CN115310381A - 基于典型单元体计算的裂隙岩体渗流场模拟方法及终端 - Google Patents
基于典型单元体计算的裂隙岩体渗流场模拟方法及终端 Download PDFInfo
- Publication number
- CN115310381A CN115310381A CN202210943250.3A CN202210943250A CN115310381A CN 115310381 A CN115310381 A CN 115310381A CN 202210943250 A CN202210943250 A CN 202210943250A CN 115310381 A CN115310381 A CN 115310381A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- permeability
- rock mass
- fractured rock
- calculation
- fracture
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
- G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
- G06F30/20—Design optimisation, verification or simulation
- G06F30/28—Design optimisation, verification or simulation using fluid dynamics, e.g. using Navier-Stokes equations or computational fluid dynamics [CFD]
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
- G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
- G06F30/20—Design optimisation, verification or simulation
- G06F30/23—Design optimisation, verification or simulation using finite element methods [FEM] or finite difference methods [FDM]
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
- G06F2113/00—Details relating to the application field
- G06F2113/08—Fluids
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
- G06F2119/00—Details relating to the type or aim of the analysis or the optimisation
- G06F2119/14—Force analysis or force optimisation, e.g. static or dynamic forces
Abstract
本发明公开了一种基于典型单元体计算的裂隙岩体渗流场模拟方法及终端,包括以下步骤:获取裂隙几何参数数据并建立二维离散裂隙网络模型;截取裂隙网络模型计算域,并设置边界条件,计算该计算域内裂隙岩体的渗透系数;求解不同方向上的渗透系数;拟合渗透椭圆,得到该计算域裂隙岩体的渗透张量和均方误差值RMS;得到渗透性典型单元体尺寸;将渗透性典型单元体尺寸作为水文地质试验的试验尺度,并赋予到裂隙岩体渗流模型中,从而模拟裂隙岩体渗流。采用本方案,能通过相应步骤快速计算分析得到裂隙介质典型单元体尺寸,从而将试验尺度和模型剖分尺度统一为典型单元体尺寸,提升模型渗透系数场的仿真性,从而提高裂隙岩体渗流场模拟结果的可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及工程地质分析技术领域,具体涉及一种基于典型单元体计算的裂隙岩体渗流场模拟方法及终端。
背景技术
随着人工压裂技术在低渗透性油藏开发中的大规模应用以及高放射性废弃物处置和地下水封洞库等大型地下工程项目的兴起,裂隙介质渗流场数值模拟技术逐渐受到重视,其在裂隙岩体相关的工程项目中具有不可忽视的重要作用。
