石油天然氣領(lǐng)域數(shù)字巖芯解決方案

1、PAGE 石油天然氣領(lǐng)域數(shù)字巖芯解決方案一、概述在當(dāng)今世界能源格局下，石油與天然氣仍然是工業(yè)消耗的主要來源，油氣資源是保證國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的命脈，在當(dāng)前各種新的替代能源還未發(fā)展成熟之前，人們對油氣資源的需求與開釆量仍然會日益增加。石油、天然氣資源作為一種不可再生能源，如何對其高效合理的開采和利用，是推進(jìn)石油工業(yè)技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵。測井作為一種重要的地球物理探測技術(shù)，一度被譽(yù)為“地質(zhì)家的眼睛”，其在油氣勘探開發(fā)中起到了決定性的作用，然而，隨著目前油氣勘探開發(fā)領(lǐng)域和規(guī)模的不斷擴(kuò)大，測井評價(jià)技術(shù)面臨巨大挑戰(zhàn)，特別是在巖石物理特征研究領(lǐng)域，常規(guī)實(shí)驗(yàn)方法遇到了諸多技術(shù)瓶頸，如巖心資料獲取不全、巖心致密無法驅(qū)替、

2、裂縫發(fā)育段巖心獲取代表性差、頁巖和油砂等非常規(guī)資源巖石物理實(shí)驗(yàn)工藝尚不成熟等。因此，加強(qiáng)對儲層巖石物理特征的研究對于油氣勘探開發(fā)具有至關(guān)重要的意義。隨著計(jì)算機(jī)的發(fā)展，數(shù)值模擬已經(jīng)成為最經(jīng)濟(jì)且有效的科學(xué)研究方法。如數(shù)值模擬手段代替了核爆炸實(shí)驗(yàn)；模特卡羅粒子數(shù)值模擬代替了大多數(shù)放射性測量實(shí)驗(yàn)等。中仿科技技術(shù)團(tuán)隊(duì)在十多年的數(shù)值計(jì)算工作中，參與了眾多重大項(xiàng)目，包括三峽大壩、某衛(wèi)星系統(tǒng)設(shè)計(jì)、某核電站建設(shè)、某機(jī)場建設(shè)、二氧化碳封存、大型垃圾填埋場設(shè)計(jì)等等，發(fā)現(xiàn)越來越多領(lǐng)域的用戶都在逐漸開展數(shù)值計(jì)算工作。在石油行業(yè)領(lǐng)域，數(shù)值模擬方法同樣貫穿于油氣田勘探與開發(fā)的始終，特別是在巖石物理研究方向，數(shù)值模擬方法與傳

3、統(tǒng)巖石物理實(shí)驗(yàn)方法相比，不僅節(jié)約成本，還可以開展微觀尺度上的巖石物理屬性影響因素分析，而且對于傳統(tǒng)巖石物理實(shí)驗(yàn)無法直接測量的物理性質(zhì)（如三相相對滲透率等），巖石物理數(shù)值模擬具有明顯的優(yōu)勢。巖石物理數(shù)值模擬研究必須基于一定的巖石物理模型，巖石物理模型的準(zhǔn)確與否關(guān)系著巖石物理數(shù)值模擬結(jié)果的準(zhǔn)確程度。巖石物理模型的發(fā)展經(jīng)歷了由簡單到復(fù)雜的演化歷程，根據(jù)模型的復(fù)雜程度，將其劃分為兩大類，即簡單、規(guī)則的孔隙網(wǎng)絡(luò)模型和復(fù)雜、真實(shí)的數(shù)字巖芯模型?？紫毒W(wǎng)絡(luò)模型按照建模的拓?fù)湫再|(zhì)來劃分，可以分為規(guī)則拓?fù)淇紫毒W(wǎng)絡(luò)模型和真實(shí)拓?fù)淇紫毒W(wǎng)絡(luò)模型兩類?？紫毒W(wǎng)絡(luò)模型都過于理想化，往往導(dǎo)致數(shù)值模擬結(jié)果與實(shí)際結(jié)果相差甚遠(yuǎn)，因而

