[发明专利]一种三维渗透张量计算方法

说明书

本发明公开了一种三维渗透张量计算方法，在二维裂隙网络渗流分析的基础上，沿一定轴旋转二维剖面，计算不同旋转角度下，二维剖面各个方向的渗透系数，并绘制椭圆球体，最后用回归分析近似求得三维裂隙的渗透系数张量。由于在二维裂隙网络渗流计算中，采用一维的线单元模拟裂隙，有效地避免了三维裂隙网络模型中复杂的裂隙处理工作。在裂隙计算时，因为求解方程的维度由三维降低到二维，所以可以大幅度地提高有效裂隙的计算数量和效率。

技术领域

本发明涉及一种三维渗透张量计算方法。

背景技术

经典渗流理论是以连续介质假定为基础的，而实际情况中，大多数介质都是离散的。为了能将离散介质适用于经典渗流理论，引入了表征单元体(REV)的概念，从而把实际上离散的多孔介质等效成由表征单元体组成的连续介质。当表征单元体尺寸与研究区域尺寸相比很小时，就可以用连续介质渗流理论进行分析。对于土体等孔隙介质，其表征单元体非常小，可以直接运用连续介质渗流理论。对于岩体，由于岩体中通常会有各种节理裂隙，在流体流经岩体时，主要是由裂隙通过的。裂隙和孔隙主要有两种差别：1.孔隙在三维方向上延伸，且各个方向上的差别不大，而裂隙主要在二维方向上延伸，其两个方向上的尺寸比第三个方向上的尺寸大很多。2.孔隙的延伸尺寸比研究域小得多，而裂隙的延伸尺度可以达到整个研究域。

一直以来，工程师在计算中把岩体看成和土体一样的多孔介质，应用经典渗流理论进行分析。而1959年法国Malpasset拱坝和1967年Vajiont拱坝事故的发生，使人们认识到岩体渗流不能和土体一样直接采用连续介质渗流理论分析。

如今，随着裂隙性油气田的开发、高放射性核废料的深埋处理和对拱坝岩体的开发，使得裂隙岩体渗流的研究逐渐成为了热点问题。目前对裂隙岩体进行渗流计算时，主要有：等效连续介质模型、离散裂隙网络模型和双重介质模型。但是由于后两者都有难以解决的问题而影响了模型的应用：在双重介质模型中，裂隙网络和连续介质岩块耦合模型中水交换量公式的准确性直接影响着模型的计算准确性，但是该模型中水交换量难以准确确定；离散裂隙网络模型认为岩块不能导水而忽略岩块的导水性，但实际情况中，岩块的非饱和渗透系数和裂隙渗透系数相比，一般不能忽略，故当考虑裂隙岩体非饱和渗流时，选用离散裂隙模型并不合适；相比之下，等效连续介质模型分析裂隙岩体渗流，在理论和实际中均有非常多的经验和成熟和计算程序可供借鉴。同时，该模型只需知道裂隙的几何信息的统计值，而对其准确位置并不敏感，因此，在实际工程问题中多使用等效连续介质模型。渗透张量是等效连续介质渗流计算模型中的一个关键参数，它直接反应了裂隙岩体非均质各向异性的特点。近年来，许多学者和专家在等效连续介质渗流计算中，就如何准确确定渗透张量这一问题进行了大量研究分析。

在三维情况下，用等效连续介质模型分析裂隙岩体的渗流时，需要使用一个3阶的渗透张量来表达裂隙渗流的各向异性特性。许多学者采用裂隙网络渗流的方法来计算三维渗透系数张量。Long J C S(1985)提出圆盘裂隙网络模型。Dershowitz(1987)提出多边形裂隙网络模型。Cacas M C(1990)提出圆形管道模型。这些方法的实质是将裂隙及其交线看成一个点，将裂隙中的渗流简化成水在这些点之间的直线运动。但是，采用这些方法进行渗流分析时，由于三维情况下裂隙网络的复杂性，需要花费大量精力在裂隙生成、筛选以及裂隙与裂隙或边界的联系这些方面上。当岩体内部裂隙密度高时，可能在20米的尺度范围内就能包含上万条对渗流有作用的裂隙，这时，对裂隙的生成、筛选以及相关计算工作是非常巨大的。

发明内容

为了解决目前在三维情况下分析裂隙岩体的渗流计算工作量过大的技术问题，本发明提供一种可有效提高有效裂隙的计算效率的三维渗透张量计算方法。

为了实现上述技术目的，本发明的技术方案是：

一种三维渗透张量计算方法，包括以下步骤：

步骤一：输入由统计资料确定的各组裂隙面服从密度分布参数；