【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及油气勘探开发，特别是涉及到一种超声波在湖相碳酸盐岩中传播的数值模拟方法和模拟装置。
技术介绍
1、在油气勘探开发领域，岩石声学属性是一种常见且非常有效的评估储层物性及其中流体物性的方法。因此，其是地质勘探资料解释的重要约束条件。获得岩石声学的方法主要包括实验室直接测量法和数值模拟预测法。实验室直接测量方法优点在于测量结果直接、准确。缺点在于实验成本高，无法在研究者中广泛使用。另一方面，数值法相虽然预测结果不如实验法精确，但其较低的成本使得其在研究者中应用广泛。
2、目前，针对超声波的数值模拟方法多为简化模型，预设条件与实际情况存在较大差异。在实际中，超声波需要经过压电材料的电信号转换，通过孔弹性材料时还要经过流体和较大的非均质颗粒；由于湖相碳酸盐岩的纵横向非均质性强，发育多种类型的裂缝、孔隙，储集空间多样，湖相碳酸盐岩本身的特殊性使得这种简单的预设条件下的声波方程模拟结果存在精度较低问题。
3、在申请号：cn201910612941.3的中国专利申请中，涉及到一种基于叠后地震数据识别碳酸盐岩储层流体饱和度的方法，包括以下步骤：步骤1:碳酸盐岩储层岩石超声波实验测试及岩石样本衰减计算；步骤2:碳酸盐岩储层地震衰减提取；步骤3:碳酸盐岩衰减岩石物理模型构建；步骤4:分析碳酸盐岩结构非均质性和流体分布不均性对频散和衰减的影响；步骤5:碳酸盐岩衰减岩石物理图板构建；步骤6:超声及地震频段下校正衰减岩石物理图板；步骤7:碳酸盐岩储层孔隙度及流体饱和度定量解释。超声波实验测试为对碳酸盐储层样本进行部分饱
4、在申请号：cn202110002148.9的中国专利申请中，涉及到一种岩心声波响应的获取方法及装置，属于岩石物理响应
通过采用计算机断层扫描技术对岩心进行扫描，获取该岩心的断层扫描数据，上述数据不仅能够反映岩心内部的孔隙和裂隙的形态信息，还可以为模拟声波过程的响应计算提供数据基础，具体的，通过对上述数据进行滤波处理和二值化处理，能够对数据进行降噪，并绘制包括岩心的孔隙结构的第一空间重构图，以及包括岩心的裂隙结构的第二空间重构图；而且，基于上述断层扫描数据，还可以建立数字岩心，并模拟声波响应过程，获取该岩心的声波响应特征数据。基于上述两个空间重构图和声波响应特征数据，能够获取该岩心中的孔隙、裂隙和声波响应特征之间的对应关系。
5、在申请号：cn202210862994.2的中国专利申请中，涉及到富有机质泥页岩地震响应数值模拟方法，包括1)根据岩心样本的信息采集与图像处理技术，捕捉岩心样本主要组成矿物及空间分布特征；2)根据步骤1中得到的岩心样本主要组成矿物及空间分布特征生成富有机质泥页岩样本的岩石物理模型；3)根据步骤2生成的岩石物理模型建立对应的晶格弹簧模型用于地震响应仿真建模。该专利技术的方法能够充分考虑了富有机质泥页岩中有机黏土复合体微观结构特征，创新的采用改进的晶格弹簧模型用于这种复杂介质的地震响应模拟，可以有效提高建模精度，充分考虑小尺度多矿物组分细观微结构诱发的波场异常特征。
6、以上现有技术均与本专利技术有较大区别，未能解决我们想要解决的技术问题，为此我们专利技术了一种新的超声波在湖相碳酸盐岩中传播的数值模拟方法和模拟装置。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供一种旨在解决由于湖相碳酸盐岩的纵横向非均质性强，发育多种类型的裂缝、孔隙，储集空间多样，使得在简单的预设条件下的声波方程模拟结果与实际结果存在较大偏差的问题的超声波在湖相碳酸盐岩中传播的数值模拟方法和模拟装置。
2、本专利技术的目的可通过如下技术措施来实现：超声波在湖相碳酸盐岩中传播的数值模拟方法，该超声波在湖相碳酸盐岩中传播的数值模拟方法包括：
