosφ

z″＝z′

通过以上坐标变换可以得到预设倾角为θ且预设倾向为φ的各离散单元的坐标值，进而将这些坐标值汇总得到中间离散裂缝体。

S502：根据所述中间离散裂缝体的坐标及裂缝面在所述笛卡尔坐标系中的中心点坐标得到最终离散裂缝体。

可以理解的是，本申请实施例对每一离散单元重复上述(1)～(5)的步骤，可以获得倾角为θ且倾向为φ的中间离散裂缝体，然后将中间离散裂缝体中每一离散单元的坐标值加上裂缝在全局坐标系中的中心点坐标，平移后就得到最终离散裂缝体。

从上述描述可知，本申请提供的含规则裂缝标准柱塞岩样数字岩心建模方法能够对生成的规则裂缝进行离散化。

参见图6，在所述对生成的规则裂缝进行离散化后，本申请提供的含规则裂缝标准柱塞岩样数字岩心建模方法，还包括：

S601：利用开运算消除各所述最终离散裂缝体中的孤立离散单元；

S602：利用闭运算获得具有半充填特征的裂缝。

可以理解的是，在数学形态学中，其基本变换都是利用基本对称结构元素进行迭代运算的。常见的结构元素有十字形、正方形、长方形及钻石型等。可用这些结构元素来进行数学形态学中的腐蚀及膨胀等运算。在本申请实施例中，可以选用合适的结构元素对最终离散裂缝体执行数学形态学开运算，以便消除S501～S502步骤坐标变换过程中形成的孤立离散单元，一般可以选择十字形的结构元素。所谓孤立离散单元具体是指悬浮于岩石基质离散单元中的裂缝离散单元。在消除裂缝离散单元后，可以执行数学形态学闭运算，获得具有半充填特征的裂缝。这样做的目的在于：由于在自然状态下，岩石中的裂缝具有本领域技术人员所熟知的半充填特征，因此，在本申请实施例中，为了更好地模仿自然状态下生长出的裂缝，生成更具试验价值的数字岩心模型，采用数学形态学运算方法，人为为裂缝中添加部分充填物质。

从上述描述可知，本申请提供的含规则裂缝标准柱塞岩样数字岩心建模方法能够消除最终离散裂缝体中的孤立离散单元，获得具有半充填特征的裂缝。

为了对上述含规则裂缝标准柱塞岩样数字岩心建模方法进行更为清楚、直观的解释，下面举一具体的实施例：

首先以本申请实施例中所述的长方体区域的中轴线为轴线，根据圆的解析几何关系，取内切于长方体的圆柱体。然后，将圆柱体裂缝区域内的所有离散单元赋值为0，裂缝区域以外的所有离散单元赋值为1，可以最终获得含规则裂缝标准柱塞岩样数字岩心。

参见图13，结合步骤S101，图13为根据标准柱塞岩样尺寸建立的长方体区域。标准柱塞岩样的直径一般为1英寸，也就是25.4mm，高度一般为50mm。因此，长方体区域的长和宽相等，均为25.4mm，高为50mm。接下来将在该区域内采用本申请所述的含规则裂缝标准柱塞岩样数字岩心建模方法建立规则裂缝。

参见图14、图15及图16，结合步骤S102，图14为裂缝形状为长方形，裂缝倾角为30度，裂缝走向为90度，裂缝开度为0.5mm，裂缝长度及宽度分别为25.4mm及20.3mm的光滑平板裂缝。图15为采用分数布朗运动获得的具有粗糙度的裂缝，裂缝形状为长方形，裂缝倾角为30度，裂缝走向为90度，裂缝长度及宽度分别为25.4mm及20.3mm。裂缝开度不再是常数，变化范围从0.5mm到0.7mm。图16是在图15的基础上，考虑裂缝迂曲度后，建立的具天然裂缝弯曲特征的裂缝。该裂缝形状为长方形，裂缝倾角为30度，裂缝走向为90度，裂缝长度为25.4mm，裂缝宽度存在变化，裂缝开度变化范围从0.5mm到0.7mm，裂缝迂曲度为1.2。

