[发明专利]一种变质量破碎岩石渗透性参量计算方法

摘要

本发明涉及一种变质量破碎岩石渗透性参量计算方法,该方法设计一种遗传算法，对渗透率、非Darcy流β因子、加速度系数三者之间幂指数函数关系和中渗透率的参考值kr、非Darcy流β因子的参考值βr、加速度系数的参考值car、幂指数nβ和nc进行优化，可以克服试验者经验不足的困境，也不需要参考先前的试验结果，即可获取合理的决策变量；可以输出初始种群及各代新种群的位串、kr、βr、carnβ和nc、渗流速度时间曲线、最佳个体的渗透率、非Darcy流β、加速度系数和适应度；根据压力梯度和渗流速度时间序列计算各采样时刻的渗透率、非Darcy流β因子和加速度系数，为分析质量流失引起的破碎岩石渗透性参量的变化规律提供条件。

主权项

一种变质量破碎岩石渗透性参量计算方法，是变质量破碎岩石在渗透试验过程中各采样时刻的渗透性参量，包括渗透率k、非Darcy流β因子β、加速度系数ca的计算方法，其特征在于，具体操作步骤为：步骤1，假设渗透率k、非Darcy流β因子β、加速度系数ca之间存在幂指数关系，即，β=βr(kkr)nβ,---(1-1)]]>ca=car(kkr)nc;---(1-2)]]>步骤2，构造压力梯度、渗流速度和渗流速度当地导数的时间序列，采样周期为τ，长度为N的压力梯度Gp、渗流速度V和渗流速度当地导数的时间序列分别记为：Vi，ai，其中，i＝0,1,2,…N；步骤3，对渗透率、非Darcy流β因子、加速度系数的参考值kr、βr、car、幂指数nβ和nc进行编码及解码；步骤3.1，参照恒定质量破碎岩石渗透试验的结果，确定渗透率、非Darcy流β因子、加速度系数的参考值kr、βr、car、幂指数nβ和nc的可能取值范围；步骤3.2，确定基因长度，将决策变量渗透率、非Darcy流β因子、加速度系数的参考值kr、βr、car、幂指数nβ和nc，转换为长度分别为l1、l2、l3、l4和l5，由字符0和1组成的位串和步骤3.3，由长度为m＝l1+l2+l3+l4+l5的二进制位串I1I2…Im构成遗传算法的个体基因型；步骤3.4，产生初始种群，并对种群中每一个体进行解码操作，计算出个体的kr、βr、car、nβ和nc的值；步骤3.4.1，确定初始种群规模kgroup；步骤3.4.2，产生随机种子数；步骤3.4.3，产生kgroup个长度为m的二进制位串，得到初始种群initial_pop={I1iI2i...Imi|i=1,2,...,kgroup};]]>步骤3.4.4，对种群中每一个体进行解码操作，得到个体基因的表现型，计算出个体的kr、βr、car、nβ和nc的值；步骤4，获取种群中每一个体对应的渗透率、非Darcy流β因子和加速度系数时间序列，构造动量守恒方程的外部函数，将渗流速度计算值与试验数据进行对比，计算种群中个体的适应度；步骤4.1，利用Newton切线法求采样时刻的渗透率、非Darcy流β因子和加速度系数，得到每一个体对应的渗透率、非Darcy流β因子和加速度系数时间序列，其中，i＝1,2,…,N；步骤4.2，分别对压力梯度、渗透率、非Darcy流β因子和加速度系数进行全区间三节点插值构造动量守恒方程的外部函数；步骤4.3，以τ为步长，利用变步长的四阶Runge‑Kutta法求动量守恒方程的数值解，得到采样时刻的渗流速度计算值时间序列Vi*，其中，i＝1,2,…,N(i＝0,1,2,L,N)；步骤4.4，计算渗流速度的计算值Vi*与试验数据Vi之间的误差Err，其中，i＝1,2,…,N；步骤4.5，构造适应度函数并以误差Err计算种群中个体的适应度；步骤5，通过对种群进行选择、交叉、变异操作获得新的种群，对新种群中的个体的适应度进行排序以得到最佳个体，并最佳个体进行解码；利用Newton切线法计算，获取最佳个体的渗透率、非Darcy流β因子和加速度系数，具体操作步骤为：步骤5.1，选择操作，从初始种群中选择出具有交配权的kcop个体；步骤5.2，交叉操作，对每一基因位串随机产生交叉位，并按某一交叉概率pc对每一对交叉个体进行交叉操作，得到个体集合；步骤5.3，变异操作，对个体集合中每一基因位串随机产生变异位，并按某一交叉概率pc对每一个体进行变异操作，得到新一代种群；步骤5.4，对新种群中的个体进行解码操作，计算每一个体的适应度；步骤5.5，对新种群中的每一个体适应度进行排序；步骤5.6，设置停止繁殖的条件；步骤5.7，对最佳个体进行解码，将最佳个体的基因型转化为表现型，得到kr、βr、carnβ和nc的估计值；步骤5.8，利用Newton切线法计算出最佳个体各采样时刻的渗透率、非Darcy流β因子和加速度系数。