数字裂缝建模及渗流属性计算研究

发布时间：2021-02-21 01:06

　　天然裂缝普遍存在于各类孔隙介质（如岩石、土壤等）中且呈现出多个尺度和不同强度,认识裂缝的几何形态结构以及渗流属性对于石油工程、地质工程、环境保护、采矿、土壤和材料等都具有重大意义。伴随着计算机技术、图像处理、X射线CT扫描的快速发展,裂缝形态结构的微观定量表征以及裂缝渗流模型的建立已成为当今研究的前沿和热点问题。为此,本文从一系列含裂缝的CT扫描图像入手,研究裂缝空间形态的结构表征,并探讨了相应参数裂缝结构模型构建的理论和算法;进而应用这一建模工具深入分析了裂缝多个形态特征对其渗流能力的影响,并基于裂缝孔隙简化的几何拓扑结构（中轴面）,提出了一种高效、精确的渗流计算方法。本论文的主要贡献罗列如下:1.针对裂缝空间复杂形态难以测量和描述的难题,提出了一种准确描述裂缝空间形态的方法,并得出了一个重要结论,即具有粗糙壁面的天然裂缝空间结构等价于裂缝趋势面与趋势面上逐点对应裂缝开度的组合。基于此结论,提出了测量裂缝的五个形态表征参数（即裂缝平均开度、开度粗糙度、开度场空间相关长度、裂缝趋势面波动系数以及趋势面的空间相关长度）的方法,为更深入地研究裂缝提供了新的量化特征。2.由于天然裂缝样本的获... 

【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：98 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 绪论
    1.1 研究工作的背景与意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 数字岩心技术研究现状
        1.2.2 裂缝形态表征研究现状
        1.2.3 裂缝模型构建研究现状
        1.2.4 裂缝渗流属性计算研究现状
    1.3 本文主要工作与创新
    1.4 本论文的结构安排
第二章 预备知识
    2.1 X射线CT扫描
    2.2 达西定律-渗透率基本理论
    2.3 裂缝平板模型
    2.4 格子 Boltzmann 方法
        2.4.1 基本原理
        2.4.2 边界条件
        2.4.3 裂缝渗透率计算
    2.5 本章小结
第三章 粗糙单裂缝形态结构表征
    3.1 组成结构
    3.2 形态测量及表征
        3.2.1 裂缝空间形态测量及数据处理
        3.2.2 裂缝空间形态表征
    3.3 三维数字裂缝的形态参数提取
    3.4 本章小结
第四章 粗糙单裂缝数学模型
    4.1 基本概念
        4.1.1 均值滤波
        4.1.2 林德伯格-李维中心极限定理
    4.2 粗糙单裂缝数学模型
        4.2.1 高斯面生成
        4.2.2 粗糙单裂缝模型构建算法
        4.2.3 裂缝模型的空间统计分布特征
    4.3 裂缝模型校准
    4.4 裂缝模型控制参量分析
        4.4.1 模板形状
        4.4.2 模板尺寸
        4.4.3 模板长宽比
    4.5 本章小结
第五章 裂缝形态特征对渗流属性的影响
    5.1 修正立方定律
    5.2 裂缝模型准备
    5.3 裂缝形态参数对渗流属性的影响
        5.3.1 裂缝趋势面的影响
        5.3.2 裂缝开度的影响
        5.3.3 裂缝趋势面和裂缝开度的综合影响
    5.4 修正立方定律的准确性验证
    5.5 本章小结
第六章 基于裂缝中轴面的渗流属性计算
    6.1 裂缝中轴面
    6.2 裂缝空间几何信息计算
        6.2.1 单位法向量
        6.2.2 裂缝局部开度的估计
    6.3 基于中轴面的渗流属性计算
        6.3.1 中轴面上体素之间的连接关系
        6.3.2 重建虚拟裂缝网络
        6.3.3 裂缝渗透率计算
    6.4 与格子玻尔兹曼数值模拟方法的比较
    6.5 本章小结
第七章 全文总结与展望
    7.1 全文总结
    7.2 后续工作展望
致谢
参考文献
攻读博士学位期间取得的成果



本文编号：3043616