裂缝基质孔隙网络模型及渗流模拟

It is common that natural fractures reside in various formations at various length scales with different intensities, thus understanding fracture morphology and its impact on flow (i.e. the accurate modelling of flow through such porous systems) is of importance in geology, geoscience, mining, geothermal resource, petroleum engineering, groundwater hydrogeology, CO2 storage and isolation of nuclear and toxic waste. Traditional qualitative researches, which are continuum-based, are unable to estimate reservoir parameters and generate reservoir models properly. With the advance of X-ray micro computerised tomography (MCT), image processing, various numerical simulations, and computer science, the quantitative description of fracture morphology and the generation of fracture-matrix flow model, at microscopic scales, have already become hot topics and research front. In this project, starting with the collection of various MCT-images of core samples, we will carry on the study of how to identify individual fractures from MCT core images, and expand our existing network extraction and pore network modelling to fracture-pore dual porosity systems. As for validation and application as well, new characterisation on fracture morphology (geometry and topology) are introduced and put in the network simulations to reveal the inherent relationships between pore structures and petro-physics.

天然岩石裂缝普遍存在于各类岩石中且呈现不同尺度和强度，因而认识裂缝的形态结构和导流特性（即精确地模拟流体如何流经这些孔隙系统）对于地质、地球物理、采矿、地热、石油工程、地下水（水污染）、二氧化碳储存、核废料/有害物质隔离都具有重要意义。传统宏观均值化定性研究方法在估计储层各参数和油藏模型构建等方面呈现出严重的不足和缺陷。随着X射线MCT扫描、图像处理、数字模拟技术及计算机技术的高速发展，微观定量地描述岩石裂缝形态特征和建立裂缝基质渗流模型已成为当今研究的热点和前沿。本项目将从获取一系列含裂缝岩心MCT扫描图像入手，研究如何可靠准确地从图像中识别裂缝和孔洞，并在此基础上扩展我们已有的网络提取和渗流模型技术以同时表征裂缝和基质的双重孔隙在流体流动中的单独和交互作用。接着探讨裂缝表面形态(几何和拓扑)特征的描述和结构模型的构建方法，利用新的网络模型分析裂缝表面形态的力学性质和对导流能力的影响。

天然裂缝普遍存在于各类孔隙介质（如岩石、土壤和材料）中且呈现不同尺度和强度，因而探讨裂缝微观形态拓扑结构对宏观导流特性的影响在地质、土壤、材料、采矿和石油工程等学科都具有重要意义。本项目从X-射线CT扫描图像入手，(1) 研究裂缝空间形态的表征参数并探讨裂缝模型的构建；(2) 将裂缝模型嵌入孔隙空间研究裂缝与基质的交互；(3) 探索计算裂缝渗流高效方法；(4) 并应用于实际复杂碳酸盐渗流力学的研究。本项目重要的成果有 1) 最早实现了天然介质孔隙和裂缝交互网络模型的构建，2) 基于裂缝图像，提出了一种能准确描述岩石裂缝内部空间结构的方法；3)针对裂缝难以从CT扫描和其它实验手段获取的现实难题，提出了一种简单、有效的均值滤波方法用于构建三维粗糙表面单裂缝数学模型；4) 针对裂缝导流特性控制因素的研究，从立方定律修正因子的估计出发，分析了裂缝各形态参数对裂缝绝对渗透率的影响；5) 针对裂缝属性计算的高复杂度，提出了基于裂缝中轴面计算裂缝渗透率的一种快速、精确算法；6) 成功应用于碳酸盐渗流理论的研究。项目资助发表SCI论文6篇，参加国际会议5次，资助出国培养1人。培养博士生2人，硕士生2人。项目投入经费56万，支出35.97万，各项目支出基本与预算相符。剩余经费20.03万元，剩余经费计划用于本项目研究后续支出。