参见图17，结合步骤S103，设定分辨率为0.1mm。图17为一条裂缝经过坐标变换后生成的离散裂缝体及其所在的长方体区域的离散化结果。裂缝参数详见图15标示。

参见图18及图19，结合步骤S103。采用数学形态学开运算消除离散裂缝体中的孤立离散单元，同时采用数学形态学闭运算获得具有半充填特征的裂缝。最后，对长方体及其内部生成的规则裂缝圆柱化，获得与其尺寸完全相同的含规则裂缝标准柱塞岩样数字岩心。图18为含一条裂缝的标准柱塞岩样数字岩心。图19为含有三条规则裂缝的标准柱塞岩样数字岩心，其中，裂缝的间距为3mm。该模型中裂缝倾角、裂缝走向、裂缝长度、裂缝开度、裂缝粗糙度、裂缝迂曲度及裂缝充填特征均可根据研究需要进行调整，具有非常强的灵活性，适用于研究不同裂缝参数与岩石纵横波速度及弹性模量之间的定量关系，为裂缝性储层岩石物理理论模型建立及研究提供了很好的数字化模型。

基于同一发明构思，本申请实施例还提供了一种含规则裂缝标准柱塞岩样数字岩心建模装置，可以用于实现上述实施例所描述的方法，如下面的实施例所述。由于含规则裂缝标准柱塞岩样数字岩心建模装置解决问题的原理与含规则裂缝标准柱塞岩样数字岩心建模方法相似，因此含规则裂缝标准柱塞岩样数字岩心建模装置的实施可以参见基于软件性能基准确定方法的实施，重复之处不再赘述。以下所使用的，术语“单元”或者“模块”可以实现预定功能的软件和/或硬件的组合。尽管以下实施例所描述的系统较佳地以软件来实现，但是硬件，或者软件和硬件的组合的实现也是可能并被构想的。

参见图7，为了基于真实裂缝特征生成规则裂缝，并对生成的规则裂缝进行离散化，最终得到含规则裂缝标准柱塞岩样数字岩心，本申请提供一种含规则裂缝标准柱塞岩样数字岩心建模装置，包括：区域获得单元701、裂缝生成单元702、裂缝填充单元703及岩心建模单元704。

区域获得单元701，用于根据柱塞岩心的直径及高度获得与所述柱塞岩心外接的长方体区域；

裂缝生成单元702，用于在所述长方体区域内生成具有真实裂缝特征的规则裂缝；所述真实裂缝特征包括裂缝形状、裂缝中心点分布、裂缝倾角、裂缝走向、裂缝开度、裂缝粗糙度及裂缝迂曲度；

