一种二维不同表面粗糙度的随机孔隙生成方法技术

本发明专利技术公开了一种二维不同表面粗糙度的随机孔隙生成方法，根据需要模拟的孔隙度和孔隙结构参数，利用规则椭圆生成初始孔隙，通过椭圆的长轴和纵横比控制初始孔隙的几何形状与尺寸，之后添加一个服从某一概率分布函数的自由项，使得初始光滑表面变得粗糙，生成初始粗糙表面孔隙；若计算的目前模型总孔隙度则直接输出粗糙孔隙表面的二维模型；若采用与生成初始粗糙表面孔隙的相同方法，生成新的粗糙表面孔隙，之后将其与初始孔隙进行相交判断，在保证孔隙不相交的基础上，通过累加计算直至输出随机粗糙孔隙表面的二维模型。

A method for generating random pore with different surface roughness

The invention discloses a method of generating random two-dimensional different pore surface roughness, porosity and pore structure parameters according to the simulation, using the rules to generate the initial elliptical pore, through the long axis of the ellipse and the aspect ratio of the initial pore geometry and size control, after adding a subject to free items of a probability distribution function. The initial smooth surface becomes rough, rough surface to generate initial pore; if the calculation of the total porosity model is directly output rough pore surface two-dimensional model; if using the same method and generate the initial rough surface pores, rough surface pore generate new, after the initial void of judge, which is not void the intersection, calculating and output random rough pore surface two-dimensional model by accumulating.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种随机孔隙生成方法，具体涉及一种二维不同表面粗糙度的随机孔隙生成方法。属于岩石物理仿真建模

技术介绍
由于溶蚀、构造运动、水力压裂等因素的影响，地下岩石，尤其是碳酸盐岩地层中，发育着不同结构的孔隙，具有众多孔隙类型，构成了油气储集空间和渗流通道。碳酸盐岩的强非均质性、复杂构造内幕和断裂系统等，严重影响了基于弹性波理论的声波测井和地震勘探的精度，使得常规预测与模拟方法不能很好的适用于碳酸盐岩储层。除了岩石类型、孔隙度、孔隙尺寸和形状等常见因素外，孔隙表面特性，如表面粗糙度对于弹性波波速和电阻率特性也具有很大影响。裂缝发育的碳酸盐岩难以取到有代表性的岩心，同时，岩石物理实验无法定量研究储层微观参数对岩石宏观物理属性的影响。作为解决工程实际问题的重要方法，数值模拟已成为研究复杂孔隙结构介质中弹性波传播特性的重要辅助方法。