目前国内外常用的裂隙介质渗流模型分为三种:等效连续介质模型、离散裂隙网络模型和双重介质渗流模型。其中,离散裂隙网络模型和双重介质渗流模型的构建需要大量的裂隙几何参数数据来支撑,生成的随机模型具有一定的不确定性,并且生成模型的过程中会产生庞大的数据,不利于后续进行处理分析。等效连续介质模型是将地下水在裂隙网络中的流动等效处理为在多孔介质中的流动,从而用连续介质的方法对裂隙介质中的地下水流动问题进行研究。这种方法比较适用于裂隙较发育的研究区域,并且多孔介质中的渗流计算理论已经比较成熟,已经有一些学者采用这种方法解决了一些相关的实际工程问题。
然而,等效连续介质模型应用在裂隙岩体地下水模拟中还存在一个难点,即如何赋予模型合适的渗透系数场。渗透系数是进行渗流场模拟研究最重要的水文地质参数。由于裂隙介质渗透性具有强烈的非均质性和各向异性,其渗透系数的空间尺度效应表现得尤为显著,即随着研究尺度的变化,其渗透系数也会发生较大的变化,这种变化甚至能达到几个数量级。所以,如果不能赋予模型合适的渗透系数场,模拟结果可能会产生极大的误差。
现有的大部分研究在用等效连续介质模型法进行裂隙岩体渗流场模拟时,主要是参考经验数据进行模型网格剖分,对渗透系数的赋值采用的是分层分区赋值方法,渗透系数的获取则一般是通过现场的压水试验等水文地质试验方法。这种技术处理存在的最主要的问题是忽视了裂隙岩体渗透性的空间尺度效应。以最常用的压水试验为例,即使在同一个钻孔中,试验试段长度不同,试验得出的渗透系数也是不同的。如果裂隙岩体渗透性典型单元体的大小未知,试验得出的渗透系数本身就不具备较好的代表性。将这种试验得到的渗透系数再赋予到根据经验剖分的模型中,还可能会存在试验尺度与模拟尺度不匹配的情况,让模型的渗透系数场更加不具备真实性和可靠性,从而严重影响渗流场模拟结果的可靠性。
发明内容
本发明为解决现有技术的不足,目的在于提供一种基于典型单元体计算的裂隙岩体渗流场模拟方法及终端,采用本方案,能通过相应步骤快速计算分析得到裂隙介质典型单元体尺寸,从而将试验尺度和模型剖分尺度统一为典型单元体尺寸,提升模型渗透系数场的仿真性,从而提高裂隙岩体渗流场模拟结果的可靠性。
本发明通过下述技术方案实现:
基于典型单元体计算的裂隙岩体渗流场模拟方法,所述方法包括以下步骤:
S1:获取裂隙几何参数数据,基于所述裂隙几何参数数据建立二维离散裂隙网络模型;
S2:截取裂隙网络模型计算域,并设置边界条件,基于所述边界条件,计算该计算域内裂隙岩体沿水力梯度方向的渗透系数;
S3:求解不同方向上的渗透系数;
S4:基于不同方向上的渗透系数,拟合渗透椭圆,得到该计算域裂隙岩体的渗透张量和均方误差值RMS;从而得到渗透性典型单元体尺寸;
S5:重复步骤S2、S3和S4,并不断改变S2中截取的计算域的尺寸,得到变尺寸度计算域模型的渗透性参数,并计算其均方误差值RMS,从而得到渗透性典型单元体尺寸;
S6:将所述渗透性典型单元体尺寸作为水文地质试验的试验尺度,并赋予到裂隙岩体渗流模型中,从而模拟裂隙岩体渗流。
相对于现有技术中,如果裂隙岩体渗透性典型单元体的大小未知,试验得出的渗透系数本身就不具备较好的代表性,将这种试验得到的渗透系数再赋予到根据经验剖分的模型中,还可能会存在试验尺度与模拟尺度不匹配的情况,让模型的渗透系数场更加不具备真实性和可靠性,从而严重影响渗流场模拟结果的可靠性的问题,本发明提供了一种基于典型单元体计算的裂隙岩体渗流场模拟方法,具体方法步骤中,是基于水均衡原理,应用离散裂隙网络稳定渗流数学模型,计算在给定边界条件下某个计算域内裂隙岩体的渗透系数,并通过求解不同方向上的渗透系数来拟合渗透椭圆的方法,得到该计算域裂隙岩体的渗透张量;再通过不断更改计算域尺寸,得到不同尺度计算域模型的渗透性参数,并计算其均方误差RMS,从而快速分析得到渗透性典型单元体尺寸。而在得到研究区域渗透性典型单元体尺寸后,以该尺寸作为压水试验等水文地质试验的试验尺度,得到合适的渗透性参数,同时以该尺寸作为裂隙岩体渗流模型的网格剖分尺寸,将试验得到的渗透性参数赋予到模型中,将会大大提升裂隙岩体渗流模拟结果的准确性和可靠性。
进一步优化,当所述渗透性参数趋于稳定且RMS≤0.2时,认定该计算域尺寸为渗透性典型单元体尺寸。
进一步优化,所述步骤S1包括以下具体步骤:
基于所述裂隙几何参数数据,对不同的裂隙几何参数数据进行概率分析,得到各个参数所服从的概率密度分布形式和统计学参数;应用Monte-Carlo法分别得到每个裂隙几何参数对应的符合相应概率分布的随机数,以此建立二维离散裂隙网络模型;
