[发明专利]孔隙度与颗粒粒径分布关系表征方法

说明书

本发明涉及孔隙度与颗粒粒径分布关系表征方法，该方法包括以下步骤：首先指定二维颗粒堆积模拟的区域范围，长为L、高为H；在指定区域范围内，根据均一分布方法随机生成空间横坐标x,即0≤x≤L，假设所有颗粒均从同一高度y下落，且高度足够高即y＞H；其次建立能准确描述颗粒粒径分布规律的颗粒粒径分布方法；生成一系列颗粒，得到一个紧密的二维颗粒堆积体；再次计算二维颗粒堆积体的孔隙度；最后定性及定量描述相对标准差与孔隙度之间的关系。该方法采用了周期边界，不存在左右边界孔隙度较大的情况，消除了边界对二维颗粒堆积体孔隙度的影响，提高了计算堆积体孔隙度的精度。

技术领域

本发明涉及岩石孔隙度表征的技术领域，特别涉及孔隙度与颗粒粒径分布关系表征方法。

背景技术

认识孔隙度的影响因素，进而理解多孔介质流动过程在石油工程、水力工程等领域至关重要。孔隙度在很多地质、工程的物理场景中都是必要的参数，包括石油开采、二氧化碳埋存、水力系统及污染物运移等。因此，很多学者对孔隙度的表征做了大量的研究。

凭借高分辨率数字成像技术，已经可以直接观察岩心样品的孔隙结构。但是由于孔隙结构的复杂性，很难直接从孔隙结构计算出孔隙度。一般孔隙度计算都是通过实验的手段，如筛析法，但实验手段耗时长、投入精力大。随着高性能计算技术的发展，通过计算机模拟，开发颗粒堆积程序，模拟岩石颗粒沉积过程已经具有可行性。而且模拟方法可以大大缩短实验时间，可视化颗粒动态堆积过程，表征孔隙度与堆积颗粒之间的关系。

学者们都普遍认同孔隙度与颗粒粒径或颗粒粒径分布之间存在一定的联系，但是孔隙度与颗粒粒径分布之间定性、甚至是定量的关系，还没有一致的结论。颗粒堆积过程或颗粒堆积样式决定了颗粒之间的孔隙大小，而孔隙度是颗粒堆积的直观描述，反映出颗粒堆积的程度。然而孔隙度并不仅仅取决于颗粒堆积样式，也依赖于颗粒粒径分布、颗粒形状及分选程度等。因此，孔隙度的定性、定量表征是一个较为复杂的过程。

常见的等直径球形颗粒堆积方式有立方堆积、正交堆积、菱形堆积及四边形堆积等，分别对应的孔隙度为47.6％、39.5％、26％、30.2％。可见，不同的堆积方式会使得颗粒堆积体具有不同的孔隙度。而实际的岩石颗粒并不是等直径的，堆积方式也会更加多样化。另外，用恰当的参数描述堆积特征是评价堆积体的关键环节。一般平均颗粒粒径是最简单方便的描述参数，但是仅靠颗粒粒径评价还远远不够。颗粒粒径分布既能反应颗粒的大小情况，还能反映堆积颗粒的大小占比。因此，颗粒粒径分布可以作为表征孔隙度的一个关键参数。颗粒平均粒径和颗粒粒径的标准差可以用来描述颗粒粒径分布，颗粒平均粒径是对颗粒大小的描述，颗粒粒径标准差是对颗粒大小变化程度的量化。一般认为，一方面大颗粒会占据很多小颗粒与小孔隙的空间，导致孔隙度降低；另一方面大颗粒也会导致小颗粒不能紧密地排列在一起，从而导致孔隙度增加。针对大颗粒对孔隙度产生的两种相反的影响，有学者认为两种影响在颗粒堆积过程中都存在，只不过两种情况对最终孔隙度的影响程度不同。但是，如何量化颗粒粒径分布与孔隙度之间的关系，尚不清楚。

因此，为了定性及定量表征孔隙度与颗粒粒径分布之间的关系，着眼于自然界岩石颗粒堆积过程，提出一种用于孔隙度-颗粒粒径分布关系表征的二维颗粒堆积模拟方法很有必要。

发明内容

针对现有技术存在的上述问题，本发明要解决的技术问题是：提供一种合理有效、能准确反映真实岩石颗粒沉积过程，用于表征孔隙度与颗粒粒径分布之间关系的二维颗粒堆积模拟方法。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：孔隙度与颗粒粒径分布关系表征方法，该方法包括以下步骤：

S01：指定二维颗粒堆积模拟的区域范围，长为L、高为H；这里不考虑具体单位，均为无量纲长度单位。

S02：在指定区域范围内，根据均一分布方法随机生成空间横坐标x,即0≤x≤L，假设所有颗粒均从同一高度y下落，且高度足够高即y＞H；高度足够高，可以认为每个颗粒的初始高度y都相同，且高度足够高即y＞H，故不需要指定纵坐标。