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申请/专利权人：山东科技大学

摘要：本发明提供了一种基于真实粗糙裂隙的模型构建与非达西渗流模拟方法，属于裂隙渗流模拟技术领域，具体包括如下步骤：采集目标层位不同岩性岩石，制备粗糙裂隙上、下壁面。获取粗糙裂隙上、下壁面形貌特征数据集。进行裂隙开度分布特征分析。进行裂隙粗糙度分析。建立集合，用于确定生成的裂隙模型是否满足在裂隙开度、粗糙度特征上的要求。生成与实际粗糙裂隙特征、属性相仿的粗糙裂隙数据集。建立粗糙裂隙数值模型，开展粗糙裂隙非线性渗流求解。建立研究区针对不同岩石类型及裂隙粗糙程度的裂隙岩体非线性渗流指标。本发明的技术方案克服现有技术中建立的渗流模型不具有普适性、模型求解效率低、缺乏对实际粗糙裂隙进行建模的问题。

主权项：1.一种基于真实粗糙裂隙的模型构建与非达西渗流模拟方法，其特征在于，具体包括如下步骤：S1，采集目标层位不同岩性岩石，进行分类标注；按岩石类型将岩石试块制备成长方体；分析裂隙面力学成因，采用轴向劈裂、剪切试验方法制备粗糙裂隙，制备粗糙裂隙上、下壁面；S2，采用三维激光扫描技术对粗糙裂隙上、下壁面进行扫描，获取粗糙裂隙上、下壁面形貌特征数据集；S3，对粗糙裂隙上、下壁面形貌特征数据集进行预处理，建立裂隙上、下壁面高度数据集Ztop与Zbot；S4，根据步骤S3获取的裂隙上、下壁面高度数据集，进行裂隙开度分布特征分析；S5，根据步骤S3和步骤S4获取的数据集，进行粗糙裂隙上、下壁面间匹配程度分析；S6，根据S3获取的高度数据集合，进行裂隙粗糙度分析；S7，基于步骤S4～S6分析并建立研究区不同岩石类型的粗糙裂隙集合Rockname，用于确定生成的裂隙模型是否满足在裂隙开度、粗糙度特征上的要求；S8，基于步骤S4～S6分析，生成与实际粗糙裂隙特征、属性相仿的粗糙裂隙数据集；S9，基于matlabwithcomsol平台，建立粗糙裂隙数值模型，开展粗糙裂隙非线性渗流求解；S10，循环步骤S8～S9，获取研究区域不同岩石类型在不同粗糙裂隙内的渗流特征，建立研究区针对不同岩石类型及裂隙粗糙程度的裂隙岩体非线性渗流指标；步骤S9具体包括：S9.1，基于matlabwithcomsol平台，加载步骤S8生成的粗糙裂隙集合数据文件，利用参数化扫描功能，实现上、下粗糙裂隙壁面构建；随后，建立长方体，利用布泽尔运算法，将长方体与上、下粗糙裂隙壁面求并集，建立粗糙裂隙数值模型；S9.2，利用matlabwithcomsol平台，调用软件平台的控制方程，其中调用纳维-斯托克斯方程作为流体流动的控制方程，在流体密度恒定且为不可压缩流体时，N-S方程表示为： 式中，u为流体速度，p为流体压力，ρ为流体密度，μ为流体动力黏度，F为体积力，即作用于流体上的外力，为拉普拉斯算子；调用表示质量守恒的连续性方程，与公式12形成耦合方程组，连续性方程表示为： 同时，采用湍流Standradk-ε模型，来模拟粗糙裂隙内流体的非线性渗流过程，其中湍流动能kT和湍流耗散ε的约束性方程分别为： 其中，Pk为湍动能生成项，表示为： 式中，湍流黏度μT＝ρCμk2ε，湍流模型参数采取默认参数：Cε1＝1.44；Cε2＝1.44；Cμ＝0.09；S9.3，为粗糙裂隙数值设定边界条件，以x方向作为流体流动方向，在模型入口与出口边界分别设置为压力边界条件，并将y方向壁面作为不透水边界；S9.4，利用comsol模拟软件进行模型网格划分，调用求解器对流场和压力场进行求解；求解结束后，计算粗糙裂隙模型入口处渗流速度，通过在入口处对流速积分，获取不同裂隙开度分布情况下的稳态体积流速Q，具体为：Q＝Au17；式中：A＝∫dh，A为垂直于流体流动方向的横截面积，u为流体通过横截面积的速度；S9.5，采用立方定律，利用模型入口压力P与体积流速Q，计算不同体积流速下的等效裂隙开度，作为研究区非线性渗流参考指标，具体计算公式为： 式中，he为等效裂隙开度，W为裂隙模型宽度。

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