上述步骤中,可通过测线法、测窗法、地质素描和数字摄影结合技术、钻孔智能电视成像及分析技术等技术方法对研究区域的裂隙结构面数据进行野外实测、记录和统计,以获取充足的裂隙产状、迹长、密度、隙宽等几何参数数据,而通过这四个几何特征参数,可以在空间中唯一确定某条特定的裂隙。
进一步优化,建立所述二维离散裂隙网络模型后,还包括以下步骤:
将所述二维离散裂隙网络模型中所有的裂隙几何参数数据储存在裂隙网络模型信息矩阵中,并导入裂隙网络模型信息矩阵,获得裂隙网络生成域,基于所述裂隙网络生成域,截取裂隙网络模型计算域。
进一步优化,截取的所述计算域的边长不超过生成域的二分之一;以避免边界效应导致边缘裂隙密度过低,影响计算结果,而在截取裂隙网络模型计算域后,还需调整超出计算域的裂隙端点坐标。
进一步优化,所述步骤S2还包括以下具体步骤:
S21:判断每条裂隙与其它所有裂隙及计算域边界的交点数量;
S22:给定边界条件,对计算域内所有交点和线单元进行编号排序,分别得到总交点矩阵和线单元编号列向量;计算域内的所述交点包括裂隙之间的交点以及裂隙与边界的交点;
S23:将线单元编号列向量、线单元长度列向量和裂隙宽度列向量依次连接在排序后的裂隙坐标矩阵右侧得到裂隙宽度矩阵;由计算域内交点与线单元的衔接关系以及裂隙宽度矩阵,分别得到衔接矩阵及对角矩阵;
S24:基于所述边界条件,计算沿水力梯度方向的渗透系数。
进一步优化,所述判断每条裂隙与其它所有裂隙及计算域边界的交点数量时,需将与其它裂隙的交点少于两个的裂隙进行剔除;这些裂隙属于孤立裂隙和死端裂隙,对裂隙网络模型中的地下水渗流运动没有任何影响,可以直接剔除,以免增加程序运算量。
进一步优化,通过跨立算法判断每条裂隙与其它所有裂隙及计算域边界的交点数量。
进一步优化,所述步骤S3还包括以下具体步骤:
S31:将所述裂隙网络生成域中所有的裂隙绕坐标原点旋转多个角度,计算旋转后的裂隙两端点坐标,并替换原裂隙网络模型信息矩阵中的坐标值,得到新的裂隙网络模型信息矩阵;
S32:基于所述新的裂隙网络模型信息矩阵,重复步骤S2和S3,得到每个旋转角度方向上的裂隙网络模型渗透系数。
进一步优化,所述步骤S4还包括以下子步骤:
以每个方向的旋转角度数及对应角度所计算出的渗透系数的平方根倒数为坐标点,在极坐标系下进行绘制,并采用最小二乘法将所有坐标点拟合成渗透椭圆,输出椭圆的长半轴、短半轴尺寸以及椭圆长轴与x轴的夹角,从而计算渗透主值、渗透张量、主渗透方向以及均方误差值RMS。
进一步优化,所述边界条件包括:基于左右边界,设置为存在水头差的定水头边界,以及基于上下边界设置的隔水边界。
进一步优化,所述步骤S6包括以下具体步骤:
将渗透性典型单元体尺寸作为水文地质试验的试验尺度,并得到相应的渗透性参数;
以该渗透性典型单元体尺寸作为裂隙岩体渗流模型的网格剖分尺寸,并将相应的渗透性参数赋予到裂隙岩体渗流模型中,从而模拟裂隙岩体渗流。
上述步骤中,当研究尺度增加到某个临界值后,裂隙岩体的渗透性参数会逐渐稳定,这个临界尺度大小就是裂隙岩体渗透性典型单元体大小。以典型单元体尺寸作为裂隙岩体渗流模型的网格剖分尺度,理论上就可以达到用等效连续介质模型法研究裂隙岩体渗流场的最优条件,将会极大地提高模拟的仿真性和结果的可靠性。
进一步优化,还包括以下步骤:
根据裂隙发育规律对研究区进行水平分区、垂向分层,重复步骤S1~S4,获取各层各区的渗透性典型单元体尺寸;
基于所述各层各区的渗透性典型单元体尺寸,分别进行不同实验尺度的水文地质实验,并赋予到裂隙岩体渗流模型中,从而模拟裂隙岩体渗流。
本发明与现有技术相比,具有如下的优点和有益效果:
本发明提供了一种基于典型单元体计算的裂隙岩体渗流场模拟方法及终端,采用本方案,能基于MATLAB程序快速计算分析得到裂隙介质典型单元体尺寸,统一裂隙岩体渗流研究中水文地质试验尺度与渗流模型网格剖分尺度为渗透性典型单元体尺寸,并结合水平分区、垂向分层的方法,使渗流模型的渗透系数场赋值与实际地质条件更为相符,有效地提升了裂隙岩体渗流模拟结果的准确性和可靠性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明示例性实施方式的技术方案,下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍,应当理解,以下附图仅示出了本发明的某些实施例,因此不应被看作是对范围的限定,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相关的附图。在附图中:
图1为本发明提供的流程示意图。