利用数值模拟不仅便于实现单一变量控制，同时能够避免人为误差，提高结果精度。然而，大部分数值建模方法都将不规则的孔隙形状简化成规则的光滑椭圆进行描述。这种处理方法存在以下缺点：(1)经过长时间的成岩作用，真实岩石孔隙表面都会变得不光滑，简单地将孔隙等效成光滑的椭圆或椭球与实际情况差距较大；(2)现有孔隙模拟方法无法保证孔隙随机分布，且大多采用圆形或圆球模拟颗粒填充，无法控制孔隙结构参数，不利于进行单因素分析。根据碳酸盐岩地层孔隙分布实际情况，结合弹性波数值模拟方法，设计建立的具有不同粗糙度表面的随机分布孔隙模型，可用于大量分析碳酸盐岩孔隙结构参数对弹性波传播的影响。对于常规椭圆孔隙，结构参数中主要包含孔隙纵横比和孔隙特征尺寸两个参数，其中孔隙纵横比为孔隙短轴与长轴之比，特征尺寸表征了孔隙长轴大小。目前对于大量随机椭圆生成方法主要集中于混凝土颗粒填充分析中，并应用级配理论对混凝土材料进行强度及断裂模拟研究。然而，实际地层孔隙的形状各异，电镜扫描分析显示了孔隙表面十分粗糙，尽管利用具有随机分布特征的长、短轴椭圆进行表征在宏观上展现了良好的性质匹配性，但是对于基于弹性波传播分析的测井及地震反演，以及基于电特性分析的电阻率测井等，忽略孔隙表面的粗糙程度会对结果造成不可预测的影响。真实岩石孔隙结构刻画方面，随着计算机技术的发展，数字岩心技术已成为研究孔隙微观结构的重要手段。然而高昂的CT扫描费用以及庞大的计算机性能需求，使得数字岩心只能应用于微尺度研究分析中，并不适合于岩石声电特性的分析。得益于高精度和高可靠性，离散单元法与有限元分析相结合的方法在岩石物理模拟分析中得到了广泛应用。当前，国内外对于椭圆充填方法结合有限元分析模型中，在离散性较大的情况下依然存在重叠干涉的情况。若是模型中出现孔隙相交的情况，则会导致低的网格质量和奇异点的产生，进而导致结果的不收敛。
技术实现思路
本专利技术的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种二维不同表面粗糙度的随机孔隙生成方法，可根据某一概率密度函数生成随机粗糙表面，并可以控制最大粗糙程度。同时在孔隙分布方面，利用计算机真随机数生成方式，保证孔隙不相交的前提下，最大限度得使孔隙随机分布，并利用离散单元法和有限元分析相结合的方法进行岩石声电特性的模拟分析。为实现上述目的，本专利技术采用下述技术方案：一种二维不同表面粗糙度的随机孔隙生成方法，根据需要模拟的孔隙度和孔隙结构参数，利用规则椭圆生成初始孔隙，通过椭圆的长轴和纵横比控制初始孔隙的几何形状与尺寸，之后添加一个服从某一概率密度函数分布的自由项，使得初始光滑表面变得粗糙，生成初始粗糙表面孔隙；若计算的目前模型总孔隙度则直接输出粗糙孔隙表面的二维模型；若采用与生成初始粗糙表面孔隙的相同方法，生成新的粗糙表面孔隙，之后将其与初始孔隙进行相交判断，在保证孔隙不相交的基础上，通过累加计算直至输出粗糙孔隙表面的二维模型。优选的，初始孔隙的具体生成方法是，综合考虑模型计算量和收敛性问题，将真实岩心和孔隙按照适当比例进行放大，确定二维平面坐标模拟区域(L，W)，其中L为Y方向长度，W为X方向长度，并在此区域内生成初始孔隙，即利用计算机真随机数生成方式，在模拟区域内随机产生椭圆中心点坐标和椭圆长轴倾斜角度，并根据给定的孔隙纵横比和椭圆方程生成椭圆坐标。优选的，初始粗糙表面孔隙生成时，根据需要模拟的孔隙度和孔隙结构，输入相应参数，包括孔隙尺寸、孔隙纵横比、孔隙度、粗糙指数，四者对应的分别是椭圆的长轴、纵横比、椭圆总面积与模拟区域面积之比、表面粗糙程度，通过在椭圆基础上添加一个服从某一概率密度函数分布的自由项，形成粗糙表面孔隙。优选的，相交判断的具体方法是，利用新孔隙相邻两点之间的连线与初始孔隙相邻两点之间的连线，进行两两相交判断，利用嵌套循环，对所有线段进行判断，若有某一组线段相交，则跳出循环，重新生成新孔隙，若均不相交，则在模拟区域内绘制新孔隙。