3、步骤1，根据电镜扫描结果建立圆柱形岩石样品模型；
4、步骤2，根据步骤1中建立的模型，建立声波方程描述其本构关系；
5、步骤3，设置压电材料和线弹性材料的边界条件；
6、步骤4，对岩石样品模型进行网格划分，使用有限元求解方程，从中获得波形传播使用的时间，最终计算声波速度。
7、本专利技术的目的还可通过如下技术措施来实现：
8、在步骤1，根据电镜扫描结果建立圆柱形岩石样品模型，在岩石样品模型的两端分别放置由压电材料制成的超声波探头，且在超声波探头与岩石样品模型之间设置由线弹性材料制成的过渡材料层。
9、在步骤1，压电材料受到电压激发后产生位移，其本构关系如下：
10、
11、其中，∈0是绝对介电常数，∈rs是相对介电常数，v是电压，是哈密尔顿算子。
12、在步骤1，受电压激励压电材料将产生弹性波在固体中传播，其本构关系如下：
13、
14、其中，ρ是固体材料的密度，u是位移场，s是应力张量，c是材料的刚度矩阵，u是位移，v是电压，e是材料耦合矩阵，fv是源项；t是时间。
15、在步骤1，过渡材料层的波阻抗z为：
16、
17、其中，zpzt是压电材料的波阻抗，zgrain是岩石颗粒的阻抗。
18、在步骤2，根据步骤1中建立的模型，建立声波方程描述其本构关系，具体方程如下：
19、
20、其中，ρ是随着空间变化的密度场，c是声波在流体中传播的速度，p是声波压力场。
21、在步骤2，由于处于孔隙中的流体受到固体骨架的挤压会发生相互作用，故而在固体和流体接触的边界上，用以下条件进行描述：
22、
23、fv＝n·p
24、其中，utt是固体材料的加速度，n是边界法向单位矢量。
25、在步骤3，对于压电材料，超声波探头背离岩石样品模型的一侧端面均为零电位，即v＝0，而激发探头与岩石样品模型相接触的端面为激发脉冲，即
26、v＝v0*sin(ω*t)*rec(t)
27、其中，v0是驱动电压，ω是脉冲信号的主频，为2*π*f，其中f是频率；rec是方波函数，其转换带处需要适量的平滑，t是时间；接收探头与岩石样品模型相接触的端面接收到的信号，为fp。
28、在步骤3，对于线弹性材料，在超声波探头与岩石样品模型的接触面之间存在过渡材料层，其位移u边界条件为：
29、u＝0
30、在岩石样品的边界上，流体是无法流出的，具体的边界条件为：
31、
32、其中，n为边界法向量单位矢量，ρ是随着空间变化的密度场，p是声波压力场。
33、在步骤4，对岩石样品模型进行网格划分，使用有限元求解方程，从而获得固体位移场u和声波压力场p，以及压力场转换成的电信号，从中获得波形传播使用的时间，最终计算声波速度。
34、在步骤4，网格划本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.超声波在湖相碳酸盐岩中传播的数值模拟方法，其特征在于，该超声波在湖相碳酸盐岩中传播的数值模拟方法包括：
2.根据权利要求1所述的超声波在湖相碳酸盐岩中传播的数值模拟方法，其特征在于，在步骤1，根据电镜扫描结果建立圆柱形岩石样品模型，在岩石样品模型的两端分别放置由压电材料制成的超声波探头，且在超声波探头与岩石样品模型之间设置由线弹性材料制成的过渡材料层。
3.根据权利要求2所述的超声波在湖相碳酸盐岩中传播的数值模拟方法，其特征在于，在步骤1，压电材料受到电压激发后产生位移，其本构关系如下：
4.根据权利要求3所述的超声波在湖相碳酸盐岩中传播的数值模拟方法，其特征在于，在步骤1，受电压激励压电材料将产生弹性波在固体中传播，其本构关系如下：
5.根据权利要求4所述的超声波在湖相碳酸盐岩中传播的数值模拟方法，其特征在于，在步骤1，过渡材料层的波阻抗Z为：
6.根据权利要求1所述的超声波在湖相碳酸盐岩中传播的数值模拟方法，其特征在于，在步骤2，根据步骤1中建立的模型，建立声波方程描述其本构关系，具体方程如下：
7.