裂缝填充单元703，用于对所述规则裂缝进行离散化，得到具有半充填特征的裂缝；

岩心建模单元704，用于根据具有半充填特征的裂缝得到含规则裂缝的柱塞岩样数字岩心。

参见图8，所述的含规则裂缝柱塞岩样数字岩心建模装置，还包括：横切单元801及裂隙面生成单元802。

横切单元801，用于将所述长方体区域横切得到若干正方形；

裂隙面生成单元802，用于通过改变所述正方形一边的长度得到对应的长方形的裂隙面。

参见图9，所述真实裂缝特征为裂缝粗糙度，所述裂缝生成单元，包括：系数确定模块901、函数确定模块902及粗糙度模拟模块903。

系数确定模块901，用于根据预设的粗糙度的数学期望得到对应的傅里叶系数；

函数确定模块902，用于根据所述傅里叶系数得到分数布朗运动函数；

粗糙度模拟模块903，用于根据所述分数布朗运动函数模拟裂缝粗糙度。

参见图10，所述真实裂缝特征为裂缝迂曲度，所述裂缝生成单元，包括：迂曲度确定模块1001、迂曲度拟合模块1002及迂曲度调整模块1003。

迂曲度确定模块1001，用于根据预设的随机行走序列得到裂缝迂曲度；

迂曲度拟合模块1002，用于根据所述裂缝迂曲度及随机行走放大倍数拟合所述裂缝迂曲度的计算参数；

迂曲度调整模块1003，用于根据所述计算参数得到不同的裂缝迂曲度。

参见图11，所述裂缝填充单元，包括：坐标变换模块1101及离散裂缝体生成模块1102。

坐标变换模块1101，用于根据预先建立的笛卡尔坐标系对位于所述裂隙面上的各离散单元进行坐标变换，得到设定倾角及设定倾向的中间离散裂缝体；

离散裂缝体生成模块1102，用于根据所述中间离散裂缝体的坐标及裂缝面在所述笛卡尔坐标系中的中心点坐标得到最终离散裂缝体。

参见图12，所述的含规则裂缝柱塞岩样数字岩心建模装置，还包括：孤立点消除单元1201及裂缝填充单元1202。

孤立点消除单元1201，用于利用开运算消除各所述最终离散裂缝体中的孤立离散单元；

裂缝填充单元1202，具体用于利用闭运算获得具有半充填特征的裂缝。

从硬件层面来说，为了基于真实裂缝特征生成规则裂缝，并对生成的规则裂缝进行离散化，最终得到含规则裂缝标准柱塞岩样数字岩心，本申请提供一种用于实现所述含规则裂缝标准柱塞岩样数字岩心建模方法中的全部或部分内容的电子设备的实施例，所述电子设备具体包含有如下内容：

处理器(Processor)、存储器(Memory)、通讯接口(Communications Interface)和总线；其中，所述处理器、存储器、通讯接口通过所述总线完成相互间的通讯；所述通讯接口用于实现所述含规则裂缝标准柱塞岩样数字岩心建模装置与核心业务系统、用户终端以及相关数据库等相关设备之间的信息传输；该逻辑控制器可以是台式计算机、平板电脑及移动终端等，本实施例不限于此。在本实施例中，该逻辑控制器可以参照实施例中的含规则裂缝标准柱塞岩样数字岩心建模方法的实施例，以及含规则裂缝标准柱塞岩样数字岩心建模装置的实施例进行实施，其内容被合并于此，重复之处不再赘述。

可以理解的是，所述用户终端可以包括智能手机、平板电子设备、网络机顶盒、便携式计算机、台式电脑、个人数字助理(PDA)、车载设备、智能穿戴设备等。其中，所述智能穿戴设备可以包括智能眼镜、智能手表、智能手环等。

在实际应用中，含规则裂缝标准柱塞岩样数字岩心建模方法的部分可以在如上述内容所述的电子设备侧执行，也可以所有的操作都在所述客户端设备中完成。具体可以根据所述客户端设备的处理能力，以及用户使用场景的限制等进行选择。本申请对此不作限定。若所有的操作都在所述客户端设备中完成，所述客户端设备还可以包括处理器。

上述的客户端设备可以具有通讯模块(即通讯单元)，可以与远程的服务器进行通讯连接，实现与所述服务器的数据传输。所述服务器可以包括任务调度中心一侧的服务器，其他的实施场景中也可以包括中间平台的服务器，例如与任务调度中心服务器有通讯链接的第三方服务器平台的服务器。所述的服务器可以包括单台计算机设备，也可以包括多个服务器组成的服务器集群，或者分布式装置的服务器结构。

图20为本申请实施例的电子设备9600的系统构成的示意框图。如图20所示，该电子设备9600可以包括中央处理器9100和存储器9140；存储器9140耦合到中央处理器9100。值得注意的是，该图20是示例性的；还可以使用其他类型的结构，来补充或代替该结构，以实现电信功能或其他功能。