4、實(shí)用性較差，而能夠真實(shí)反映巖心孔隙結(jié)構(gòu)特征的三維數(shù)字巖芯技術(shù)是巖石物理數(shù)值模擬研究的主要方向。上世紀(jì)末，X射線CT掃描和計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)在醫(yī)學(xué)研究領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，這引起了巖石物理學(xué)家對該技術(shù)的廣泛興趣，數(shù)字巖芯技術(shù)在此背景下應(yīng)運(yùn)而生。利用CT掃描技術(shù)構(gòu)建的三維數(shù)字巖芯不僅能真實(shí)、完整的反應(yīng)巖石的復(fù)雜孔隙結(jié)構(gòu)特征，而且還可以代替真實(shí)巖心實(shí)驗(yàn)，系統(tǒng)全面的模擬巖石的電性、彈性、滲流等宏觀物理屬性。此外，數(shù)字巖芯的建立大大節(jié)約了巖石物理研究的成本，數(shù)字巖芯一旦構(gòu)建完成就可以重復(fù)進(jìn)行各種數(shù)值模擬實(shí)驗(yàn)，還可以根據(jù)研究者的需求進(jìn)行各種實(shí)驗(yàn)條件約束，具有重要的應(yīng)用價(jià)值和理論意義在測井解釋評價(jià)工作中，面對巖性復(fù)雜、

5、物性條件差的低滲透儲層，傳統(tǒng)巖石物理實(shí)驗(yàn)常常面臨諸多問題和挑戰(zhàn)。在某些復(fù)雜巖石物理問題傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)無法解決的情況下，巖石物理數(shù)值模擬方法展現(xiàn)出強(qiáng)大的適應(yīng)性。例如，利用數(shù)字巖芯技術(shù)可以將錯(cuò)綜復(fù)雜的巖石孔隙結(jié)構(gòu)進(jìn)行三維提取，大大簡化了孔隙結(jié)構(gòu)的影響因素。又如在研究巖石物理的機(jī)理性問題時(shí)，常常需要將簡化的巖石物理模型與復(fù)雜的真實(shí)巖石結(jié)構(gòu)進(jìn)行對比分析，利用數(shù)字巖芯技術(shù)模擬，可以實(shí)現(xiàn)不同條件下等效對比。中仿科技參與過眾多測井項(xiàng)目的數(shù)值計(jì)算，例如和吉林大學(xué)的合作項(xiàng)目中，利用中仿數(shù)值仿真計(jì)算軟件做二次開發(fā)，建立一套完整的測井系統(tǒng)；和中國科學(xué)院聲學(xué)研究所、中國電子科技集團(tuán)22研究所、中國石油集團(tuán)長城鉆探工程有限測

6、井技術(shù)研究院等單位的合作中，也多次參與了數(shù)字巖芯能源探測的項(xiàng)目，然而，數(shù)字巖芯作為一種新興的巖石物理研究方法，目前在測井和地質(zhì)行業(yè)的實(shí)際應(yīng)用還不夠成熟，如何進(jìn)一步發(fā)揮數(shù)字巖芯技術(shù)在低滲透儲層測井解釋評價(jià)中旳作用，提高測井、地質(zhì)研究人員對數(shù)字巖芯技術(shù)的認(rèn)知度，是目前數(shù)字巖芯技術(shù)發(fā)展的重點(diǎn)。二、數(shù)字巖芯重構(gòu)數(shù)字巖芯的重建方法有多種，如切片組合法、射線掃描法和基于巖石二維圖像的重建法等，但歸納起來有大類：物理實(shí)驗(yàn)法和數(shù)值重建法。前者是借助于高精度的光學(xué)儀器獲取巖心的平面圖像，后者是利用各種重建算法獲取三維數(shù)字巖芯。由于重建算法利用較少的圖像資料就可以獲取反映孔隙結(jié)構(gòu)的三維數(shù)字巖芯，所以是當(dāng)前進(jìn)行數(shù)字