8.根据权利要求1所述的超声波在湖相碳酸盐岩中传播的数值模拟方法，其特征在于，在步骤3，对于压电材料，超声波探头背离岩石样品模型的一侧端面均为零电位，即V＝0，而激发探头与岩石样品模型相接触的端面为激发脉冲，即
9.根据权利要求1所述的超声波在湖相碳酸盐岩中传播的数值模拟方法，其特征在于，在步骤3，对于线弹性材料，在超声波探头与岩石样品模型的接触面之间存在过渡材料层，其位移u边界条件为：
10.根据权利要求1所述的超声波在湖相碳酸盐岩中传播的数值模拟方法，其特征在于，在步骤4，对岩石样品模型进行网格划分，使用有限元求解方程，从而获得固体位移场u和声波压力场p，以及压力场转换成的电信号，从中获得波形传播使用的时间，最终计算声波速度。
11.根据权利要求10所述的超声波在湖相碳酸盐岩中传播的数值模拟方法，其特征在于，在步骤4，网格划分包括如下步骤：
12.根据权利要求10所述的超声波在湖相碳酸盐岩中传播的数值模拟方法，其特征在于，在步骤4，碳酸盐岩中材料的速度v的计算公式如下：
13.超声波在湖相碳酸盐岩中传播的数值模拟装置，其特征在于，该超声波在湖相碳酸盐岩中传播的数值模拟装置包括：
14.根据权利要求13所述的超声波在湖相碳酸盐岩中传播的数值模拟装置，其特征在于，模型建立模块根据电镜扫描结果建立圆柱形岩石样品模型，在岩石样品模型的两端分别放置由压电材料制成的超声波探头，且在超声波探头与岩石样品模型之间设置由线弹性材料制成的过渡材料层。
15.根据权利要求14所述的超声波在湖相碳酸盐岩中传播的数值模拟装置，其特征在于，模型建立模块在建立圆柱形岩石样品模型时，压电材料受到电压激发后产生位移，其本构关系如下：
16.根据权利要求13所述的超声波在湖相碳酸盐岩中传播的数值模拟装置，其特征在于，声波方程建立模块建立声波方程描述其本构关系，具体方程如下：
17.根据权利要求16所述的超声波在湖相碳酸盐岩中传播的数值模拟装置，其特征在于，由于处于孔隙中的流体受到固体骨架的挤压会发生相互作用，故而在固体和流体接触的边界上，声波方程建立模块用以下条件进行描述：
18.根据权利要求13所述的超声波在湖相碳酸盐岩中传播的数值模拟装置，其特征在于，边界条件设置模块设置边界条件时，对于压电材料，超声波探头背离岩石样品模型的一侧端面均为零电位，即V＝0，而激发探头与岩石样品模型相接触的端面为激发脉冲，即
19.根据权利要求13所述的超声波在湖相碳酸盐岩中传播的数值模拟装置，其特征在于，计算模块对岩石样品模型进行网格划分，使用有限元求解方程，从而获得固体位移场u和声波压力场p，以及压力场转换成的电信号，从中获得波形传播使用的时间，最终计算声波速度。
20.根据权利要求19所述的超声波在湖相碳酸盐岩中传播的数值模拟装置，其特征在于，计算模块包括：
21.根据权利要求19所述的超声波在湖相碳酸盐岩中传播的数值模拟装置，其特征在于，计算模块计算碳酸盐岩中材料的速度v的公式如下：
...【技术特征摘要】
1.超声波在湖相碳酸盐岩中传播的数值模拟方法，其特征在于，该超声波在湖相碳酸盐岩中传播的数值模拟方法包括：
2.根据权利要求1所述的超声波在湖相碳酸盐岩中传播的数值模拟方法，其特征在于，在步骤1，根据电镜扫描结果建立圆柱形岩石样品模型，在岩石样品模型的两端分别放置由压电材料制成的超声波探头，且在超声波探头与岩石样品模型之间设置由线弹性材料制成的过渡材料层。
3.根据权利要求2所述的超声波在湖相碳酸盐岩中传播的数值模拟方法，其特征在于，在步骤1，压电材料受到电压激发后产生位移，其本构关系如下：
4.根据权利要求3所述的超声波在湖相碳酸盐岩中传播的数值模拟方法，其特征在于，在步骤1，受电压激励压电材料将产生弹性波在固体中传播，其本构关系如下：
5.根据权利要求4所述的超声波在湖相碳酸盐岩中传播的数值模拟方法，其特征在于，在步骤1，过渡材料层的波阻抗z为：
6.根据权利要求1所述的超声波在湖相碳酸盐岩中传播的数值模拟方法，其特征在于，在步骤2，根据步骤1中建立的模型，建立声波方程描述其本构关系，具体方程如下：
7.根据权利要求6所述的超声波在湖相碳酸盐岩中传播的数值模拟方法，其特征在于，在步骤2，由于处于孔隙中的流体受到固体骨架的挤压会发生相互作用，故而在固体和流体接触的边界上，用以下条件进行描述：
8.根据权利要求1所述的超声波在湖相碳酸盐岩中传播的数值模拟方法，其特征在于，在步骤3，对于压电材料，超声波探头背离岩石样品模型的一侧端面均为零电位，即v＝0，而激发探头与岩石样品模型相接触的端面为激发脉冲，即
9.根据权利要求1所述的超声波在湖相碳酸盐岩中传播的数值模拟方法，其特征在于，在步骤3，对于线弹性材料，在超声波探头与岩石样品模型的接触面之间存在过渡材料层，其位移u边界条件为：
10.根据权利要求1所述的超声波在湖相碳酸盐岩中传播的数值模拟方法，其特征在于，在步骤4，对岩石样品模型进行网格划分，使用有限元求解方程，从而获得固体位移场u和声波压力场p，以及压力场转换成的电信号，从中获得波形传播使用的时间，最终计算声波速度。
11.根据权利要求10所述的超声波在湖相碳酸盐岩...
【专利技术属性】
技术研发人员：苏朝光，金杰华，巴素玉，刘升余，韩宏伟，宋亮，阎丽艳，
申请(专利权)人：中国石油化工股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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