裂缝网络三维数字岩心建模方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及岩石物理研究领域，特别是涉及到一种裂缝网络Η维数字岩必建模方 法。
【背景技术】
[0002] 数字岩必的建模方法主要有两大类：一类是物理方法，通过实验仪器对岩必样品 直接成像构建数字岩必，主要有序列二维薄片叠加成像方法、共焦激光扫描方法和无损X 射线CT扫描成像方法；另一类是数学方法，是W高精度二维薄片图像为基础，通过随机模 拟或地质过程模拟重建Η维数字岩必。
[0003]由于序列二维薄片叠加成像方法对样品表面重复的切割、创光和成像需要花费大 量的时间，而共焦激光扫描方法构建的数字岩必相当于二维薄片厚度的伪Η维数字岩必， 因此在实际构建数字岩必过程中较少使用，实际应用中常用的构建数字岩必的物理方法是 无损X射线CT扫描成像方法。
[0004]目前主要有两种类型的X射线CT扫描系统用于构建储层岩石的数字岩必，一种是 使用工业X射线发生器产生X射线的台式微CT扫描系统；另一种是采用同步加速器作为X 射线发生器的同步加速微CT扫描系统。虽然现在先进的台式微CT扫描系统可W获得分辨 率为加m甚至更高分辨率的数字岩必，但是文献中高质量的数字岩必都是用同步加速微CT 扫描系统获得的。澳大利亚国立大学于2004年建立了数字岩必实验室，应用自制的微CT扫 描系统对数字岩必构建技术进行了广泛深入的研究，构建了直径为5cm，最大视域为55mm， 分辨率小于2um的柱塞岩必的数字岩必。
[0005] 采用物理方法构建数字岩必具有直接和准确的优点，但是费用较高，由于岩必的 二维高分辨率薄片图像在地质研究中经常用到，是一种造价较低的反映岩必微观结构的 岩必资料。因此提出采用数学方法重建数字岩必，目前主要有随机方法和过程模拟方法。随 机方法主要包括高斯随机场方法、模拟退火法、顺序指示模拟方法、多点地质统计学方法和 马尔科夫链方法。
[0006] 1974年，Joshi首次提出了重建Η维数字岩必的高斯随机场方法。1997年， 化zlett提出了重建Η维数字岩必的模拟退火方法。2003年，Keehm利用顺序指示模拟 (SISIM)算法重建了Η维数字岩必。送Η种方法建立的数字岩必在孔隙度较低时连通性较 差。2004年，Ok油e借鉴地质建模过程中常用的地质统计学方法，开发了从岩必二维薄片图 像重建Η维数字岩必的多点地质统计学方法。Wu等人基于马尔科夫随机网格统计模型重建 了Η维数字岩必。送两种方法建立的数字岩必孔隙连通性较好。与随机方法引入随机函数 重建数字岩必不同，1997年，0ren和Bakke应用不同颗粒半径的球体通过模拟岩石的沉积 过程、压实过程和成岩过程重建了数字岩必。过程模拟法建立的数字岩必孔隙连通性较好， 但是一般只适用于成岩过程简单岩石的数字岩必的重建。
[0007] 从目前众多的数字岩必建模方法来看，主要集中在孔隙性储层数字岩必的建模方 法研究而对裂缝性储层数字岩必建模方法的研究较少。由于裂缝性储层选取代表性岩必比 较困难，急需提出一种裂缝性储层Η维数字岩必的重建方法，从而为裂缝性储层岩石物理 属性研究提供有效的分析方法。为此我们发明了一种新的裂缝网络Η维数字岩必建模方 法，解决了W上技术问题。
【发明内容】
[0008] 本发明的目的是提供一种数字岩必建模方法，从而克服裂缝性储层难W获取代表 性岩必的困难，同时为裂缝性储层岩石物理研究提供新的数值模拟的裂缝网络Η维数字岩 必建模方法。