7、巖芯建模研究的重點(diǎn)。本解決方案主要圍繞三維數(shù)字重構(gòu)方法來闡述數(shù)字巖芯的建立方法以及數(shù)字巖芯的數(shù)值實(shí)驗(yàn)（仿真計(jì)算）。（一）、數(shù)字巖芯重構(gòu)一般步驟三維數(shù)字重構(gòu)數(shù)字巖芯以及后續(xù)數(shù)值實(shí)驗(yàn)（仿真計(jì)算），需要如下幾個(gè)步驟：即：數(shù)據(jù)獲取、圖像導(dǎo)入降噪濾波、圖像處理體/面網(wǎng)格劃分模型導(dǎo)出、仿真計(jì)算a.圖像導(dǎo)入圖像獲取有很多方法，例如上圖中各種設(shè)備，它們可以生成各種不同格式，如3D圖像數(shù)據(jù)DICOM Version 3.0、ACR-NEMA Versions 1&2、Interfile、Analyze、Meta-Image、Raw image data、Blank image等以及2D圖像數(shù)據(jù)組DICOM、BM

8、P、PNG、JPEG/JPG、GIF、PCX、PNM、TIFF、IFF、XPM、RAW等。b.圖像處理圖像處理分為預(yù)處理和正式處理兩步。預(yù)處理需要對圖像進(jìn)行縮放、填補(bǔ)、剪裁（自動收縮剪裁）以及鏡像、平移和旋轉(zhuǎn)、傾斜校正等處理。正式處理較為復(fù)雜，簡單的說，需要對圖像做分割處理，即將孔隙和巖石區(qū)分開來，之后做平滑處理。c.圖像可視化完成上述圖像處理后，需對圖像做三維可視化處理，即圖像渲染，甚至做動畫處理，用于成果展示。d.模型分析及導(dǎo)出、仿真計(jì)算通過數(shù)值圖像計(jì)算，可以得到數(shù)字巖芯的孔隙率、孔隙介質(zhì)結(jié)構(gòu)描述和重構(gòu)、孔隙網(wǎng)絡(luò)模型創(chuàng)建、生成，甚至物性的計(jì)算（包括綜合彈性模量、滲透系數(shù)、熱傳遞系數(shù)、電導(dǎo)率

9、等）。（二）、數(shù)字巖芯存在的問題通常的數(shù)字巖芯三維重構(gòu)，往往需要用戶自行編譯程序，做圖像的識別、去噪、二值化、插值合成最終模型，再通過算法實(shí)現(xiàn)特征統(tǒng)計(jì)等工作，會占用科研人員大量的時(shí)間精力，而且目前情況看，各大石油天然氣研究單位，都在開發(fā)自己的軟件或代碼，比較保密，對于技術(shù)交流，開放性不足，相對保守，可能存在圖像識別有誤等問題而無法得到檢查，且自行開發(fā)軟件的界面相對商業(yè)軟件而言會顯得不人性化，功能較為單一，支持的圖像格式有限，導(dǎo)出的模型也可能存在第三方軟件導(dǎo)入困難的問題。另外，數(shù)值計(jì)算，最為重要的是材料參數(shù)的獲取，很多情況需要做復(fù)雜實(shí)體實(shí)驗(yàn)才能獲取，對于石油天然氣領(lǐng)域的巖石，其綜合彈性模量、孔隙

10、率比較難以通過簡單物理實(shí)驗(yàn)而獲得，一般通過數(shù)字巖芯來仿真計(jì)算，但若數(shù)字模型因孔隙分割不夠準(zhǔn)確，很容易引起其估算出的物理參數(shù)有更大偏差，采用這樣的模型以及這樣得來的參數(shù)，其仿真結(jié)果與實(shí)際情況的差異是可想而知的。三、數(shù)字巖芯建模及數(shù)值仿真計(jì)算全球高端解決方案Simpleware基于上述自行開發(fā)的軟件或代碼存在或多或少不太方便使用、推廣困難甚至可能錯(cuò)誤的結(jié)果等問題，給大家推薦一款中仿Simpleware軟件，它致力于為CAD、CAE以及3D打印領(lǐng)域提供世界領(lǐng)先的三維圖像處理、分析以及建模和服務(wù)，已在世界范圍內(nèi)被業(yè)界廣泛采用。2014年8月中仿科技應(yīng)邀參加第35屆國際電磁學(xué)研究進(jìn)展研討會(The 35

