CN115937467A

CN115937467A - 随机三维裂隙在升尺度模型网格中的划分方法及***

Info

Publication number: CN115937467A
Application number: CN202310232053.5A
Authority: CN
Inventors: 陈涛; 高宗军; 尹会永; 冯建国; 孙明远; 王敏; 张呈伟
Original assignee: Shandong University of Science and Technology
Current assignee: Shandong University of Science and Technology
Priority date: 2023-03-13
Filing date: 2023-03-13
Publication date: 2023-04-07
Anticipated expiration: 2043-03-13
Also published as: CN115937467B

Abstract

本发明属于数据处理技术，提供了随机三维裂隙在升尺度模型网格中的划分方法及***，针对三维裂隙通常随机生成，具有裂隙数目多、几何形态复杂等特征，为升尺度模型网格中裂隙的切割划分造成了困难的缺点，包括根据模拟对象的实际地质条件，构建裂缝介质模拟区域；获取随机产生的三维多边形裂隙及其渗透性信息，将随机产生的三维多边形裂隙及其渗透性信息对应至裂缝介质模拟区域；建立升尺度模型的网格***，基于升尺度模型的网格***生成网格切割体；采用网格切割体对三维多边形裂隙切割划分，得到切割后落入每个升尺度网格内裂隙几何信息和渗透性信息，能够准确、高效和方便的随机三维裂隙在升尺度模型网格中的划分。

Description

随机三维裂隙在升尺度模型网格中的划分方法及***

技术领域

本发明属于数据处理技术领域，尤其涉及随机三维裂隙在升尺度模型网格中的划分方法及***。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

在运用尺度提升技术建立升尺度模型过程中，首要的一步是将裂隙划分到升尺度模型的网格中，从而便于后续分析和计算网格等效参数等。然而，三维裂隙通常随机生成，具有裂隙数目多、几何形态复杂等特征，为升尺度模型网格中裂隙的切割划分造成了困难。

此外，裂隙介质的典型单元体的存在性是确定网格等效参数的重要基础，即通过分析等效参数随网格大小的变化特征，判断典型单元体是否存在，从而为等效参数的选取提供理论依据。但是现有典型单元体存在性的分析技术大多集中于单一网格，对于升尺度模型中的诸多网格，尚缺乏统一、便捷的处理技术。

发明内容

为了解决上述背景技术中存在的至少一项技术问题，本发明提供随机三维裂隙在升尺度模型网格中的划分方法及***，其将三维网格生成技术和图形切割技术结合，提供一种能够准确、高效和方便的随机三维裂隙在升尺度模型网格中的划分方法。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明的第一个方面提供随机三维裂隙在升尺度模型网格中的划分方法，包括如下步骤：