[0009] 本发明的目的可通过如下技术措施来实现：裂缝网络Η维数字岩必建模方法，，该 裂缝网络Η维数字岩必建模方法包括；步骤1，采用CT扫描方法或数值方法建立岩石基质 Η维数字岩必；步骤2,基于裂缝分布满足分形特征的假设条件，采用随机方法生成分形离 散裂缝网络抑FN;W及步骤3,将抑离散化后与基质数字岩必逐体素叠合后得到裂缝网 络Η维数字岩必。
[0010] 本发明的目的还可通过如下技术措施来实现：
[0011] 在步骤1中，在采用CT扫描方法建立岩石基质的Η维数字岩必时，从目标储层裂 缝不发育段取必后进行CT扫描或者制作二维铸体薄片，然后对CT扫描图像进行滤波处理、 图像分割及代表元体积分析后得到岩石基质的Η维数字岩必；在采用数值方法建立岩石基 质的Η维数字岩必时，对二维铸体薄片进行图像处理，获取面孔率、两点相关函数、粒度组 成送些统计信息，然后采用数学方法重建岩石基质的Η维数字岩必。
[001引在步骤2中，该分形特征的假设条件为屈裂缝形状可W用圆盘模型表示；②储层 裂缝中必的分布满足分形特征；⑨裂缝的长度分布满足分形特征；④裂缝的开度分布满足 分形特征。
[0013] 在步骤2中，建立抑FN模型的具体步骤为：
[0014] 步骤曰，分析二维裂缝分布，提取裂缝长度分形维化、裂缝中必点分形维D。、裂缝走 向送些参数；
[0015] 步骤b，通过倍增级联方法生成裂缝中必点；
[0016] 步骤C，采用Villaescusa的坐标系旋转算法随机生成裂缝倾角和倾向；
[0017] 步骤d，计算裂缝长度；
[0018] 步骤e，采用改进的连续随机增加算法生成裂缝开度；W及
[0019] 步骤f，对Η维裂缝网络生成算法进行验证。
[0020] 在步骤a中，采用图像处理技术标记出图中的主要裂缝并进行编号，计算出每条 裂缝的起点和终点坐标、裂缝的发育方位、裂缝的中点坐标和裂缝的长度；
[0021] 裂缝中必点分形维应用下式计算
[0022]
[0023] 式中CzCr)表示点对相关函数；NCr)表示区域中两点距离小于r的点的个数；r表 示区域中两点距离；N表示区域中点的总数；C为比例系数；D。表示裂缝中必点分形维；
[0024] 裂缝长度分形维采用下式计算
[00 巧]
[0026] 式中L表示裂缝生成区域的尺寸；α为裂缝的密度，可通过测量得到；Di为裂缝长 度的分形维；D。为裂缝中必点分形维；N(L)表示在区域L中裂缝的总数；1mm表示最小的裂 缝长度；
[0027] 裂缝走向通过图像处理方法测量得到。
[002引在步骤b中，生成裂缝中必点的步骤为：
[0029] ①将裂缝生成区域划分成一系列子区域，并且为每一个子区域赋予一个概率Pi，Pi 通过下式计算：
[0030]
[0031] 式中Pi为概率；sr为父区域和子区域边长之比；q表示分形维的个数，因为采用了 D。和Di共两个分形维，因此q= 2 ;Dq表示多重分形维数；
[0032] ②将子区域再进一步分成更小的子区域，当前子区域成为父区域，为每一个子区 域根据上式赋予一个概率，并与父区域的概率相乘后作为子区域的概率；
[0033] ⑨重复步骤②直到达到指定的迭代次数；
[0034] ④为每个子区域赋予随机值P，P满足0到1之间的均匀分布，将每个子区域的概 率值与P比较，如果大于P，则在该子区域生成裂缝中必点；否则不生成；
[0035] 根据核磁共振实验测量得到的裂缝分形参数，应用上述步骤生成Η维FDFN的中 必点分布。
[0036] 在步骤C中，生成裂缝倾角和倾向的具体步骤为：
[0037] ①设所有裂缝单位法向量的平均单位法向量Μ在全局坐标系中的角距离和方位 距离分别为若和是*WΜ为Ζ轴建立局部坐标系，计算第i条裂缝在局部坐标系中法向量的 分量（u，v，w)，计算公式为：
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