(19)国家知识产权局 (12)发明 专利 (10)授权公告 号 (45)授权公告日 (21)申请 号 202111664901.7 (22)申请日 2021.12.31 (65)同一申请的已公布的文献号 申请公布号 CN 114239367 A (43)申请公布日 2022.03.25 (73)专利权人 西南石油大 学 地址 610500 四川省成 都市新都区新都大 道8号 (72)发明人 唐雁冰　杨鑫　李闽　李晨曦　 赵金洲　 (74)专利代理 机构 成都金英专利代理事务所 (普通合伙) 51218 专利代理师 袁英 (51)Int.Cl. G06F 30/23(2020.01) G06F 30/28(2020.01) G06F 111/10(2020.01)G06F 111/12(2020.01) G06F 113/08(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (56)对比文件 CN 112326524 A,2021.02.0 5 WO 202124376 5 A1,2021.12.09 CN 103926267 A,2014.07.16 盛金昌 等.流固化学耦合作用下裂隙岩体 渗透特性研究进 展. 《岩土 工程学报》 .201 1,第33 卷(第7期), 林承焰 等.数字岩心建模方法研究现状及 展望. 《地球物理学进》 .2018,第3 3卷(第2期), Rodrigo Guadar rama Lara.Model ling Fluid-Structure I nteracti on Problem s with Coupled DE M-LBM. 《ht tps:// etheses.whiterose.ac.uk/174 44/》 .2018, 审查员 赵文譞 (54)发明名称 一种室内岩心的数字化多相流固耦合渗流 数值模拟方法 (57)摘要 本发明公开了一种室内岩心的数字化多相 流固耦合渗流数值模拟方法， 方法先选取岩心样 本烘干后测量样本参数， 并对样 本进行抽真空饱 和度模拟地层水或模拟地层原油； 对样本进行核 磁共振扫描获取二维图像； 对二维图像进行插值 获取岩心三维数据体； 建立三维无序孔隙网络模 型， 将三维数据体赋值到该模型的节点中； 通过 转换系数计算模型中各相邻节点的孔喉半径并 模拟计算模型的渗透率； 调整转换系数大小， 确 保渗透率与岩心实测渗透率相近， 建立岩心数字 化孔隙网络模 型， 将该模型与非定常流固耦合多 相渗流数值模拟方法结合进行岩心流固耦合渗 流模拟。 本发明可模拟再现室内岩心流动实验 过 程， 实现室内岩心的数字化单相和多相流固耦合 渗流模拟分析与测试。 权利要求书4页 说明书16页 附图5页 CN 114239367 B 2022.12.30 CN 114239367 B 1.一种室内岩心的数字化多相流固耦合 渗流数值模拟方法， 其特 征在于， 包括： 步骤一： 选取岩心样本烘干后测量岩心孔喉长度、 孔隙度和渗透率， 并对岩心样本进行 抽真空饱和度模拟地层水或模拟地层原油； 步骤二： 对岩心样本进行核磁共振 扫描测量， 获取岩心在不同断面上的二维 图像； 步骤三： 对二维图像进行插值， 获取岩心 三维数据体； 步骤四： 建立三维无序孔隙网络模型， 将 三维数据体赋值到三维无序孔隙网 络模型的节点中； 步骤五： 通 过转换系数 计算三维无序孔隙网络模型中各相邻节点的孔喉半径， 模拟计 算岩心数字化孔隙网络模型的渗透率； 调整转换系数 大小， 确保孔隙网络渗透率与岩心 实测渗透率 一致， 建立岩心数字化 孔隙网络模型； 步骤六： 将岩心数字化孔隙网络模型与非定常流固耦合多相渗流数值模拟方法结合， 进行岩心流固耦合 渗流模拟； 步骤六具体包括以下子步骤： S601， 根据岩心尺度孔隙网络结合非定常流动模型分析流体在孔喉通道中的非定常流 动， 获得圆形 管束中流体轴向速度 分布， S602， 根据单相液体渗流过程满足的假设条件， 采用有限体积法和雷诺运输方程来构 建非定常单相液体流固耦合 渗流数学模型； S603， 根据单相气体渗流过程中的气体的密度 和气体压缩系数 ， 结合雷诺运输 方程构建同时满足低压和高压条件的非定 常单相气 体流固耦合渗流数学模 型； 低压条件为 气体压力小于  10MPa， 所述高压条件为气体压力大于  10MPa； S604， 利用非定常单相液体流固耦合渗流数学模型和非定常单相气体流固耦合渗流数 学模型， 结合孔隙网络模型中混合流体的特性参数构建非混相驱替过程下的流固耦合多相 渗流数学模型： S605， 将岩心数字化孔隙网络模型与非定常流固耦合多相渗流数值模拟方法结合， 进 行岩心流固耦合 渗流模拟。 