裂缝性碳酸盐岩基质与裂缝耦合作用表征方法与流程

技术特征：

1.裂缝性碳酸盐岩基质与裂缝耦合作用表征方法，其特征在于，该裂缝性碳酸盐岩基质与裂缝耦合作用表征方法包括：

步骤1，构建不同裂缝开度的平板裂缝模型；

步骤2，将不同裂缝开度的平板裂缝模型施加到CT扫描碳酸盐岩基质数字岩心中构建裂缝性碳酸盐岩三维数字岩心；

步骤3，利用格子玻尔兹曼方法模拟三维数字岩心渗流场分布，并计算三维数字岩心模型的渗透率；

步骤4，引入渗透率耦合系数，分析渗透率结果并确定渗透率耦合系数表达式。

2.根据权利要求1所述的裂缝性碳酸盐岩基质与裂缝耦合作用表征方法，其特征在于，在步骤1中，构建完全为骨架的三维数据体，该三维数据体的体素个数及分辨率与建立的岩心基质三位数字岩心的参数一致；采用控制变量方法，只改变裂缝开度，固定其它裂缝参数，基于数字岩心叠加方法，构建不同裂缝开度的光滑平板裂缝模型。

3.根据权利要求1所述的裂缝性碳酸盐岩基质与裂缝耦合作用表征方法，其特征在于，在步骤2中，基于数字岩心叠加方法，分别将构建的不同裂缝开度平板裂缝模型施加到CT扫描的不同孔隙结构的碳酸盐岩基质三维数字岩心中，构建裂缝性碳酸盐岩三维数字岩心。

4.根据权利要求1所述的裂缝性碳酸盐岩基质与裂缝耦合作用表征方法，其特征在于，在步骤3中，采用格子玻尔兹曼方法中的D₃Q₁₉模型模拟岩石的渗流特性，D₃Q₁₉模型粒子分布函数的演化方程：

$f_i(x+e_i\mathrm{\Δ}t,t+\mathrm{\Δ}t)-f_i(x,t)=-\frac{1}{\mathrm{\τ}}\[f_i(x,t)-{f_i}^{eq}(x,t)\]$

等式中i的范围是[0,18]，表示19个不同的方向，左边为传播步，右边为碰撞步，f_i(x,t)是t时刻在x位置第i个方向上流体粒子的传播函数，f_i(x+e_iΔt,t+Δt)是t+Δt时刻在x位置第i个方向上流体粒子的传播函数；在D₃Q₁₉模型中，τ是弛豫时间常量，f_i^eq(x,t)是t时刻相同位置处流体粒子的平衡态分布函数，表达式为：

${f_i}^{eq}={\mathrm{\ρ\ω}}_i\[1+\frac{3}{c^2}{e}_i\·u+\frac{9}{2c^4}{(e_i\·u)}^2-\frac{3}{2c^2}u\·u\]$

式中，ρ是流体密度，c＝Δx/Δt.ω_i是权重因子，ω₀＝1/3,ω_i＝1,2…6＝ 1/18,ω_i＝7,8…18＝1/36,e_i是速度失量，i表示每个不同的方向，u是根据动量守恒定律和质量守恒得到的流体线性宏观速度，单位是lu/ts，u可以写成：

$u=\frac{1}{\mathrm{\ρ}}\underset{i}{\Σ}{f}_i(x,t)e_i$

给系统施加一定的宏观压力梯度使其开始演化，碰撞步和传播步重复执行直到粒子分布函数达到稳定态，局部流量可以通过下式计算得到：

$q=\underset{i}{\Σ}{f}_i(x,t)e_i$

由达西定律得：

$\<q\>=-\frac{K}{A\·\mathrm{\η}}\frac{dP}{dx}$

式中，<q>表示沿着x方向通过岩心的流量，单位是cm³/s；dP/dx表示x方向压力梯度，单位是MPa/cm；A表示垂直于x方向岩心的横截面积，单位是cm²；η表示流体的动力粘度系数，单位是MPa；K表示在x方向岩心渗透率，单位是um²；通过计算每个格点处的宏观流速，得到三维空间渗流场分布，通过求解达西定律各个参数，进而得到某个三维数字岩心的渗透率。

5.根据权利要求4所述的裂缝性碳酸盐岩基质与裂缝耦合作用表征方法，其特征在于，在步骤3中，利用格子玻尔兹曼方法，对构建的三维数字岩心进行渗流特性模拟，分别对构建的三维数字岩心施加相同的宏观压力梯度开始进行渗流模拟，直到粒子分布函数达到稳定态，得到渗流稳定态的三维空间渗流场分布，并根据出口端流量计算每个数字岩心的渗透率。

6.根据权利要求1所述的裂缝性碳酸盐岩基质与裂缝耦合作用表征方法，其特征在于，在步骤4中，裂缝与基质之间的渗流耦合作用受裂缝开度的影响最大，而且与岩石基质物性相关，渗流耦合系数k_x模型的形式为：

k_x＝pH_f^-q

式中，H_f为裂缝开度，单位μm；参数p，q反映岩心基质物性，通过数字岩心方法进行拟合求取。