根据模拟对象的实际地质条件，构建裂缝介质模拟区域；

获取随机产生的三维多边形裂隙及其渗透性信息，将随机产生的三维多边形裂隙及其渗透性信息对应至裂缝介质模拟区域；

建立升尺度模型的网格***，基于升尺度模型的网格***生成网格切割体；

采用网格切割体对三维多边形裂隙切割划分，得到切割后落入每个网格内裂隙几何信息和渗透性信息。

作为一种实施方式，所述三维多边形裂隙信息包括每条裂隙的几何形态、裂隙相关信息以及裂隙的空间位置分布。

作为一种实施方式，所述基于升尺度模型的网格***生成网格切割体包括：

设置升尺度模型的网格形态、尺寸和缩放比例；

根据升尺度模型的网格形态、尺寸和缩放比例和裂缝介质模拟区域的尺寸，计算得到网格切割体的数目并生成对应数目的网格切割体。

作为一种实施方式，所述采用网格切割体对三维多边形裂隙切割划分方式为对于每个网格切割体，依次运用切割边界面对每条裂隙进行切割。

作为一种实施方式，在对三维多边形裂隙切割划分后，将得到的每个网格的端点坐标数据、网格内三维裂隙面的多边形端点坐标及其渗透率数据批量导出并存储以便后续分析。

本发明的第二个方面提供随机三维裂隙在升尺度模型网格中的划分***，包括：

模拟区域构建模块，其被配置为：根据模拟对象的实际地质条件，构建裂缝介质模拟区域；

三维裂隙映射模块，其被配置为：获取随机产生的三维多边形裂隙及其渗透性信息，将随机产生的三维多边形裂隙及其渗透性信息对应至裂缝介质模拟区域；

切割体生成模块，其被配置为：建立升尺度模型的网格***，基于升尺度模型的网格***生成网格切割体；

切割划分模块，其被配置为：采用网格切割体对三维多边形裂隙切割划分，得到切割后落入每个网格内裂隙几何信息和渗透性信息。

作为一种实施方式，所述三维裂隙映射模块中，三维多边形裂隙信息包括每条裂隙的几何形态、裂隙相关信息以及裂隙的空间位置分布。

作为一种实施方式，所述切割体生成模块中，所述基于升尺度模型的网格***生成网格切割体包括：

设置升尺度模型的网格形态、尺寸和缩放比例；

作为一种实施方式，所述***还包括数据存储模块，在对三维多边形裂隙切割划分后，将得到的每个网格的端点坐标数据、网格内三维裂隙面的多边形端点坐标及其渗透率数据批量导出并存储以便后续分析。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

针对现有技术在面对三维裂隙几何形态具有多尺度性等复杂特征问题时，存在处理困难、工作程序复杂和计算缓慢等缺点，本发明将三维网格生成技术和图形切割技术结合，可准确、快速地将三维裂隙划分到升尺度模型网格中。此外，本申请可通过设置网格缩放比例，灵活地改变切割体积大小，为网格内典型单元体存在性的分析提供便捷的处理方法。因此与现有技术相比，本发明提供的网格内裂隙划分方法具有准确高效、方便且成本较低的优点。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1为本发明实施例一提供的一种三维裂隙在升尺度模型网格内划分方法的流程图；

图2为本发明实施例一提供的升尺度模型网格***示意图；

图3为本发明实施例一涉及的随机产生的三维裂隙网络示意图；

图4(a)-图4(d)为本发明实施例一中在不同缩放比例系数下的三维裂隙网络划分结果,其中，图4(a)为在缩放比例系数为1.0下的三维裂隙网络划分结果，图4(b)为在缩放比例系数为0.75下的三维裂隙网络划分结果，图4(c)为在缩放比例系数为0.5下的三维裂隙网络划分结果，图4(d)为在缩放比例系数为0.25下的三维裂隙网络划分结果。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

地下岩石介质中流体（水、油和二氧化碳等）运移与诸多资源与环境问题密切相关，比如水资源开发利用、二氧化碳地质封存和地热资源开发利用等。数值模拟是定量刻画上述流体运移过程、预测资源产量和工程风险性评估工作的重要方法和工具。由于地下岩石受到力学作用，通常会产生不同尺度大小、产状和渗透性各异的裂隙网络。这些裂隙作为主要导水通道，对渗流过程至关重要，同时也为数值模拟增加了难度。

模拟流体在裂隙介质中运移的数值计算模型通常可分为两类：离散裂隙模型和等效裂隙模型。在离散裂隙模型中，每条裂隙的几何形态都在模型中得到重现，是一类比较精确的模拟方法。然而，当裂隙数目太多时，在网格剖分和数值计算过程中所消耗的计算量巨大，尤其是进行大规模区域的模拟时，在计算方面的困难限制可该模型的应用。等效裂隙模型（升尺度模型）则是借助于尺度提升技术，将精细的裂隙几何形态与升尺度模型网格中的渗透率等参数建立等效关系，从而提高计算效率，降低模拟成本。