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明白,下面结合实施例,对本发明作进一步的详细说明,本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明,并不作为对本发明的限定。
实施例1
本实施例1提供了一种基于典型单元体计算的裂隙岩体渗流场模拟方法,如图1所示,具体方案中,是基于水均衡原理,应用离散裂隙网络稳定渗流数学模型,计算在给定边界条件下某个计算域内裂隙岩体的渗透系数,并通过求解不同方向上的渗透系数来拟合渗透椭圆的方法,得到该计算域裂隙岩体的渗透张量。再通过不断更改计算域尺寸,得到不同尺度计算域模型的渗透性参数,并计算其均方误差RMS,从而分析得到渗透性典型单元体尺寸。
其具体过程主要通过MATLAB编写程序实现,步骤如下:
步骤一:统计分析裂隙几何参数实测数据,生成二维随机裂隙网络模型:
(1)通过测线法、测窗法、地质素描和数字摄影结合技术、钻孔智能电视成像及分析技术等技术方法对研究区域的裂隙结构面数据进行野外实测、记录和统计,以获取充足的裂隙产状、迹长、密度、隙宽等几何参数数据,通过这四个几何特征参数,可以在空间中唯一确定某条特定的裂隙。
(2)分别对不同的几何特征参数数据进行概率分析,得到各个参数所服从的概率密度分布形式以及其均值、标准差等统计学参数。大量的研究显示,裂隙几何参数服从的概率分布模型一般有均匀分布、正态分布、对数正态分布和负指数分布等。
(3)在MATLAB中编写程序,在生成域中应用Monte-Carlo法分别得到每个裂隙几何特征参数对应的符合某种概率分布的随机数,从而形成相应的二维离散裂隙网络模型。将生成的离散裂隙网络模型中所有的裂隙几何参数数据储存在裂隙网络模型信息矩阵中。
步骤二:计算模型变尺度区域渗透性参数,分析得出渗透性典型单元体尺寸:
本专利基于水均衡原理,应用离散裂隙网络稳定渗流数学模型,计算在给定边界条件下某个计算域内裂隙岩体的渗透系数,并通过求解不同方向上的渗透系数来拟合渗透椭圆的方法,得到该计算域裂隙岩体的渗透张量。再通过不断更改计算域尺寸,得到不同尺度计算域模型的渗透性参数,并计算其均方误差RMS,从而分析得到渗透性典型单元体尺寸。
具体过程主要通过MATLAB编写程序实现,步骤如下:
(1)导入上述步骤S1中得到的裂隙网络模型信息矩阵。
(2)截取裂隙网络模型计算域,调整超出计算域的裂隙端点坐标;其中,计算域的边长规定不超过生成域的二分之一,以避免边界效应导致边缘裂隙密度过低,影响计算结果。
(3)跨立算法判断每条裂隙与其它所有裂隙及计算域边界的交点数量,将与其它裂隙的交点少于两个的裂隙进行剔除。这些裂隙属于孤立裂隙和死端裂隙,对裂隙网络模型中的地下水渗流运动没有任何影响,可以直接剔除,以免增加程序运算量。
(4)给定边界条件,设定左右边界为存在水头差的定水头边界,上下边界为隔水边界,即零流量边界,水头值可以任意设定,对结果无影响。
(5)对计算域内所有交点和线单元进行编号排序。计算域内的交点包括裂隙之间的交点以及裂隙与边界的交点。分别计算出交点坐标并依照从左到右、从上到下的原则进行排序,得到计算域内所有交点的横、纵坐标矩阵,即总交点矩阵。对计算域内的所有线单元同样依照从左到右、从上到下的原则进行编号,得到线单元编号列向量。
(6)求衔接矩阵A1、A2、A3和对角矩阵T。衔接矩阵A1、A2、A3分别描述裂隙网络内节点、裂隙与上下边界交点和裂隙与左右边界交点与线单元的衔接关系。将线单元编号列向量、线单元长度列向量和裂隙宽度列向量依次连接在排序后的裂隙坐标矩阵右侧得到裂隙宽度矩阵。由计算域内交点与线单元的衔接关系以及裂隙宽度矩阵,分别得到衔接矩阵及对角矩阵。
(7)在第(4)步中给定的边界条件下,计算沿水力梯度方向的渗透系数。
(8)求解不同方向上的渗透系数,将第一步中导入的裂隙网络生成域中的所有裂隙绕坐标原点分别旋转30°、60°、……330°,计算旋转后的裂隙两端点坐标,并替换原裂隙信息矩阵中的坐标值,得到新的裂隙信息矩阵。再截取裂隙网络模型计算域,利用循环语句重复第(3)~(7)步,得到12个不同方向上裂隙网络模型渗透系数。
(9)拟合渗透椭圆,得到渗透张量。以12个方向的旋转角度数及对应角度所计算出的渗透系数的平方根倒数为坐标点,在极坐标系下绘制出这12个点,并采用最小二乘法将这12个点拟合成渗透椭圆,输出椭圆的长半轴、短半轴尺寸以及椭圆长轴与x轴的夹角。计算出渗透主值、渗透张量、主渗透方向以及均方误差值RMS。
(10)使用循环语句重复(2)~(9)步,每次改变第(2)步中的计算域尺寸。
(11)得到变尺度计算域模型的渗透性参数以及均方误差值RMS,当渗透性参数趋于稳定且RMS≤0.2时,可以认为该计算域尺寸即为渗透性典型单元体尺寸。