优选的，目前模型的总孔隙度是利用三角形剖分方法计算单一孔隙面积，然后累加计算得到的，用于监控模型孔隙度变化。所述的随机孔隙生成方法，具体步骤包括：(1)综合考虑模型计算量和收敛性等问题，将真实岩心和孔隙按照适当比例进行放大，在二维平面坐标下，坐标范围Range＝[xmin,xmax]×[ymin,ymax]；确定二维平面坐标模拟区域(L，W)，其中L为Y方向长度，W为X方向长度，并在此区域内生成孔隙；其中，xmin与xmax分别为最小与最大横坐标，ymin与ymax分别为最小与最大纵坐标；(2)根据需要模拟的孔隙度和孔隙结构，输入相应参数，包括孔隙尺寸Ra、孔隙纵横比AR、孔隙度粗糙指数η，四者对应的分别是椭圆的长轴、纵横比、椭圆总面积与模拟区域面积之比、表面粗糙程度；(3)生成初始孔隙：利用计算机真随机数生成方式，在模拟区域内随机产生椭圆中心点坐标和角度，并根据孔隙纵横比和孔隙尺寸，结合椭圆方程生成初始椭圆坐标；在初始椭圆坐标的基础上加入一个随机自由项，使光滑表面变得粗糙，形成初始粗糙表面孔隙坐标(xi,j,yi,j)；判断目前模型总孔隙度则根据给定变量随机生成新椭圆，并通过添加一个服从某一概率密度函数分布的自由项形成粗糙表面孔隙坐标(mi,ni)，并进入步骤(4)；否则，输出粗糙表面孔隙模型，结束循环；其中，i和j均为1到N的整数，N为大于1的整数，表示用N个点描述孔隙坐标；(4)相交判断：判断新孔隙与初始孔隙是否相交，利用新孔隙相邻两点之间的连线(mi+1,mi),(ni+1,ni)与初始孔隙相邻两点之间的连线(xi+1,j-1,xi,j-1),(yi+1,j-1,yi,j-1)，进行两两线段相交判断，并利用嵌套循环，对所有线段进行判断，若有某一组线段相交，则跳出循环，并重复步骤(3)中的生成新孔隙的步骤；若均不相交，则在模型区域中绘制新孔隙，并令其坐标xi,j＝mi，yi,j＝ni；(5)利用三角形剖分方法计算新孔隙面积areaj和周长，并累加计算新孔隙的总孔隙度及总孔隙周长Ccurrent，其中(6)重复步骤(4)和(5)，直到总孔隙度达到输入需要的孔隙度停止循环，即输出粗糙孔隙表面的二维模型。优选的，步骤(3)中，通过改变描述孔隙坐标点的个数N控制表示粗糙程度中的间距特征参数，并通过改变孔隙最大轮廓控制表示粗糙程度中的高度特征参数，所述孔隙最大轮廓是指孔隙本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种二维不同表面粗糙度的随机孔隙生成方法，其特征在于，根据需要模拟的孔隙度和孔隙结构参数，利用规则椭圆生成初始孔隙，通过椭圆的长轴和纵横比控制初始孔隙的几何形状与尺寸，之后添加一个服从某一概率密度函数分布的自由项，使得初始光滑表面变得粗糙，生成初始粗糙表面孔隙；若计算的目前模型总孔隙度则直接输出粗糙孔隙表面的二维模型；若采用与生成初始粗糙表面孔隙的相同方法，生成新的粗糙表面孔隙，之后将其与初始孔隙进行相交判断，在保证孔隙不相交的基础上，通过累加计算直至输出粗糙孔隙表面的二维模型。

【技术特征摘要】
1.一种二维不同表面粗糙度的随机孔隙生成方法，其特征在于，根据需要模拟的孔隙度和孔隙结构参数，利用规则椭圆生成初始孔隙，通过椭圆的长轴和纵横比控制初始孔隙的几何形状与尺寸，之后添加一个服从某一概率密度函数分布的自由项，使得初始光滑表面变得粗糙，生成初始粗糙表面孔隙；若计算的目前模型总孔隙度则直接输出粗糙孔隙表面的二维模型；若采用与生成初始粗糙表面孔隙的相同方法，生成新的粗糙表面孔隙，之后将其与初始孔隙进行相交判断，在保证孔隙不相交的基础上，通过累加计算直至输出粗糙孔隙表面的二维模型。2.