实施例一

如图1所示，本实施例提供了随机三维裂隙在升尺度模型网格中的划分方法，包括如下步骤：

步骤1：根据模拟对象的实际地质条件，构建裂缝介质模拟区域；

步骤2：获取随机产生的三维多边形裂隙及其渗透性信息，将随机产生的三维多边形裂隙及其渗透性信息对应至裂缝介质模拟区域；

步骤3：建立升尺度模型的网格***，基于升尺度模型的网格***生成网格切割体；

步骤4：采用网格切割体对三维多边形裂隙切割划分，得到切割后落入每个升尺度网格内裂隙几何信息和渗透性信息；

步骤5：导出升尺度网格的几何数据和切割后落入每个网格内裂隙几何信息和渗透性信息以进行后续分析。

步骤1中，所述根据模拟对象的实际情况，构建裂缝介质模拟区域包括：

步骤101：根据所模拟对象的实际地质条件，确定裂隙介质模拟区域的形状；

步骤102：根据裂隙介质模拟区域的形状，设置空间直角坐标系；

所述模拟区域的形状可以为长方体或根据地质条件建立的复杂形状。

步骤2中，所述三维多边形裂隙信息包括每条裂隙的几何形态、裂隙相关信息以及裂隙的空间位置分布；

其中，所述每条裂隙的几何形态包括多边形、椭圆和圆形等；所述裂隙相关信息包括裂隙隙宽、裂隙渗透率和裂隙孔隙度，所述裂隙的空间位置分布在模拟区域范围内。

步骤3中，所述基于升尺度模型的网格***生成网格切割体包括：

步骤301：确定升尺度模型的网格形态、尺寸和缩放比例；

步骤302：根据裂缝介质模拟区域的尺寸、升尺度模型的网格的尺寸和缩放比例，计算在空间直角坐标系x,y,z方向上的网格数目；

裂缝介质模拟区域在x,y,z方向上的尺寸为Lx，Ly和Lz；

升尺度模型的网格在x,y,z方向上的尺寸为dx，dy和dz；设置x,y,z方向上的等比例缩放系数a，0≤a≤1；

则计算获得网格数目在x,y,z方向上分别为nx，ny和nz。

其中，x为空间直角坐标系的横坐标，对应该方向上的网格数目为nx=a×Lx/dx；

y为空间直角坐标系的纵坐标，对应该方向上的网格数目为ny= a×Ly/dy；

z为空间直角坐标系的竖坐标，对应该方向上的网格数目为nz= a×Lz/dz。

以网格中心为原点，缩放后的网格尺寸为dx’，dy’和dz’；

缩放系数为a=dx’/dx=dy’/dy=dz’/dz，0≤a≤1。

步骤4中，根据升尺度模型网格的坐标点及缩放系数a，生成nx×ny×nz个网格切割体，每个切割体的边界面为 S _i，i=1，2 …6。对于每个网格切割体，依次运用切割边界面 S _i对每条裂隙进行切割，如果裂隙仍落在网格切割体内，则保存切割后的裂隙信息。

步骤5中，根据后续分析测试需要，将划分后的网格几何信息、裂隙几何形态等信息，以特定格式保存，以便直接用作后续分析计算工作的输入文件，文件格式包括txt、js、obj、tcl文本文件和c、py源程序文件。

下面是结合实际的数据实际以实施例的方式说明本发明的方法，如下：

步骤1：根据某地区的实际地质条件，设置裂隙介质模拟区域为立方体、长Lx，宽Ly，高Lz分别为1000m，1000m和500m，坐标系原点（0,0,0）位于模型左下角；

步骤2：设置升尺度模型的网格形态为正方体，长dx，宽dy，高dz分别均为100m、根据模拟区域尺寸，计算获得网格数目nx，ny和nz分别为10,10和5，设置缩放比例a=1.0，或者a=0.75，a=0.5，a=0.25，图2升尺度模型网格***；

步骤3：将220条随机产生的三维多边形裂隙及其渗透性信息导入到模拟区域，图3为三维随机裂隙在模拟区域的分布形态。

步骤4：运用升尺度模型网格对导入的220条三维裂隙切割划分，并保存每个网格内的裂隙几何形状和渗透性等信息，图4(a)为在缩放比例系数为1.0下的三维裂隙网络划分结果，图4(b)为在缩放比例系数为0.75下的三维裂隙网络划分结果，图4(c)为在缩放比例系数为0.5下的三维裂隙网络划分结果，图4(d)为在缩放比例系数为0.25下的三维裂隙网络划分结果。