步骤三:通过上述步骤得到研究区域渗透性典型单元体尺寸后,以该尺寸作为压水试验等水文地质试验的试验尺度,得到合适的渗透性参数,同时以该尺寸作为裂隙岩体渗流模型的网格剖分尺寸,将试验得到的渗透性参数赋予到模型中,将会大大提升裂隙岩体渗流模拟结果的准确性和可靠性。
本实施例中,需要注意的是,当模拟区域较大时,裂隙结构面的发育受到构造应力作用、风化作用等地质活动的影响,其渗透性典型单元体并不是固定不变的,可以根据裂隙发育规律对研究区进行水平分区、垂向分层后再利用上述方法获取各层各区的渗透性典型单元体,再分别进行不同尺度的水文地质试验获取相关渗透性参数并代入模型。同样会极大地提升裂隙岩体渗流模拟结果的准确性和可靠性。
上述方案,能基于MATLAB程序快速计算分析得到裂隙介质典型单元体尺寸。统一裂隙岩体渗流研究中水文地质试验尺度与渗流模型网格剖分尺度为渗透性典型单元体尺寸,并结合水平分区、垂向分层的方法,使渗流模型的渗透系数场赋值与实际地质条件更为相符,有效地提升了裂隙岩体渗流模拟结果的准确性和可靠性。
实施例2
在一些示例性实施例中,本实施例还提供了一种基于典型单元体计算的裂隙岩体渗流场模拟设备,包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序,处理器执行计算机程序时实现如实施例1中用于实现“快速计算分析得到裂隙介质典型单元体尺寸,从而将试验尺度和模型剖分尺度统一为典型单元体尺寸,提升模型渗透系数场的仿真性,从而提高裂隙岩体渗流场模拟结果的可靠性。”目的的一种基于典型单元体计算的裂隙岩体渗流场模拟方法的最小技术方案。
本领域内的技术人员应明白,本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此,本申请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,本申请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。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、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。
本领域普通技术人员可以理解实现上述事实和方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成,涉及的程序或者所述的程序可以存储于一计算机所可读取存储介质中,该程序在执行时,包括如下步骤:此时引出相应的方法步骤,所述的存储介质可以是ROM/RAM、磁碟、光盘等等。
以上所述的具体实施方式,对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明,所应理解的是,以上所述仅为本发明的具体实施方式而已,并不用于限定本发明的保护范围,凡在本发明的精神和原则之内,所做的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (15)
1.基于典型单元体计算的裂隙岩体渗流场模拟方法,其特征在于,所述方法包括以下步骤:
S1:获取裂隙几何参数数据,基于所述裂隙几何参数数据建立二维离散裂隙网络模型;
S2:截取裂隙网络模型计算域,并设置边界条件,基于所述边界条件,计算该计算域内裂隙岩体沿水力梯度方向的渗透系数;
S3:求解不同方向上的渗透系数;
S4:基于不同方向上的渗透系数,拟合渗透椭圆,得到该计算域裂隙岩体的渗透张量和均方误差值RMS,从而得到渗透性典型单元体尺寸;
S5:重复步骤S2、S3和S4,并不断改变S2中截取的计算域的尺寸,得到变尺寸度计算域模型的渗透性参数,并计算其均方误差值RMS,从而得到渗透性典型单元体尺寸;
S6:将所述渗透性典型单元体尺寸作为水文地质试验的试验尺度,并赋予到裂隙岩体渗流模型中,从而模拟裂隙岩体渗流。
2.根据权利要求1所述的基于典型单元体计算的裂隙岩体渗流场模拟方法,其特征在于,当所述渗透性参数趋于稳定且RMS≤0.2时,认定该计算域尺寸为渗透性典型单元体尺寸。
3.根据权利要求1所述的基于典型单元体计算的裂隙岩体渗流场模拟方法,其特征在于,所述步骤S1包括以下具体步骤:
基于所述裂隙几何参数数据,对不同的裂隙几何参数数据进行概率分析,得到各个参数所服从的概率密度分布形式和统计学参数;应用Monte-Carlo法分别得到每个裂隙几何参数对应的符合相应概率分布的随机数,以此建立二维离散裂隙网络模型。
