本發(fā)明屬于頁(yè)巖油氣開發(fā)，具體涉及一種細(xì)粒沉積巖的異重流沉積數(shù)值模擬方法。

背景技術(shù)：

1、最早關(guān)注異重流是由于異重流注入湖泊引起的湖水性質(zhì)的變化，但更多的研究則集中于水庫(kù)庫(kù)區(qū)內(nèi)由河流注入所引發(fā)的庫(kù)區(qū)淤積，國(guó)內(nèi)學(xué)者在此方面做了大量的研究工作，特別是上世紀(jì)七、八十年代的水庫(kù)異重流調(diào)查工作，在淤積機(jī)制、通過調(diào)洪避免淤積等方面取得了重要認(rèn)識(shí)，同時(shí)也通過水槽模擬實(shí)驗(yàn)對(duì)其發(fā)育機(jī)制進(jìn)行了一定的研究。近年來，對(duì)異重流的研究主要集中于粗粒沉積，隨著頁(yè)巖油氣的發(fā)現(xiàn)和開發(fā)，異重流作為頁(yè)巖油氣開發(fā)中具有優(yōu)勢(shì)的甜點(diǎn)區(qū)主要沉積相帶而備受關(guān)注，對(duì)頁(yè)巖油氣的勘探開發(fā)具有重要的指導(dǎo)意義。

2、然而由于異重流單期厚度小、各期次變化遷移大，盡管其累積厚度較大，但在地震上仍難以進(jìn)行識(shí)別和追蹤，對(duì)于其發(fā)育特征、展布狀況、不同期次的內(nèi)部結(jié)構(gòu)等方面還沒有很好的辦法進(jìn)行研究。同時(shí)，受限于物理?xiàng)l件，在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)也難于對(duì)其進(jìn)行水槽模擬。目前對(duì)異重流的認(rèn)識(shí)多基于鉆井資料，對(duì)異重流的平面和三維發(fā)育分布研究多基于理論模式，尚沒有很好的實(shí)例支撐。

3、沉積數(shù)值模擬技術(shù)借助當(dāng)今計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的計(jì)算能力，提供了一種沉積過程再現(xiàn)的方法。通過設(shè)定不同的沉積條件，模擬不同條件對(duì)沉積作用的影響，可以探討沉積發(fā)育特征和發(fā)育機(jī)制，為認(rèn)識(shí)異重流沉積物提供了一種新手段。目前，進(jìn)行數(shù)值模擬的思路主要有以下兩種：(1)基于傳統(tǒng)數(shù)學(xué)方法和牛頓力學(xué)構(gòu)造和求解模型的控制方程及其邊界條件，通過計(jì)算機(jī)數(shù)值方法精確求解每個(gè)時(shí)刻模型系統(tǒng)內(nèi)各物理量的動(dòng)量和能量，從而模擬物質(zhì)在沉積過程中的搬運(yùn)、沉積和剝蝕等作用，最終獲得完整的沉積物發(fā)育演化過程；但是，該方法通常難以得到復(fù)雜系統(tǒng)的控制方程，而且其數(shù)值方法求解偏微分方程對(duì)cpu的算力要求很高，地質(zhì)尺度下，大規(guī)模長(zhǎng)周期的模擬幾乎不可能，所以該方法主要應(yīng)用在對(duì)精度要求高的工程領(lǐng)域。(2)基于地質(zhì)響應(yīng)模式對(duì)物理過程進(jìn)行簡(jiǎn)化和抽象，用簡(jiǎn)化的數(shù)學(xué)模型表征地質(zhì)系統(tǒng)的核心概念。在簡(jiǎn)化的“規(guī)則”下模擬不同沉積過程的響應(yīng)關(guān)系，從而再現(xiàn)沉積過程；該方法的缺點(diǎn)是難以證明其真實(shí)性和預(yù)測(cè)性；優(yōu)點(diǎn)是控制方程簡(jiǎn)單、計(jì)算速度快，具有處理復(fù)雜的相互作用過程的能力。因此，如何簡(jiǎn)單、準(zhǔn)確地進(jìn)行沉積過程的模擬仿真是亟待解決的問題。