11、th PIERS)，會議期間中仿科技為參會代表展示了中仿Simpleware軟件的功能及特點(diǎn)并解答了參會代表提出的技術(shù)問題，得到了與會人員一致的認(rèn)可。（一）軟件相關(guān)模塊簡介Simpleware軟件幫助您全面處理3D圖像數(shù)據(jù)（MRI，CT，顯微CT，F(xiàn)IB-SEM），并導(dǎo)出適用于CAD、CAE、以及3D印刷的模型。使用圖像處理模塊（ScanIP）對數(shù)據(jù)進(jìn)行可視化，分析，量化和處理，并輸出模型或網(wǎng)格。利用有限元模塊（+FE Module）生成CAE網(wǎng)格；利用全新的物理模塊：固體力學(xué)模塊（+SOLID Module）、流體分析模塊（+FLOW Module）以及多學(xué)科分析模塊（+LAPLACE Mo

12、dule），通過均質(zhì)化技術(shù)計(jì)算掃描樣品的有效材料屬性。Simpleware軟件基于核心的圖像處理平臺ScanIP，結(jié)合可選模塊，實(shí)現(xiàn)FE/CFD網(wǎng)格生成、CAD一體化以及有效材料屬性的計(jì)算。Simpleware三維圖像建模軟件在數(shù)字巖芯領(lǐng)域所涉及的主要模塊如下： HYPERLINK /software/scanip/ ScanIP Software: 核心圖像處理平臺 HYPERLINK /software/fe-module/ +FE Module: 網(wǎng)格生成模塊 HYPERLINK /software/cad-module/ +CAD Module: CAD 模塊Physics Modul

13、es：物理模塊+SOLID Module：結(jié)構(gòu)力學(xué)模塊+FLOW Module：流體分析模塊+LAPLACE Module：多學(xué)科分析模塊1、核心圖像處理平臺ScanIPScanIP為3D圖像數(shù)據(jù)的圖像可視化、測量和處理工具提供了寬泛的選擇。處理后的圖像可導(dǎo)出為STL或點(diǎn)云文件，應(yīng)用于CAD分析、求解、和3D打印領(lǐng)域。ScanIP為3D圖像數(shù)據(jù)（MIR，CT，micro-CT，F(xiàn)IB-SEM）的綜合處理提供了軟件環(huán)境。軟件為用戶提供了功能強(qiáng)大的數(shù)據(jù)可視化、分析、分割、以及量化工具。ScanIP易于學(xué)習(xí)和使用，內(nèi)置視頻錄制功能，并能基于處理后的數(shù)據(jù)導(dǎo)出可用于CAD或3D打印的曲面模型/網(wǎng)格。附加

14、模塊可用于通過掃描數(shù)據(jù)導(dǎo)出CAE網(wǎng)格、整合圖像數(shù)據(jù)、建模、導(dǎo)出NURBS曲面、計(jì)算有效材料屬性的功能。優(yōu)勢直觀的用戶界面易學(xué)易用生成高質(zhì)量的多部分STL和曲面模型無需手動修正或重剖網(wǎng)格腳本自動執(zhí)行可重復(fù)的任務(wù)及操作直接進(jìn)行圖像到曲面的轉(zhuǎn)換，曲面輸出及可視化準(zhǔn)確、高質(zhì)量地重構(gòu)數(shù)據(jù)重要特征支持導(dǎo)入多種文件格式提供具有多個(gè)2D/3D視角的可定制化工作區(qū)背景圖像及蒙片的立體渲染動畫錄制和視頻文件導(dǎo)出綜合測量和統(tǒng)計(jì)工具使用ScanIP可視化的復(fù)合材料模型倫敦帝國學(xué)院 英國功能強(qiáng)大的半自動分割工具確保多部分面網(wǎng)格/STL的一致性2、網(wǎng)格生成模塊+FESimpleware +FE模塊具有強(qiáng)大的基于圖像的網(wǎng)格