一实施例中，含规则裂缝标准柱塞岩样数字岩心建模方法功能可以被集成到中央处理器9100中。其中，中央处理器9100可以被配置为进行如下控制：

S101：根据柱塞岩心的直径及高度获得与所述柱塞岩心外接的长方体区域。

S102：在所述长方体区域内生成具有真实裂缝特征的规则裂缝；所述真实裂缝特征包括裂缝形状、裂缝中心点分布、裂缝倾角、裂缝走向、裂缝开度、裂缝粗糙度及裂缝迂曲度。

S103：对所述规则裂缝进行离散化，得到具有半充填特征的裂缝。

S104：根据具有半充填特征的裂缝得到含规则裂缝的柱塞岩样数字岩心。

从上述描述可知，本申请提供的含规则裂缝标准柱塞岩样数字岩心建模方法及装置，能够在充分考虑裂缝形状、裂缝中心点分布、裂缝倾角、裂缝走向、裂缝开度、裂缝粗糙度及裂缝迂曲度等真实裂缝特征的基础上，生成含规则裂缝柱塞岩样数字岩心。所生成的数字岩心与岩石物理实验测试所用的标准柱塞岩样尺寸相同，能够反映地下真实裂缝特征，为开展裂缝参数及岩石物理性质之间的定量关系研究提供了裂缝参数可调的模型。本申请提供的含规则裂缝标准柱塞岩样数字岩心建模方法还可以推广到含规则裂缝的全直径岩样及其它尺度岩样的数字模型建模领域。

在另一个实施方式中，含规则裂缝标准柱塞岩样数字岩心建模装置可以与中央处理器9100分开配置，例如可以将数据复合传输装置含规则裂缝标准柱塞岩样数字岩心建模装置配置为与中央处理器9100连接的芯片，通过中央处理器的控制来实现含规则裂缝标准柱塞岩样数字岩心建模方法的功能。

如图20所示，该电子设备9600还可以包括：通讯模块9110、输入单元9120、音频处理器9130、显示器9160、电源9170。值得注意的是，电子设备9600也并不是必须要包括图20中所示的所有部件；此外，电子设备9600还可以包括图20中没有示出的部件，可以参考现有技术。

如图20所示，中央处理器9100有时也称为控制器或操作控件，可以包括微处理器或其他处理器装置和/或逻辑装置，该中央处理器9100接收输入并控制电子设备9600的各个部件的操作。

其中，存储器9140，例如可以是缓存器、闪存、硬驱、可移动介质、易失性存储器、非易失性存储器或其它合适装置中的一种或更多种。可储存上述与失败有关的信息，此外还可存储执行有关信息的程序。并且中央处理器9100可执行该存储器9140存储的该程序，以实现信息存储或处理等。

输入单元9120向中央处理器9100提供输入。该输入单元9120例如为按键或触摸输入装置。电源9170用于向电子设备9600提供电力。显示器9160用于进行图像和文字等显示对象的显示。该显示器例如可为LCD显示器，但并不限于此。

该存储器9140可以是固态存储器，例如，只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、SIM卡等。还可以是这样的存储器，其即使在断电时也保存信息，可被选择性地擦除且设有更多数据，该存储器的示例有时被称为EPROM等。存储器9140还可以是某种其它类型的装置。存储器9140包括缓冲存储器9141(有时被称为缓冲器)。存储器9140可以包括应用/功能存储部9142，该应用/功能存储部9142用于存储应用程序和功能程序或用于通过中央处理器9100执行电子设备9600的操作的流程。

存储器9140还可以包括数据存储部9143，该数据存储部9143用于存储数据，例如联系人、数字数据、图片、声音和/或任何其他由电子设备使用的数据。存储器9140的驱动程序存储部9144可以包括电子设备的用于通讯功能和/或用于执行电子设备的其他功能(如消息传送应用、通讯录应用等)的各种驱动程序。

通讯模块9110即为经由天线9111发送和接收信号的发送机/接收机9110。通讯模块(发送机/接收机)9110耦合到中央处理器9100，以提供输入信号和接收输出信号，这可以和常规移动通讯终端的情况相同。