4、專利文獻(xiàn)cn115544868a公開了一種重力作用下的沉積物搬運(yùn)路徑模擬方法，包括獲取沉積物質(zhì)點(diǎn)；根據(jù)沉積物質(zhì)點(diǎn)的當(dāng)前網(wǎng)格位置與相鄰網(wǎng)格的地形坡度，確定移動(dòng)方向，并根據(jù)移動(dòng)方向更新沉積物質(zhì)點(diǎn)的當(dāng)前網(wǎng)格位置；判斷沉積物質(zhì)點(diǎn)的當(dāng)前動(dòng)能是否滿足預(yù)設(shè)動(dòng)能條件；若滿足，則返回至根據(jù)沉積物質(zhì)點(diǎn)的當(dāng)前網(wǎng)格位置的多個(gè)相鄰網(wǎng)格的地形坡度的步驟，若不滿足，則根據(jù)沉積物質(zhì)點(diǎn)途經(jīng)的網(wǎng)格生成搬運(yùn)路徑。該專利的技術(shù)方案考慮微地貌坡度，以模擬重力作用下的沉積物搬運(yùn)過程，有效確定沉積物的移動(dòng)方向，結(jié)合預(yù)設(shè)動(dòng)能條件，從動(dòng)能的角度判斷沉積物的能量是否支持繼續(xù)的移動(dòng)，高效控制沉積物的搬運(yùn)距離，結(jié)合重力牽引和動(dòng)能限制，控制移動(dòng)方向和搬運(yùn)距離，實(shí)現(xiàn)對(duì)沉積物搬運(yùn)路徑的高效仿真。但是，該專利的方法僅僅涉及重力作用下沉積物搬運(yùn)路徑的計(jì)算，其得到的模擬結(jié)果也僅僅是一條搬運(yùn)路徑結(jié)果，并沒有涉及異重流槽道沉積模擬以及異重流遠(yuǎn)端扇體的擴(kuò)散沉積模擬過程，不能對(duì)異重流沉積體進(jìn)行模擬，無法準(zhǔn)確模擬自然狀態(tài)下的異重流沉積規(guī)律。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明旨在針對(duì)背景技術(shù)中存在的技術(shù)問題，提供一種細(xì)粒沉積巖的異重流沉積數(shù)值模擬方法，基于異重流沉積過程中不同的主控因素，將其劃分為物質(zhì)搬運(yùn)和擴(kuò)散沉積兩個(gè)過程，并通過搬運(yùn)過程中的流速衰減和沉積過程中的物質(zhì)擴(kuò)散，對(duì)異重流槽道沉積和異重流遠(yuǎn)端扇體擴(kuò)散沉積過程進(jìn)行了模擬，研究了其沉積結(jié)構(gòu)特征，構(gòu)建了有效的模擬模型，為表征該類儲(chǔ)層結(jié)構(gòu)提供了參考依據(jù)。

2、為實(shí)現(xiàn)以上技術(shù)目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

3、一種細(xì)粒沉積巖的異重流沉積數(shù)值模擬方法，所述方法包括如下步驟：

4、步驟s1：設(shè)定時(shí)間步長(zhǎng)和沉積物質(zhì)點(diǎn)的初始網(wǎng)格位置；所述沉積物質(zhì)點(diǎn)用于表示沉積物；

5、步驟s2：根據(jù)所述時(shí)間步長(zhǎng)，更新所述沉積物質(zhì)點(diǎn)的所在網(wǎng)格位置，并確定沉積物當(dāng)前流速；

6、步驟s3：判斷所述沉積物當(dāng)前流速是否滿足預(yù)設(shè)流速條件；

7、若滿足，則將新的網(wǎng)格位置作為當(dāng)前網(wǎng)格位置，返回至步驟s2；

8、若不滿足，則根據(jù)流動(dòng)過程中的途徑網(wǎng)格，模擬異重流槽道沉積過程；

9、步驟s4：構(gòu)建異重流遠(yuǎn)端扇體，基于搬運(yùn)路徑的末端網(wǎng)格，模擬異重流遠(yuǎn)端扇體擴(kuò)散沉積過程，完成一期次異重流沉積數(shù)值模擬。

