[发明专利]一种快速确定多孔介质表征单元体积尺寸的方法

说明书

本发明涉及一种快速确定多孔介质三维重建模型的表征单元体积的尺寸方法，属于多孔介质参数研究领域；根据这种多孔介质的生成过程，利用离散单元法对符合特定粒径分布的球形颗粒进行随机堆积，得到多孔介质重建模型。选取足够大的体积单元，选取不同的分辨率对重建模型进行采样并计算渗透率，最终确定合适的分辨率，获得基于重建模型的三维数字图像；计算渗透率、比表面积、渗透率以及各参数变异系数随体积单元尺寸的变化，获取变化关系曲线，确定重建模型的表征单元体积，并利用最小二乘法确定表征单元体积尺寸与平均粒径的关系；能够被用于快速确定这种类型多孔介质重建模型的表征体积单元的大小。

技术领域

本发明涉及一种快速确定多孔介质三维重建模型的表征单元体积的尺寸方法，属于多孔介质参数研究领域。

背景技术

基于界面双电层效应的液环式角加速度计是一种新型角加速度计，在精度、稳定性、带宽等方面都有良好的性能。固相转换器是角加速度计的核心部件，完成压力信号向电信号的转换。固相转换器是由符合特定粒径分布的玻璃微珠堆积、烧结而成，利用离散单元法可以完成对固相转换器的三维重建，得到其重建模型。对重建模型进行分析，可以指导固相转换器的生产过程。

固相转换器是由固体相与孔隙相组成的多孔介质。它属于“不连续介质”，即其孔隙率、比表面积、渗透率等特性参数随其研究尺寸的不同而变化。因此在对固相转换器重建模型进行研究时，需要研究其特性参数随尺寸的变化规律，找到能够表征重建模型特性的最小尺寸。表征单元体积(Representative Element Volume,REV)是人们在研究岩层等多孔介质时，当其特性参数趋于基本稳定时选取的最小体积。当选取的体积小于REV时，多孔介质的特性参数会随着体积的变化而变化；当选取的体积大于REV时，多孔介质的特性参数基本稳定，可以将多孔介质视为等效连续介质。

离散单元法最初由Cundall提出，它是将系统分成单独的块体单元，实时分析每个块体单元的受力情况并更新其加速度、速度与位移等状态，直到系统达到稳定。被广泛应用于颗粒堆积系统的仿真。

目前确定多孔介质的表征单元体积的常用方法有理论与实验方法。采用理论方法需要的假设较多，同时需要针对不同的多孔介质做出不同的假设并建模，较为复杂；很多学者均采用实验的方法确定多孔介质的表征单元体积，但是实验次数较少，随机性较大。

很多学者对于特定岩体的表征单元体积进行了计算与分析。Clausnitzer.V等人通过实验，得出表征单元体积的边长为球粒径的5.15倍。但是仅考虑了球形颗粒粒径相同的情况。Razavi M R对实际多孔介质进行分析，设置REV的体积为球区域，对于由细长颗粒组成的硅砂，REV的半径为粒径中位数的5～11倍；对于由此球形颗粒组成的渥太华砂，REV的半径为粒径中位数的9～16倍。但是中位数难以完全表征粒径的分布特征，得到的无量纲化表征单元体积的尺寸差异较大。

基于在对符合特定粒径分布的球堆积模型表征单元体积及其无量纲化方面研究较少的现状，有必要研究这种多孔介质重建模型的REV及其无量纲化，便于后续固相转换器这类多孔介质以及数字岩心的研究。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种多孔介质重建模型的表征单元体积无量纲化的计算方法。重建模型是由符合特定粒径分布的球形颗粒随机堆积而成的系统。利用该方法可以快速确定这种多孔介质重建模型的表征体积单元的尺寸。

一种确定多孔介质表征单元体积尺寸的方法，包括如下步骤：

第一步，选取至少三组对数正态分布的多孔介质粒径分布参数，所述粒径分布参数为对数均值μ与对数标准差σ；

第二步，针对每一组粒径分布参数，建立多孔介质的三维模型；

第三步，确定三维数字图像分辨率；