基于不同的通讯技术，在同一电子设备中，可以设置有多个通讯模块9110，如蜂窝网络模块、蓝牙模块和/或无线局域网模块等。通讯模块(发送机/接收机)9110还经由音频处理器9130耦合到扬声器9131和麦克风9132，以经由扬声器9131提供音频输出，并接收来自麦克风9132的音频输入，从而实现通常的电信功能。音频处理器9130可以包括任何合适的缓冲器、解码器、放大器等。另外，音频处理器9130还耦合到中央处理器9100，从而使得可以通过麦克风9132能够在本机上录音，且使得可以通过扬声器9131来播放本机上存储的声音。

本申请的实施例还提供能够实现上述实施例中的执行主体为服务器或客户端的含规则裂缝标准柱塞岩样数字岩心建模方法中全部步骤的一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现上述实施例中的执行主体为服务器或客户端的含规则裂缝标准柱塞岩样数字岩心建模方法的全部步骤，例如，所述处理器执行所述计算机程序时实现下述步骤：

S101：根据柱塞岩心的直径及高度获得与所述柱塞岩心外接的长方体区域。

S102：在所述长方体区域内生成具有真实裂缝特征的规则裂缝；所述真实裂缝特征包括裂缝形状、裂缝中心点分布、裂缝倾角、裂缝走向、裂缝开度、裂缝粗糙度及裂缝迂曲度。

S103：对所述规则裂缝进行离散化，得到具有半充填特征的裂缝。

S104：根据具有半充填特征的裂缝得到含规则裂缝的柱塞岩样数字岩心。

从上述描述可知，本申请提供的含规则裂缝标准柱塞岩样数字岩心建模方法及装置，能够在充分考虑裂缝形状、裂缝中心点分布、裂缝倾角、裂缝走向、裂缝开度、裂缝粗糙度及裂缝迂曲度等真实裂缝特征的基础上，生成含规则裂缝柱塞岩样数字岩心。所生成的数字岩心与岩石物理实验测试所用的标准柱塞岩样尺寸相同，能够反映地下真实裂缝特征，为开展裂缝参数及岩石物理性质之间的定量关系研究提供了裂缝参数可调的模型。本申请提供的含规则裂缝标准柱塞岩样数字岩心建模方法还可以推广到含规则裂缝的全直径岩样及其它尺度岩样的数字模型建模领域。

本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、装置、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(装置)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

本发明中应用了具体实施例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (14)