10、進(jìn)一步地，所述步驟s2具體包括：

11、步驟s201：根據(jù)所述時(shí)間步長(zhǎng)，劃分多個(gè)時(shí)間步；

12、步驟s202：根據(jù)每個(gè)時(shí)間步，更新所述沉積物質(zhì)點(diǎn)表示的沉積物的所在網(wǎng)格位置；

13、步驟s203：根據(jù)所述沉積物質(zhì)點(diǎn)的初始流速、重力變化和能量耗散，確定包裹具有的沉積物當(dāng)前流速。

14、更進(jìn)一步地，步驟s203中，所述沉積物當(dāng)前流速的計(jì)算公式為：

15、當(dāng)沉積物流體密度小于或等于流體密度設(shè)定閾值時(shí)：

16、

17、當(dāng)沉積物流體密度大于流體密度設(shè)定閾值時(shí)：

18、

19、上式中，u為沉積物當(dāng)前流速；g表示沉積物的重力加速度；cv表示沉積物濃度；f表示darcy-weisbach系數(shù)；α表示經(jīng)驗(yàn)系數(shù)；h表示沉積物的等效厚度；s表示流體坡度；d50表示沉積物中值粒徑。

20、更進(jìn)一步地，所述步驟s3具體包括：

21、步驟s301：判斷所述沉積物當(dāng)前流速是否大于設(shè)定的流速閾值，

22、若滿足，則將新的網(wǎng)格位置作為當(dāng)前網(wǎng)格位置，返回至步驟s2；

23、若不滿足，則根據(jù)流動(dòng)過程中的途徑網(wǎng)格，按照時(shí)間順序首尾相連，確定沉積物的搬運(yùn)路徑；

24、步驟s302：將所述搬運(yùn)路徑上的網(wǎng)格作為河道中心，將所述搬運(yùn)路徑兩側(cè)各擴(kuò)展預(yù)設(shè)數(shù)量的網(wǎng)格作為河道邊緣，并根據(jù)異重流槽道沉積的預(yù)設(shè)厚度值確定河道中心與邊緣的沉積厚度，模擬異重流槽道沉積過程；

25、步驟s303：在模擬異重流槽道沉積過程時(shí)，按照設(shè)定的比例數(shù)值和當(dāng)前網(wǎng)格的可容納空間，虛擬沉積一部分物質(zhì)到當(dāng)前網(wǎng)格，直到到達(dá)終端網(wǎng)格，再將虛擬沉積值轉(zhuǎn)為真實(shí)沉積記錄值。

26、進(jìn)一步地，所述步驟s4具體包括：

27、步驟s401：根據(jù)生成的隨機(jī)樣本，構(gòu)建所述異重流遠(yuǎn)端扇體；

28、步驟s402：根據(jù)所述異重流遠(yuǎn)端扇體和流動(dòng)過程中的末端網(wǎng)格，模擬異重流的扇體擴(kuò)散沉積過程。

29、更進(jìn)一步地，所述步驟s401具體包括：

30、步驟s4011：隨機(jī)生成服從二元正態(tài)分布的隨機(jī)樣本點(diǎn)；

31、步驟s4012：將隨機(jī)樣本點(diǎn)投射到對(duì)應(yīng)的平面扇形區(qū)域，并保證在扇根處的二元正態(tài)分布概率密度函數(shù)的值最大，從而構(gòu)建所述異重流遠(yuǎn)端扇體。

32、更進(jìn)一步地，所述步驟s402具體包括：

33、步驟s4021：從流動(dòng)過程中的末端網(wǎng)格開始，統(tǒng)計(jì)落在各網(wǎng)格內(nèi)隨機(jī)樣本點(diǎn)的樣本數(shù)量；