根据权利要求1所述的随机孔隙生成方法，其特征在于，初始孔隙的具体生成方法是，结合模型计算量和收敛性，将真实岩心和孔隙按照适当比例进行放大，确定二维平面坐标模拟区域(L，W)，其中L为Y方向长度，W为X方向长度，并在此区域内生成初始孔隙，即利用计算机真随机数生成方式，在模拟区域内随机产生椭圆中心点坐标和椭圆长轴倾斜角度，并根据孔隙纵横比和椭圆方程生成椭圆坐标。3.根据权利要求1所述的随机孔隙生成方法，其特征在于，初始粗糙表面孔隙生成时，根据需要模拟的孔隙度和孔隙结构，输入相应参数，包括孔隙尺寸、孔隙纵横比、孔隙度、粗糙指数，四者对应的分别是椭圆的长轴、纵横比、椭圆总面积与模拟区域面积之比、表面粗糙程度，通过在椭圆基础上添加一个服从某一概率分布函数的自由项，形成粗糙表面孔隙。4.根据权利要求1所述的随机孔隙生成方法，其特征在于，相交判断的具体方法是，利用新孔隙相邻两点之间的连线与初始孔隙相邻两点之间的连线，进行两两相交判断，利用嵌套循环，对所有线段进行判断，若有某一组线段相交，则跳出循环，重新生成新孔隙，若均不相交，则在模拟区域内绘制新孔隙。5.根据权利要求1所述的随机孔隙生成方法，其特征在于，目前模型的总孔隙度是利用三角形剖分方法计算单一孔隙面积，然后累加计算得到的，用于监控模型孔隙度变化。6.根据权利要求1所述的随机孔隙生成方法，其特征在于，具体步骤包括：(1)综合考虑模型计算量和收敛性等问题，将真实岩心和孔隙按照适当比例进行放大，在二维平面坐标下，坐标范围Range＝[xmin,xmax]×[ymin,ymax]；确定二维平面坐标模拟区域(L，W)，其中L为Y方向长度，W为X方向长度，并在此区域内生成孔隙；其中，xmin与xmax分别为最小与最大横坐标，ymin与ymax分别为最小与最大纵坐标；(2)根据需要模拟的孔隙度和孔隙结构，输入相应参数，包括孔隙尺寸Ra、孔隙纵横比AR、孔隙度粗糙指数η，四者对应的分别是椭圆的长轴、纵横比、椭圆总面积与模拟区域面积之比、表面粗糙程度；(3)生成初始孔隙：利用计算机真随机数生成方式，在模拟区域内随机产生椭圆中心点坐标和角度，并根据孔隙纵横比和孔隙尺寸，结合椭圆方程生成初始椭圆坐标；在初始椭圆坐标的基础上加入一个服从某一概率分布函数的自由项，使光滑表面变得粗糙，形成初始粗糙表面孔隙坐标(xi,j,yi,j)；判断目前模型总孔隙度则根据给定变量随机生成新椭圆，并通过添加自由项形成粗糙表面孔隙坐标(mi,ni)，并进入步骤(4)；否则，输出粗糙表面孔隙模型，结束循环；其中，i和j均为1到N的整数，N为大于1的整数，表示用N个点描述孔隙坐标；(4)相交判断：判断新孔隙与初始孔隙是否相交，利用新孔隙相邻两点之间的连线(mi+1,mi),(ni+1,ni)与初始孔隙相邻两点之间的连线(xi+1,j-1,xi,j-1),(yi+1,j-1,yi,j-1)，进行两两线段相交判断，并利用嵌套循环，对所有线段进行判断，若有某一组线段相交，则跳出循环，并重复步骤(3)中的生成新椭圆步骤；若均不相交，则在模型区域中绘制新孔隙，并令其坐标xi,j＝mi，yi,j＝ni；(5)利用三角形剖分方法计算新孔隙面积areaj和周长，并累加计算新孔隙的总孔隙度及总孔隙周长Ccurrent，其中(6)重复步骤(4)和(5)，直到总孔隙度达到输入需要的孔隙度停止循环，即输出粗糙孔隙表面的二维模型。7.根据权利要求6所述的随机孔隙生成方法，其特征在于，步骤(3)中，通过改变描述孔隙坐标点的个数N控制表示粗糙程度中的间距特征参数，并通过改变孔隙最大轮廓控制表示粗糙程度中的高度特征参数，所述孔隙最大轮廓是指孔隙峰顶线和谷底线之间的最大距离。8.根据权利要求6所述的随机孔隙生成方法，其特征在于，步骤(3)中，初始椭圆坐标为(x0,y0)，在其基础上加入一个随机自由项，新生成的粗糙表面孔隙的坐标为(x,y)： x ...

【专利技术属性】
技术研发人员：李天阳，王瑞和，王子振，邱浩，
申请(专利权)人：中国石油大学华东，
类型：发明
国别省市：山东;37