2.根据权利要求1所述的一种室内岩心的数字化多相流固耦合渗流数值模拟方法， 其 特征在于， 所述步骤二具体包括： 利用核磁共振仪器对抽真空饱和度模拟后的岩心样本进 行核磁共振扫描， 利用SIRT反演算法生成 分布； 对岩心不同部位进行切片处理， 根据核 磁共振仪器的扫描精度， 在核磁共振仪器可处理范围内选择合适切片位置和断面数对岩心 进行核磁共振扫描， 获取岩心 不同切片位置的岩心核磁共振MRI二 维图像， 将切片位置坐标 与二维图像的像素 数据保存于二维图像TXT 文本中。 3.根据权利要求1所述的一种室内岩心的数字化多相流固耦合渗流数值模拟方法， 其 特征在于， 所述步骤三具体包括： 利用插值算法结合步骤二中获取的二 维图像TXT文本和步 骤一中的岩心 孔喉长度， 对核磁共振成像数据体， 即岩心核磁共振MRI二 维图像进 行插值处 理， 使数据体规模满足反应岩石微观孔喉特征的要求， 得到关于岩心的 三维张量 数据体。权　利　要　求　书 1/4 页 2 CN 114239367 B 24.根据权利要求1所述的一种室内岩心的数字化多相流固耦合渗流数值模拟方法， 其 特征在于， 所述 步骤四具体包括以下子步骤： S401， 根据岩心 尺度设置模型 大小、 配位数和平均孔喉长度； S402， 采用计算机编程语言和矩阵计算库Eigen构造三维规则立方体网络结构， 生成一 个X×Y×Z的三维规则立方体网络； S403， 设置立方体网络的总节点数为(X ‑1)×(Y‑1)×(Z‑1)， 每个节点代表一个孔隙， 节点与节点之间由喉道相连， 其 余部分为岩石骨架； S404， 建立的立方体网络模型中每个代表孔隙的节点周围都有六个喉道相连， 喉道长 度为岩石平均孔喉长度<l>； 立方体网络模型的x， y， z方向边长为分别 ， ， ； 立方体网络模型中所有网格节点之间均通过圆管实 现全连接， 设置孔隙与喉道的半径之比为1； 设置 和 为实际岩心的直径， 并将每一层 的yoz平面中， 距离中心点大于 的点全部移除， 使得立方体网络模型成为与真实岩心形 状一致的柱塞状模型； S405， 将核磁共振 三维张量数据体中 的数值赋予三维规则立方体网络模型的 各个节点， 2个节点之间连线的值即为孔喉半径R； 网络中所有孔喉半径R均取相邻2个节点 上 值的平均值； 对模型中各个节点坐标在球面内空间内进行 随机移动， 生成无序 网络空间结构并产生孔喉长度随机变化； 随机从网络结构 中移除部分连接， 得到不同连通 性特征的孔隙网络模型。 5.根据权利要求1所述的一种室内岩心的数字化多相流固耦合渗流数值模拟方法， 其 特征在于， 所述步骤五具体包括假定转换系数的初始值为 ， 根据步骤四的方法并通过转 换系数 计算孔喉半径得到岩心 数字化孔隙网络模型， 采用单相稳定渗流孔隙网络模拟 算 法计算构建的岩心数字化孔隙网络模型的渗透率， 检验模拟得到的渗透率与岩心测量的渗 透率是否一致； 若不一致则调整转换系数 ， 重新计算孔隙网络 孔喉半径 ， 重新建立岩 心 数字化孔隙网络模型并计算其渗透率值， 直到岩心数字化孔隙网络模型的渗透率与真实岩 心的渗透率测量 值一致， 则得到与该实际岩心样本对应的岩心数字化 孔隙网络模型。 6.根据权利要求1所述的一种室内岩心的数字化多相流固耦合渗流数值模拟方法， 其 特征在于， 所述非定常单相液体流固耦合 渗流数学模型如下列表达式所示： 式中， ， 为综合压缩系数； 为孔隙压缩系数， ； 为液体压缩系 数， ； Δt为时间步长； 为管束内流体的体积流量， 为管束内液体的水力传 导率； 为相邻节点 i和j之间的平均压力； 为相邻节点 i和j之间管束的流体压力差；权　利　要　求　书 2/4 页 3 CN 114239367 B 3