34、步驟s4022：根據(jù)所述樣本數(shù)量和沉積厚度換算系數(shù)，確定扇體沉積厚度，模擬異重流的扇體擴(kuò)散沉積過程。

35、更進(jìn)一步地，步驟s4022中，所述扇體沉積厚度計(jì)算公式如下：

36、hi,j＝n×αfandepos

37、minput＝∑hi,j·δs2·ρ

38、上式中，hi,j表示當(dāng)前網(wǎng)格的扇體沉積厚度；n表示落入當(dāng)前網(wǎng)格的隨機(jī)樣本點(diǎn)的樣本數(shù)量；αfandepos表示扇體的沉積厚度換算系數(shù)；minput表示搬運(yùn)到路徑末端待沉積的沉積物質(zhì)量；δs表示模型網(wǎng)格邊長(zhǎng)；ρ表示沉積物的平均密度。

39、進(jìn)一步地，所述方法包括如下實(shí)施步驟：

40、調(diào)入地貌數(shù)據(jù)，設(shè)定模型模擬參數(shù)；

41、初始模擬期次n置為0；

42、按照步驟s1-s4，查找模擬路徑，進(jìn)行當(dāng)前期次異重流槽道沉積和扇體擴(kuò)散沉積，完成當(dāng)前期次的異重流沉積模擬；

43、更新模擬期次n＝n+1；

44、若更新后的模擬期次n≤設(shè)定的模擬期次n，則重復(fù)步驟s1-s4，進(jìn)行下一期次的異重流沉積模擬；

45、若更新后的模擬期次n>設(shè)定的模擬期次n，則將n次異重流沉積模擬結(jié)果堆疊，得到最終的異重流沉積數(shù)據(jù)體，并導(dǎo)出沉積結(jié)果。

46、進(jìn)一步地，所述方法基于hyper-sim仿真平臺(tái)實(shí)施。

47、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明所產(chǎn)生的有益效果是：

48、(1)本發(fā)明提供的細(xì)粒沉積巖的異重流沉積數(shù)值模擬方法，首先獲取有效的時(shí)間步長(zhǎng)和沉積物質(zhì)點(diǎn)，然后進(jìn)行網(wǎng)格更新，確定每一個(gè)網(wǎng)格的沉積物當(dāng)前流速，進(jìn)而基于沉積物當(dāng)前流速對(duì)當(dāng)前狀態(tài)進(jìn)行判斷，如果當(dāng)前狀態(tài)不滿足物質(zhì)搬運(yùn)的條件，就將每次更新的網(wǎng)格串聯(lián)起來，形成搬運(yùn)路徑，有效模擬異重流槽道沉積過程；最后，基于隨機(jī)構(gòu)建的異重流遠(yuǎn)端扇體和流動(dòng)過程中的末端網(wǎng)格，有效模擬異重流遠(yuǎn)端扇體擴(kuò)散沉積過程；因此，本發(fā)明基于異重流沉積過程中不同的主控因素，將其劃分為物質(zhì)搬運(yùn)和擴(kuò)散沉積兩個(gè)過程，并通過搬運(yùn)過程中的流速衰減和沉積過程中的物質(zhì)擴(kuò)散，分別對(duì)異重流槽道沉積和異重流遠(yuǎn)端扇體擴(kuò)散沉積進(jìn)行了模擬，研究了其沉積結(jié)構(gòu)特征，構(gòu)建了有效的模擬模型，為表征該類儲(chǔ)層結(jié)構(gòu)提供了參考依據(jù)；

49、(2)本發(fā)明的模擬方法，針對(duì)模擬對(duì)象異重流沉積體，改進(jìn)了沉積物搬運(yùn)狀態(tài)停止的判定機(jī)制(如專利文獻(xiàn)cn115544868a采用的預(yù)設(shè)動(dòng)能條件判定機(jī)制)，引入了流體力學(xué)中的經(jīng)驗(yàn)公式，通過計(jì)算流速并與設(shè)定的閾值比較，從而判定沉積物搬運(yùn)狀態(tài)是繼續(xù)搬運(yùn)還是停止；由于有充分的理論研究基礎(chǔ)與實(shí)踐驗(yàn)證作為支撐，本發(fā)明中基于流速計(jì)算模擬的沉積物搬運(yùn)路徑更加精確，模擬得到的結(jié)果更逼近自然界的真實(shí)異重流沉積規(guī)律。