4.根据权利要求1所述的基于典型单元体计算的裂隙岩体渗流场模拟方法,其特征在于,建立所述二维离散裂隙网络模型后,还包括以下步骤:
将所述二维离散裂隙网络模型中所有的裂隙几何参数数据储存在裂隙网络模型信息矩阵中,并导入裂隙网络模型信息矩阵,获得裂隙网络生成域,基于所述裂隙网络生成域,截取裂隙网络模型计算域。
5.根据权利要求4所述的基于典型单元体计算的裂隙岩体渗流场模拟方法,其特征在于,截取的所述计算域的边长不超过生成域的二分之一。
6.根据权利要求1所述的基于典型单元体计算的裂隙岩体渗流场模拟方法,其特征在于,所述步骤S2还包括以下具体步骤:
S21:判断每条裂隙与其它所有裂隙及计算域边界的交点数量;
S22:给定边界条件,对计算域内所有交点和线单元进行编号排序,分别得到总交点矩阵和线单元编号列向量;计算域内的所述交点包括裂隙之间的交点以及裂隙与边界的交点;
S23:将线单元编号列向量、线单元长度列向量和裂隙宽度列向量依次连接在排序后的裂隙坐标矩阵右侧得到裂隙宽度矩阵;由计算域内交点与线单元的衔接关系以及裂隙宽度矩阵,分别得到衔接矩阵及对角矩阵;
S24:基于所述边界条件,计算沿水力梯度方向的渗透系数。
7.根据权利要求6所述的基于典型单元体计算的裂隙岩体渗流场模拟方法,其特征在于,所述判断每条裂隙与其它所有裂隙及计算域边界的交点数量时,需将与其它裂隙的交点少于两个的裂隙进行剔除。
8.根据权利要求6所述的基于典型单元体计算的裂隙岩体渗流场模拟方法,其特征在于,通过跨立算法判断每条裂隙与其它所有裂隙及计算域边界的交点数量。
9.根据权利要求6所述的基于典型单元体计算的裂隙岩体渗流场模拟方法,其特征在于,所述步骤S3还包括以下具体步骤:
S31:将所述裂隙网络生成域中所有的裂隙绕坐标原点旋转多个角度,计算旋转后的裂隙两端点坐标,并替换原裂隙网络模型信息矩阵中的坐标值,得到新的裂隙网络模型信息矩阵;
S32:基于所述新的裂隙网络模型信息矩阵,重复步骤S2和S3,得到每个旋转角度方向上的裂隙网络模型渗透系数。
10.根据权利要求8所述的基于典型单元体计算的裂隙岩体渗流场模拟方法,其特征在于,所述步骤S4还包括以下子步骤:
以每个方向的旋转角度数及对应角度所计算出的渗透系数的平方根倒数为坐标点,在极坐标系下进行绘制,并采用最小二乘法将所有坐标点拟合成渗透椭圆,输出椭圆的长半轴、短半轴尺寸以及椭圆长轴与x轴的夹角,从而计算渗透主值、渗透张量、主渗透方向以及均方误差值RMS。
11.根据权利要求1所述的基于典型单元体计算的裂隙岩体渗流场模拟方法,其特征在于,所述边界条件包括:基于左右边界,设置为存在水头差的定水头边界,以及基于上下边界设置的隔水边界。
12.根据权利要求1所述的基于典型单元体计算的裂隙岩体渗流场模拟方法,其特征在于,所述步骤S6包括以下具体步骤:
将渗透性典型单元体尺寸作为水文地质试验的试验尺度,并得到相应的渗透性参数;
以该渗透性典型单元体尺寸作为裂隙岩体渗流模型的网格剖分尺寸,并将相应的渗透性参数赋予到裂隙岩体渗流模型中,从而模拟裂隙岩体渗流。
13.根据权利要求1所述的基于典型单元体计算的裂隙岩体渗流场模拟方法,其特征在于,还包括以下步骤:
根据裂隙发育规律对研究区进行水平分区、垂向分层,重复步骤S1~S4,获取各层各区的渗透性典型单元体尺寸;
基于所述各层各区的渗透性典型单元体尺寸,分别进行不同试验尺度的水文地质试验,并赋予到裂隙岩体渗流模型中,从而模拟裂隙岩体渗流。
14.一种终端,其特征在于,包括至少一个处理器,以及与所述至少一个处理器通信连接的存储器;其中,所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令,所述指令被所述至少一个处理器执行,以使所述至少一个处理器能够执行如权利要求1至13中任一所述的基于典型单元体计算的裂隙岩体渗流场模拟方法。
15.一种存储介质,存储有计算机程序,其特征在于,所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至13中任一项所述的基于典型单元体计算的裂隙岩体渗流场模拟方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202210943250.3A CN115310381A (zh) | 2022-08-08 | 2022-08-08 | 基于典型单元体计算的裂隙岩体渗流场模拟方法及终端 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202210943250.3A CN115310381A (zh) | 2022-08-08 | 2022-08-08 | 基于典型单元体计算的裂隙岩体渗流场模拟方法及终端 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN115310381A true CN115310381A (zh) | 2022-11-08 |