步骤5：以txt格式的文件，批量导出并存储每个升尺度网格的端点坐标数据、网格内三维裂隙面的多边形端点坐标及其渗透率数据。

上述技术方案的优势在于，结合三维网格生成技术和图形切割技术，实现三维裂隙在升尺度网格内的精确划分，有助于网格等效渗透率等参数的分析计算。此外，通过改变网格缩放比率，控制划分体积大小，为批量分析网格内典型单元体的存在性提供灵活、高效的方法。

实施例二

本实施例提供随机三维裂隙在升尺度模型网格中的划分***，包括：

其中，所述三维裂隙映射模块中，三维多边形裂隙信息包括每条裂隙的几何形态、裂隙相关信息以及裂隙的空间位置分布。

其中，所述切割体生成模块中，所述基于升尺度模型的网格***生成网格切割体包括：

设置升尺度模型的网格形态、尺寸和缩放比例；

其中，所述采用网格切割体对三维多边形裂隙切割划分方式为对于每个网格切割体，依次运用切割边界面对每条裂隙进行切割。

其中，所述***还包括数据存储模块，在对三维多边形裂隙切割划分后，将得到的每个网格的端点坐标数据、网格内三维裂隙面的多边形端点坐标及其渗透率数据批量导出并存储以便后续分析。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.随机三维裂隙在升尺度模型网格中的划分方法，其特征在于，包括如下步骤：

根据模拟对象的实际地质条件，构建裂缝介质模拟区域；

2.根据权利要求1所述的随机三维裂隙在升尺度模型网格中的划分方法，其特征在于，所述三维多边形裂隙信息包括每条裂隙的几何形态、裂隙相关信息以及裂隙的空间位置分布。

3.根据权利要求1所述的随机三维裂隙在升尺度模型网格中的划分方法，其特征在于，所述基于升尺度模型的网格***生成网格切割体包括：

设置升尺度模型的网格形态、尺寸和缩放比例；

4.根据权利要求1所述的随机三维裂隙在升尺度模型网格中的划分方法，其特征在于，所述采用网格切割体对三维多边形裂隙切割划分方式为对于每个网格切割体，依次运用切割边界面对每条裂隙进行切割。

5.根据权利要求1所述的随机三维裂隙在升尺度模型网格中的划分方法，其特征在于，在对三维多边形裂隙切割划分后，将得到的每个网格的端点坐标数据、网格内三维裂隙面的多边形端点坐标及其渗透率数据批量导出并存储以便后续分析。

6.随机三维裂隙在升尺度模型网格中的划分***，其特征在于，包括：

7.根据权利要求6所述的随机三维裂隙在升尺度模型网格中的划分***，其特征在于，所述三维裂隙映射模块中，三维多边形裂隙信息包括每条裂隙的几何形态、裂隙相关信息以及裂隙的空间位置分布。

8.根据权利要求6所述的随机三维裂隙在升尺度模型网格中的划分***，其特征在于，所述切割体生成模块中，所述基于升尺度模型的网格***生成网格切割体包括：

设置升尺度模型的网格形态、尺寸和缩放比例；

9.根据权利要求6所述的随机三维裂隙在升尺度模型网格中的划分***，其特征在于，所述采用网格切割体对三维多边形裂隙切割划分方式为对于每个网格切割体，依次运用切割边界面对每条裂隙进行切割。

10.根据权利要求6所述的随机三维裂隙在升尺度模型网格中的划分***，其特征在于，所述***还包括数据存储模块，在对三维多边形裂隙切割划分后，将得到的每个网格的端点坐标数据、网格内三维裂隙面的多边形端点坐标及其渗透率数据批量导出并存储以便后续分析。