15、剖分能力，提供高質(zhì)量解決方案，將分割后的3D圖像數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為多部分的體積網(wǎng)格，導(dǎo)出并應(yīng)用于有限元（FE）或計(jì)算流體力學(xué)（CFD）軟件包。生成的網(wǎng)格具有一致的接口和共享節(jié)點(diǎn)，可指定材料屬性、定義接觸、節(jié)點(diǎn)集和殼單元，并定義CFD邊界條件，通過減少在其他軟件重劃網(wǎng)格的步驟加快用戶的工作流程。優(yōu)勢自動、高效、快速幾分鐘即可完成從圖像分割到分析模型的生成“一般的個(gè)人電腦”進(jìn)行處理生成復(fù)雜的網(wǎng)格完成復(fù)雜模型不依賴于高性能計(jì)算機(jī)僅取決于圖像質(zhì)量的拓?fù)?形態(tài)學(xué)精確度使用Ls-Dyna模擬泡沫狀材料壓縮過程(NASA, 美國; ARUP和First Numerics, 英國)分割與平滑圖像過程中保持圖像精度不變

16、FEA和CFD網(wǎng)格一致，尤其適用于流固耦合分析強(qiáng)大的多部分模型避免間隙和重疊重要特征可基于任意形狀的復(fù)雜幾何體生成網(wǎng)格用戶可選擇基本網(wǎng)格或自由網(wǎng)格根據(jù)圖像信號強(qiáng)度分配材料屬性具有拓?fù)浔Ａ艉腕w保留的光滑算法可對感興趣的多結(jié)構(gòu)/區(qū)域進(jìn)行網(wǎng)格劃分可保證接觸的表面/界面的一致性生成用戶自定義的自適應(yīng)網(wǎng)格3、CAD模塊+CAD模塊與與 ScanIP 模塊緊密結(jié)合，為CAD模型與三維圖像的融合提供一系列的工具。所獲得的幾何模型能夠輸出為眾多CAD文件格式模型，或者利用+FE模塊自動生成眾多有限元網(wǎng)格。在32位或64位Windows平臺支持多處理器進(jìn)行CAD建模。優(yōu)勢輕松組合圖像與CAD數(shù)據(jù)避免在CAD環(huán)境

17、中用到圖像為組合圖像和CAD數(shù)據(jù)準(zhǔn)確生成網(wǎng)格ScanIP 和 +FE 模塊強(qiáng)大的網(wǎng)格算法為外科手術(shù)可變性效應(yīng)簡化多網(wǎng)格的生成肱骨近端固定板在骨折后的相對定位+ CAD模塊（都柏林大學(xué)，愛爾蘭）快速，可重復(fù)，精確設(shè)計(jì)外科手術(shù)指南和范本，闡述支架/微架構(gòu)完美重現(xiàn)真實(shí)場景重要特征將大部分常見CAD文件格式直接導(dǎo)入到三維圖像根據(jù)用戶定義提供二維/三維視圖利用實(shí)時(shí)交互式輸入和鍵盤輸入進(jìn)行定位沿著用戶定義的矢量進(jìn)行限定性運(yùn)動定位重采樣的幾何保留生成CAD為圖元的模板生成內(nèi)部微小結(jié)構(gòu)以STL形式導(dǎo)出組合模型或?qū)隨canIP 做進(jìn)一步體網(wǎng)格劃分4、物理模塊物理模塊包括結(jié)構(gòu)力學(xué)模塊（+SOLID Module