Family
ID=83861066
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN202210943250.3A Pending CN115310381A (zh) | 2022-08-08 | 2022-08-08 | 基于典型单元体计算的裂隙岩体渗流场模拟方法及终端 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN115310381A (zh) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN115795828A (zh) * | 2022-11-16 | 2023-03-14 | 武汉大学 | 基于数据驱动的裂隙岩体变形计算方法及装置 |
CN115937467A (zh) * | 2023-03-13 | 2023-04-07 | 山东科技大学 | 随机三维裂隙在升尺度模型网格中的划分方法及系统 |
CN116882221A (zh) * | 2023-09-08 | 2023-10-13 | 山东科技大学 | 基于三维裂隙型热储模型的地热开采数值模拟方法及系统 |
CN117313589A (zh) * | 2023-11-30 | 2023-12-29 | 山东科技大学 | 三维粗糙离散裂隙网络构建、评价与渗流模拟的方法 |
-
2022
- 2022-08-08 CN CN202210943250.3A patent/CN115310381A/zh active Pending
Cited By (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN115795828A (zh) * | 2022-11-16 | 2023-03-14 | 武汉大学 | 基于数据驱动的裂隙岩体变形计算方法及装置 |
CN115795828B (zh) * | 2022-11-16 | 2024-03-19 | 武汉大学 | 基于数据驱动的裂隙岩体变形计算方法及装置 |
CN115937467A (zh) * | 2023-03-13 | 2023-04-07 | 山东科技大学 | 随机三维裂隙在升尺度模型网格中的划分方法及系统 |
CN115937467B (zh) * | 2023-03-13 | 2023-05-23 | 山东科技大学 | 随机三维裂隙在升尺度模型网格中的划分方法及系统 |
CN116882221A (zh) * | 2023-09-08 | 2023-10-13 | 山东科技大学 | 基于三维裂隙型热储模型的地热开采数值模拟方法及系统 |
CN116882221B (zh) * | 2023-09-08 | 2023-12-01 | 山东科技大学 | 基于三维裂隙型热储模型的地热开采数值模拟方法及系统 |
CN117313589A (zh) * | 2023-11-30 | 2023-12-29 | 山东科技大学 | 三维粗糙离散裂隙网络构建、评价与渗流模拟的方法 |
CN117313589B (zh) * | 2023-11-30 | 2024-02-06 | 山东科技大学 | 三维粗糙离散裂隙网络构建、评价与渗流模拟的方法 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN115310381A (zh) | 基于典型单元体计算的裂隙岩体渗流场模拟方法及终端 | |
US11391854B2 (en) | Optimization design method for volumetric fracturing construction parameters of infilled well of unconventional oil and gas reservoir | |
NO339162B1 (no) | Fraktur nettverk karakteriseringsmetode | |
US20210003731A1 (en) | Method for determining favorable time window of infill well in unconventional oil and gas reservoir | |