1.一种含规则裂缝柱塞岩样数字岩心建模方法，其特征在于，包括：

根据柱塞岩心的直径及高度获得与所述柱塞岩心外接的长方体区域；

在所述长方体区域内生成具有真实裂缝特征的规则裂缝；所述真实裂缝特征包括裂缝形状、裂缝中心点分布、裂缝倾角、裂缝走向、裂缝开度、裂缝粗糙度及裂缝迂曲度；

对所述规则裂缝进行离散化，得到具有半充填特征的裂缝；

根据具有半充填特征的裂缝得到含规则裂缝的柱塞岩样数字岩心。

2.根据权利要求1所述的含规则裂缝柱塞岩样数字岩心建模方法，其特征在于，在根据柱塞岩心的直径及高度获得与所述柱塞岩心外接的长方体区域后，包括：

将所述长方体区域横切得到若干正方形；

通过改变所述正方形一边的长度得到对应的长方形的裂隙面。

3.根据权利要求1所述的含规则裂缝柱塞岩样数字岩心建模方法，其特征在于，所述真实裂缝特征为裂缝粗糙度，生成所述真实裂缝特征的步骤，包括：

根据预设的粗糙度的数学期望得到对应的傅里叶系数；

根据所述傅里叶系数得到分数布朗运动函数；

根据所述分数布朗运动函数模拟裂缝粗糙度。

4.根据权利要求1所述的含规则裂缝柱塞岩样数字岩心建模方法，其特征在于，所述真实裂缝特征为裂缝迂曲度，生成所述真实裂缝特征的步骤，包括：

根据预设的随机行走序列得到裂缝迂曲度；

根据所述裂缝迂曲度及随机行走放大倍数拟合所述裂缝迂曲度的计算参数；

根据所述计算参数得到不同的裂缝迂曲度。

5.根据权利要求2所述的含规则裂缝柱塞岩样数字岩心建模方法，其特征在于，对所述规则裂缝进行离散化，包括：

根据预先建立的笛卡尔坐标系对位于所述裂隙面上的各离散单元进行坐标变换，得到设定倾角及设定倾向的中间离散裂缝体；

根据所述中间离散裂缝体的坐标及裂缝面在所述笛卡尔坐标系中的中心点坐标得到最终离散裂缝体。

6.根据权利要求5所述的含规则裂缝柱塞岩样数字岩心建模方法，其特征在于，在对所述规则裂缝进行离散化后，包括：

利用开运算消除各所述最终离散裂缝体中的孤立离散单元；

利用闭运算获得具有半充填特征的裂缝。

7.一种含规则裂缝柱塞岩样数字岩心建模装置，其特征在于，包括：

区域获得单元，用于根据柱塞岩心的直径及高度获得与所述柱塞岩心外接的长方体区域；

裂缝生成单元，用于在所述长方体区域内生成具有真实裂缝特征的规则裂缝；所述真实裂缝特征包括裂缝形状、裂缝中心点分布、裂缝倾角、裂缝走向、裂缝开度、裂缝粗糙度及裂缝迂曲度；

裂缝填充单元，用于对所述规则裂缝进行离散化，得到具有半充填特征的裂缝；

岩心建模单元，用于根据具有半充填特征的裂缝得到含规则裂缝的柱塞岩样数字岩心。

8.根据权利要求7所述的含规则裂缝柱塞岩样数字岩心建模装置，其特征在于，还包括：

横切单元，用于将所述长方体区域横切得到若干正方形；

裂隙面生成单元，用于通过改变所述正方形一边的长度得到对应的长方形的裂隙面。

9.根据权利要求7所述的含规则裂缝柱塞岩样数字岩心建模装置，其特征在于，所述真实裂缝特征为裂缝粗糙度，所述裂缝生成单元，包括：

系数确定模块，用于根据预设的粗糙度的数学期望得到对应的傅里叶系数；

函数确定模块，用于根据所述傅里叶系数得到分数布朗运动函数；

粗糙度模拟模块，用于根据所述分数布朗运动函数模拟裂缝粗糙度。

10.根据权利要求7所述的含规则裂缝柱塞岩样数字岩心建模装置，其特征在于，所述真实裂缝特征为裂缝迂曲度，所述裂缝生成单元，包括：

迂曲度确定模块，用于根据预设的随机行走序列得到裂缝迂曲度；

迂曲度拟合模块，用于根据所述裂缝迂曲度及随机行走放大倍数拟合所述裂缝迂曲度的计算参数；

迂曲度调整模块，用于根据所述计算参数得到不同的裂缝迂曲度。

11.根据权利要求8所述的含规则裂缝柱塞岩样数字岩心建模装置，其特征在于，所述裂缝填充单元，包括：

坐标变换模块，用于根据预先建立的笛卡尔坐标系对位于所述裂隙面上的各离散单元进行坐标变换，得到设定倾角及设定倾向的中间离散裂缝体；

离散裂缝体生成模块，用于根据所述中间离散裂缝体的坐标及裂缝面在所述笛卡尔坐标系中的中心点坐标得到最终离散裂缝体。

12.根据权利要求11所述的含规则裂缝柱塞岩样数字岩心建模装置，其特征在于，还包括：

孤立点消除单元，用于利用开运算消除各所述最终离散裂缝体中的孤立离散单元；

裂缝填充单元，具体用于利用闭运算获得具有半充填特征的裂缝。

13.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现权利要求1至6任一项所述的含规则裂缝柱塞岩样数字岩心建模方法的步骤。

14.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至6任一项所述的含规则裂缝柱塞岩样数字岩心建模方法的步骤。

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