18、）、流體分析模塊（+FLOW Module）、以及多學(xué)科分析模塊（+LAPLACE Module）。物理模塊的主要功能如下：模塊結(jié)構(gòu)力學(xué)模塊（+SOLID Module）流體分析模塊（+FLOW Module）多學(xué)科分析模塊（+LAPLACE Module）概述計(jì)算材料有效剛度張量和彈性模量。調(diào)用軟件內(nèi)置的有限元求解器或采用基于分割圖像的快速半解析法來執(zhí)行數(shù)值均勻化計(jì)算。計(jì)算多孔介質(zhì)滲透率等參數(shù)，數(shù)值均勻化計(jì)算調(diào)用軟件內(nèi)置的Stokes求解器。計(jì)算由Laplace方程控制的材料行為對應(yīng)的有效材料參數(shù)，包括但不限于電導(dǎo)率、介電常數(shù)、熱傳導(dǎo)系數(shù)、擴(kuò)散系數(shù)等。采用軟件內(nèi)置的有限元求解器或者基于分割圖

19、像的快速半解析法來執(zhí)行數(shù)值均勻化計(jì)算。核心功能計(jì)算有效剛度張量/彈性模量內(nèi)置有限元求解器多相材料模型構(gòu)建快速半解析法評估可視化變形、應(yīng)力應(yīng)變計(jì)算多孔介質(zhì)滲透率內(nèi)置有限元求解器可視化速度場和壓力場計(jì)算有效電導(dǎo)率和介電常數(shù)計(jì)算熱傳導(dǎo)系數(shù)計(jì)算擴(kuò)散系數(shù)內(nèi)置有限元求解器快速半解析法評估可視化場分布特性結(jié)構(gòu)力學(xué)模塊（+SOLID Module）流體分析模塊（+FLOW Module）多學(xué)科分析模塊（+LAPLACE Module）生成高質(zhì)量的體網(wǎng)格（Hex/Tet或Tet）灰度值材料映射計(jì)算有效彈性參數(shù)計(jì)算滲透率系數(shù)計(jì)算電參數(shù)和熱參數(shù)可視化有限元模擬結(jié)果優(yōu)勢穩(wěn)定而有效的均質(zhì)化方法復(fù)合材料的簡化分析基于3D

20、掃描的高效仿真分析在ScanIP中快速計(jì)算有效屬性在多種預(yù)定義邊界條件中進(jìn)行選擇基于標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)進(jìn)行分析，解約時(shí)間高質(zhì)量數(shù)據(jù)可視化及動畫功能與同事分享和探討仿真結(jié)果腳本自動重復(fù)任務(wù)和操作重要特征計(jì)算有效彈塑性特性（結(jié)構(gòu)模塊）、絕對滲透率（流體模塊）、電導(dǎo)率和介電常數(shù)、導(dǎo)熱系數(shù)和分子擴(kuò)散系數(shù)（拉普拉斯模塊）可在完整的基于有限元的均質(zhì)化方法和快速半解析法之間進(jìn)行選擇（僅適用于結(jié)構(gòu)模塊和拉普拉斯模塊）自動計(jì)算最適合的各向同性（所有物理模塊）、正交各向異性（結(jié)構(gòu)模塊）、以及單軸（流體模塊和拉普拉斯模塊）近似值，以及算有效張量自動測定模型主軸方向計(jì)算結(jié)果可導(dǎo)出為text或VTK格式文件（二）案例展示1、利用

21、X射線分析土壤團(tuán)聚體的層析和水的流動模擬土壤團(tuán)聚體是土壤的結(jié)構(gòu)單元，它產(chǎn)生復(fù)雜的孔隙系統(tǒng)控制土壤水汽儲存和通量。在膨脹和收縮或外力作用下，可以與機(jī)械壓實(shí)一樣破壞聚集體，物理沖擊如何改變骨料結(jié)構(gòu)的認(rèn)知仍然有限。本研究的目的是量化壓實(shí)對團(tuán)聚體的影響，主要對孔徑分布及流動。三維模型建模采用Simpleware軟件完成。本案例來自M. Menon a,*, X. Jia等發(fā)表在Soil & Tillage Research上的Analysing the impact of compaction of soil aggregates using X-ray microtomography and wat