US20140214388A1 (en) | System and method for coarsening in reservoir simulation system | |
CN115937467B (zh) | 随机三维裂隙在升尺度模型网格中的划分方法及系统 | |
WO2021029875A1 (en) | Integrated rock mechanics laboratory for predicting stress-strain behavior | |
CN115062368A (zh) | 一种隧道长管棚数字孪生体和精细建模系统及方法 | |
Ray et al. | Characterizing and modeling natural fracture networks in a tight carbonate reservoir in the Middle East: A methodology. | |
CN113742827B (zh) | 一种基于有限差分分析的公路边坡监测网络体系构建方法 | |
CN116882221B (zh) | 基于三维裂隙型热储模型的地热开采数值模拟方法及系统 | |
CHEN et al. | 3D geological modeling of dual porosity carbonate reservoirs: A case from the Kenkiyak pre-salt oilfield, Kazakhstan | |
CN113530536B (zh) | 致密砂岩气藏水平井压裂缝储层动用效率评价方法及系统 | |
CN116187001A (zh) | 一种地浸采铀有效溶浸范围的自动提取方法 | |
Shi et al. | Research on microstructure statistical model of soil-rock mixture | |
CN115330975A (zh) | 一种新型三维随机粗糙结构面网络模型及构建方法及装置 | |
Syihab et al. | Utilization of Voronoi Gridding for Simulation of Heterogeneous Discrete Fracture Networks Using Outcrop and X-Ray Ct | |
Mohajerani et al. | An efficient computational model for simulating stress-dependent flow in three-dimensional discrete fracture networks | |
CN115469361B (zh) | 一种碎屑岩地层三维地质建模方法 | |
Liu et al. | Analysis of Influencing Factors of Poisson’s Ratio in Deep Shale Gas Reservoir Based on Digital Core Simulation | |
Alemanni et al. | A three dimensional representation of the fracture network of a CO2 reservoir analogue (Latera Caldera, Central Italy) | |
Wang et al. | Existence analysis of hydraulic conductivity representative elementary volume in fractured rocks based on three-dimensional discrete fracture network method | |
CN117852416B (zh) | 基于数字化地质模型的多模态注浆预控分析方法及系统 | |
Huang et al. | A fast calculation method for estimating the representative elementary volume of a three-dimensional fracture network | |
CN112800581B (zh) | 一种油田精细地质模型的建模研究方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination |