一种考虑数字图像降尺度的渗透率计算方法及系统

本发明属于岩土工程，具体涉及一种考虑数字图像降尺度的渗透率计算方法及系统。

背景技术：

1、在核废料深部地质处置、能源地质存储、二氧化碳地质封存和油气勘探等领域，存在流体运移问题。以核废料处理为例，在长期演化过程中，储存库会产生大量的气体。同时，地下水的迁移也会改变缓冲材料(如膨润土)的结构，如何评价缓冲材料的水渗透率和气体渗透率是关系到处置库气密性评价的重要指标。在二氧化碳地质封存过程中，围岩的渗透率直接影响到了封存的效果，评价原状围岩的渗透率直观重要。因此渗透率是指导地下工程实践的关键技术指标。

2、目前，测试渗透率的主要方法还是通过室内试验，即通过地下岩体取芯之后，在实验室通过渗透性试验测试获得，但这种方法一方面取芯不可避免会造成岩体状态的变化，另一方面，渗透率测试通常要持续很久的时间，且随着渗透率数量级的下降，测试时间呈现数量级的增加。随着数字图像技术的发展，通过数字图像计算渗透率成为一种重要的选择，其中，基于二维数字图像进行渗透率计算因其速度快，廉价而被更多的选择。目前在其中，通过图像提取孔径分布特征，在根据孔径分布特征进行渗透率计算成为一种有效的选择，但该方法存在一个问题，即通过整体孔径分布考虑，将原状孔隙统计为多个具有不同孔径的孔隙来考虑，一方面忽略了原状孔隙的复杂程度，另一方面，由于每个孔径单独考虑，即无法考虑流体之间的相互作用，会产生一定的偏差。

技术实现思路

1、本发明旨在解决现有技术的不足，提出一种考虑数字图像降尺度的渗透率计算方法及系统，分别计算各个等分之后的部分的孔径分布，并通过孔径分布求出等分部分的渗透率，之后通过上述方法融合在一起，获得整体的渗透率。

2、为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

3、一种考虑数字图像降尺度的渗透率计算方法，包括以下步骤：

4、采集待检测材料的sem图像，对所述sem图像进行等效分割得到若干块体；

5、对若干所述块体进行孔径分布统计，获得所述待检测材料的孔径分布状态，并基于所述孔径分布状态计算分割后若干所述块体的块体渗透率；

6、基于若干所述块体渗透率，利用等效电阻网络模型计算所述待检测材料的整体渗透率。

7、优选的，所述块体渗透率的计算方法包括：

8、基于泊肃叶定律计算所述块体中管路的流量qi：

9、

10、其中，i为第i个管路，qi为管路流量，ri为管路半径，δp为两端压差，μ为动力粘度，li为管路长度；

11、基于所述管路流量计算块体总流量q：

12、

13、其中，q为总流量，m为管路数量；

14、同时，根据达西定律计算块体总流量q：

15、

16、其中，k为渗透率，a为多孔介质的截面积，h为试样流动方向的高度；

17、则有：

18、

19、即基于所述管路流量和所述块体总流量计算的块体渗透率k为：

20、

21、其中，τi为管路迂曲度，为为孔径ri对应的孔隙率。

22、优选的，所述等效电阻网络模型包括：

23、对于渗透率为k的块体，边缘中间的等效电阻为1/k，等效于两个1/2k的电阻器串联；

24、根据分割后的块体状态，将所述等效电阻连接为等效电阻网络；

25、使用星三角变换将所述等效电阻简化成电阻器串并联形成的电路，得到等效电阻网络模型。

26、优选的，计算所述待检测材料的整体渗透率的方法包括：

27、

28、其中，k2d为待检测材料的整体渗透率，k1为第1个块体的渗透率，k2为第2个块体的渗透率，k3为第3个块体的渗透率，k4为第4个块体的渗透率。

29、本发明还提供了一种考虑数字图像降尺度的渗透率计算系统，所述计算系统应用上述任一项所述的计算方法，包括：图像采集模块、块体渗透率计算模块和整体渗透率计算模块；

30、所述图像采集模块用于采集待检测材料的sem图像，对所述sem图像进行等效分割得到若干块体；

31、所述块体渗透率计算模块用于对若干所述块体进行孔径分布统计，获得所述待检测材料的孔径分布状态，并基于所述孔径分布状态计算分割后若干所述块体的块体渗透率；

32、所述整体渗透率计算模块基于若干所述块体渗透率，利用等效电阻网络模型计算所述待检测材料的整体渗透率。

33、优选的，所述块体渗透率计算模块包括：管路流量计算单元、总流量计算单元和渗透率计算单元；

34、所述管路流量计算单元用于基于泊肃叶定律计算所述块体中管路的流量qi：

35、

36、其中，i为第i个管路，qi为管路流量，ri为管路半径，δp为两端压差，μ为动力粘度，li为管路长度；

37、所述总流量计算单元用于基于所述管路流量计算块体总流量：

38、

39、其中，q为总流量，m为管路数量；

40、同时，根据达西定律计算块体总流量q：

41、

42、其中，k为渗透率，a为多孔介质的截面积，h为试样流动方向的高度；

43、则有：

44、

45、所述渗透率计算单元用于基于所述管路流量和所述块体总流量计算块体渗透率k：

46、

47、其中，τi为管路迂曲度，为为孔径ri对应的孔隙率。

48、优选的，所述等效电阻网络模型包括：

49、对于渗透率为k的块体，边缘中间的等效电阻为1/k，等效于两个1/2k的电阻器串联；

50、根据分割后的块体状态，将所述等效电阻连接为等效电阻网络；

51、使用星三角变换将所述等效电阻简化成电阻器串并联形成的电路，得到等效电阻网络模型。

52、优选的，所述整体渗透率计算模块的工作流程包括：

53、

54、其中，k2d为待检测材料的整体渗透率，k1为第1个块体的渗透率，k2为第2个块体的渗透率，k3为第3个块体的渗透率，k4为第4个块体的渗透率。

55、与现有技术相比，本发明的有益效果为：

56、现有技术将图像整体进行孔径统计，并直接计算渗透率，由于孔径单独计算，无法考虑孔隙之间的相互影响，以及孔隙区域内部统计的不同大小孔径单独计算忽略了流体之间的相互影响，从而造成偏差。本发明通过图像降尺度的方法，并统计降尺度之后的区域孔径分布特征，能更容易的反映孔隙的区域复杂程度以及区域孔隙对于整体渗流特征的贡献。同时通过考虑区域之间的联系实现整体渗透率的计算，能够有效实现在实际计算过程中的流体之间的相互带动作用以及孔隙区域之间的相互影响。

技术特征：

1.一种考虑数字图像降尺度的渗透率计算方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述一种考虑数字图像降尺度的渗透率计算方法，其特征在于，所述块体渗透率的计算方法包括：

3.根据权利要求2所述一种考虑数字图像降尺度的渗透率计算方法，其特征在于，所述等效电阻网络模型包括：

4.根据权利要求2所述一种考虑数字图像降尺度的渗透率计算方法，其特征在于，计算所述待检测材料的整体渗透率的方法包括：

5.一种考虑数字图像降尺度的渗透率计算系统，所述计算系统应用权利要求1-4任一项所述的计算方法，其特征在于，包括：图像采集模块、块体渗透率计算模块和整体渗透率计算模块；

6.根据权利要求5所述一种考虑数字图像降尺度的渗透率计算系统，其特征在于，所述块体渗透率计算模块包括：管路流量计算单元、总流量计算单元和渗透率计算单元；

7.根据权利要求6所述一种考虑数字图像降尺度的渗透率计算系统，其特征在于，所述等效电阻网络模型包括：

8.根据权利要求6所述一种考虑数字图像降尺度的渗透率计算系统，其特征在于，所述整体渗透率计算模块的工作流程包括：

技术总结本发明公开了一种考虑数字图像降尺度的渗透率计算方法及系统，方法包括以下步骤：采集待检测材料的SEM图像，对SEM图像进行等效分割得到若干块体；对若干块体进行孔径分布统计，获得待检测材料的孔径分布状态，并基于孔径分布状态计算分割后若干块体的块体渗透率；基于若干块体渗透率，利用等效电阻网络模型计算待检测材料的整体渗透率。本发明通过图像降尺度的方法，并统计降尺度之后的区域孔径分布特征，能更容易的反映孔隙的区域复杂程度以及区域孔隙对于整体渗流特征的贡献。同时通过考虑区域之间的联系实现整体渗透率的计算，能够有效实现在实际计算过程中的流体之间的相互带动作用以及孔隙区域之间的相互影响。技术研发人员：倪宏阳,刘江峰,浦海,郭佳乐,简志杰受保护的技术使用者：中国矿业大学技术研发日：技术公布日：2024/7/29