22、er flow simulations.X射線下2維成像壓實(shí)前后的三維模型對比壓實(shí)前后流速的仿真分析2、多孔介質(zhì)流動的孔隙尺度模擬Micro-CT巖土樣本圖像多孔結(jié)構(gòu)幾何模型孔隙介質(zhì)網(wǎng)格剖分孔隙流動仿真結(jié)果案例來自于University of Alaska Fairbanks3、基于碳酸鹽巖圖像的三維孔隙尺度流動模擬通過CMT技術(shù)對三種巖石做X射線掃描后成像，利用Simpleware軟件的ScanIP模塊對其做數(shù)字圖像處理，得到三個(gè)不同的巖石三維模型，之后利用有限元軟件分別做氮?dú)?、丙烷、汽油、水以及發(fā)動機(jī)機(jī)油做三維孔隙流動模擬，得到其不同的流動特性。X Tek 臺式 CT160Xi 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng);

23、從左至右：X射線槍與鎢反射靶，巖心，平板探測器的機(jī)械手原始圖像表面縮減像素采樣縮減像素采樣表面后的形態(tài)原始圖像表面縮減像素采樣縮減像素采樣表面后濾波原始圖像表面縮減像素采樣縮減像素采樣表面后濾波孔隙提取模擬丙烷在孔隙中的流動模擬線為速度場示意，彩色代表Z方向速度分量，切片為速度場大小案例來自于波蘭石油天然氣研究院4、循環(huán)和靜態(tài)載荷作用下巖石斷裂損傷過程區(qū)（FPZ）的實(shí)驗(yàn)與數(shù)值模擬研究目前,很多國家的地下資源開釆都已經(jīng)或即將進(jìn)入了深部開采階段，并且，地下采礦逐漸走向深部開釆是趨勢。未來10多年的時(shí)間內(nèi)，我國有1/3的有色金屬礦山的開采深度將達(dá)到或超過1000m。在深部，礦巖處于高原巖應(yīng)力、高地溫

24、、高巖溶水壓的復(fù)雜環(huán)境下，表現(xiàn)出與淺部截然不同的力學(xué)特性，典型的如巖爆和深部分區(qū)破壞裂化現(xiàn)象等。因此，為解決深部開采中出現(xiàn)的問題，多國礦山企業(yè)和政府以及相應(yīng)的國際組織都對深部高應(yīng)力巖體的力學(xué)問題開展了研究，中仿科技的巖土重要合作院校如中科院武漢巖土所、東北大學(xué)、中國礦業(yè)大學(xué)、中南大學(xué)、重慶大學(xué)、北京科技大學(xué)等開展了大量關(guān)于深部工程的研究和實(shí)踐，這些工作對深部巖石力學(xué)的發(fā)展起到了非常重要的作用。昆士蘭大學(xué)土木工程學(xué)院的M. Ghamgosar等人用巴西試驗(yàn)(CCNBD)對布里斯班凝灰?guī)r標(biāo)本的斷裂損傷過程區(qū)的發(fā)展（FPZ）進(jìn)行了研究，探討各種靜態(tài)和循環(huán)荷載作用下脆性巖石的力學(xué)行為。本案例采用擴(kuò)展有限元法（XFEM）計(jì)算裂紋尖端斷裂過程區(qū)對的位移、拉伸應(yīng)力分布和塑性耗能等。其中一個(gè)最重要的步驟就是采用Simpleware軟件重構(gòu)數(shù)字巖石模型，還原裂紋尖端斷裂過程區(qū)延伸的形狀，之后采用數(shù)值模擬，結(jié)果與實(shí)驗(yàn)非常吻合。巴西圓盤試驗(yàn)樣本根據(jù)國際巖石力學(xué)學(xué)會（ISRM）建議配置巴試驗(yàn)樣本CT準(zhǔn)備及掃描循環(huán)載荷下的FPZ靜力載荷下的FPZ巴西試驗(yàn)試樣頂端FPZ的張拉應(yīng)力分布，a靜態(tài)加載，b循環(huán)加載5、類似案例原始樣照儲層樣本封分割后的孔隙孔徑分布（紅）和累積孔徑分布（藍(lán)）試算粒子，追蹤路徑兩組數(shù)據(jù)關(guān)于油（紅色）和水（藍(lán)色）圓圈代表相對滲透