岩石等效弹性参数的计算方法、装置、设备及存储介质

技术领域

本申请涉及岩石超声测试领域，特别地涉及一种岩石等效弹性参数的计算方法、装置、设备及存储介质。

背景技术

岩石的宏观物理性质是微观结构骨架、孔隙等各组成成分的综合效应，对于体积模量、剪切模量、速度等，这些弹性参数在地球物理勘探领域等实际工作中发挥着重要作用。地震岩石物理是连接储层物性参数与弹性参数的桥梁，也是地震反演的基础。随着计算机技术与成像技术的提高，数字岩石物理技术得到了迅速发展，根据岩石微观结构信息重建反映岩石真实孔隙空间的三维数字模型，以实际地质资料为约束，在计算机上运用数值计算方法研究孔隙结构、裂缝特征及其与岩石物理特性(如电阻率、弹性模量、速度与波场、渗透率和核磁共振)之间的关系。然而相关技术中，数字岩石物理的等效弹性参数模拟计算方式有一定的局限性，且计算结果准确度较低。

发明内容

针对上述问题，本申请提供一种岩石等效弹性参数的计算方法、装置、设备及存储介质。

本申请提供了一种岩石等效弹性参数的计算方法，包括：

构建岩心样品的数字岩心模型；

将所述数字岩心模型按照预设的计算空间划分成多个不重叠的网格，所述网格包括骨架网格和孔隙网格；

确定所述数字岩心模型的边界条件；

基于所述边界条件，对所述数字岩心模型进行有限元模拟以获取第一时间，对与所述数字岩心模型相同大小的均匀速度模型进行同样的有限元模拟以获取第二时间，根据所述第一时间以及第二时间计算所述岩心样品的等效速度。

在一些实施例中，所述构建岩心样品的数字岩心模型，包括：

利用图像扫描技术对所述岩心样品进行扫描，并获取相应的图像数据；

基于所述图像数据构建所述岩心样品的数字岩心模型。

在一些实施例中，所述将所述数字岩心模型按照预设的计算空间划分成多个不重叠的网格，所述网格包括骨架网格和孔隙网格，包括：

确定需要模拟测试的计算方向，将所述数字岩心模型沿所述计算方向延伸的两端分别增加预设尺寸的附加层，以得到预设的计算空间；

将所述预设的计算空间划分成多个三角形网格或四面体网格。

在一些实施例中，所述将所述数字岩心模型沿所述计算方向延伸的两端分别增加预设尺寸的附加层，包括：

增加的所述附加层的预设尺寸等于所述数字岩心模型沿所述计算方向长度的一半。

在一些实施例中，所述确定所述数字岩心模型的边界条件，包括：

确定所述数字岩心模型的边界条件；

确定所述数字岩心模型中骨架和孔隙之间的边界条件。

在一些实施例中，所述基于所述边界条件，对所述数字岩心模型进行有限元模拟以获取第一时间，对与所述数字岩心模型相同大小的均匀速度模型进行同样的有限元模拟以获取第二时间，根据所述第一时间以及第二时间计算所述岩心样品的等效速度，包括：

在所述数字岩心模型的其中一个附加层端部施加震源，在与所述震源相对的另一附加层中设置接收装置，所述接收装置接收震源信号并将所有单道信号叠加为总信号输出，获取所述总信号的首个波峰到达的所述第一时间；

在所述均匀速度模型的其中一个附加层端部施加所述震源，在与所述震源相对的另一附加层中设置接收装置，所述接收装置接收震源信号并将所有单道信号叠加为总信号输出，获取所述总信号的首个波峰到达的所述第二时间。

在一些实施例中，所述在与所述震源相对的另一附加层中设置接收装置，包括：

在与所述震源相对的另一附加层中设置一个平面作为接收位置，在所述接收位置上安装所述接收装置。

本申请实施例提供一种岩石等效弹性参数的计算装置，包括：

模型构建模块，用于构建岩心样品的数字岩心模型；

网格划分模块，用于将所述数字岩心模型按照预设的计算空间划分成多个不重叠的网格，所述网格包括骨架网格和孔隙网格；

条件设置模块，用于确定所述数字岩心模型的边界条件；

计算模块，用于基于所述边界条件，对所述数字岩心模型进行有限元模拟以获取第一时间，对与所述数字岩心模型相同大小的均匀速度模型进行同样的有限元模拟以获取第二时间，根据所述第一时间以及第二时间计算所述岩心样品的等效速度。

本申请实施例提供一种岩石等效弹性参数的计算设备，包括存储器和处理器，所述存储器上存储有计算机程序，该计算机程序被所述处理器执行时，执行上述任意一项所述岩石等效弹性参数的计算方法。

本申请实施例提供一种存储介质，该存储介质存储的计算机程序，能够被一个或多个处理器执行，能够用来实现上述任一项所述岩石等效弹性参数的计算方法。

本申请提供的一种岩石等效弹性参数的计算方法、装置、设备及存储介质，在数字岩心建模技术的基础上，对数字岩心模型进行了网格分割，并在有限元模拟时加入了数字岩心模型的边界条件，满足了流体作用的分析，此外，本申请还利用数字岩心模型以及与所述数字岩心模型相同大小的均匀速度模型的有限元模拟，稳定并可靠的计算出了等效弹性参数，提高了计算出的等效弹性参数的准确度。

附图说明

在下文中将基于实施例并参考附图来对本申请进行更详细的描述。

图1为本申请实施例提供的一种岩石等效弹性参数的计算方法的实现流程示意图；

图2为本申请实施例提供的一种构建岩心样品数字岩心模型的方法的实现流程示意图；

图3为本申请实施例提供的岩心样品示意图；

图4为本申请实施例提供的X射线CT扫描后的岩石灰度图像示意图；

图5为本申请实施例提供的数字岩心模型示意图；

图6为本申请实施例提供的一种网格划分方法的实现流程示意图；

图7为本申请实施例提供的另一种岩石等效弹性参数的计算方法的实现流程示意图；

图8为本申请实施例提供的数字岩心模型模拟测试的基本设置示意图；

图9为本申请实施例提供的使用均匀速度模型代替数字岩心模型模拟测试的基本设置示意图；

图10为本申请实施例提供的两次模拟测试结果拾取波峰到达时的示意图；

图11为本申请实施例提供的一种岩石等效弹性参数的计算装置的结构示意图；

图12为本申请实施例提供的岩石等效弹性参数的计算设备的组成结构示意图。

在附图中，相同的部件使用相同的附图标记，附图并未按照实际的比例绘制。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本申请作进一步地详细描述，所描述的实施例不应视为对本申请的限制，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本申请保护的范围。

在以下的描述中，涉及到“一些实施例”，其描述了所有可能实施例的子集，但是可以理解，“一些实施例”可以是所有可能实施例的相同子集或不同子集，并且可以在不冲突的情况下相互结合。

如果申请文件中出现“第一第二第三”的类似描述则增加以下的说明，在以下的描述中，所涉及的术语“第一第二第三”仅仅是是区别类似的对象，不代表针对对象的特定排序，可以理解地，“第一第二第三”在允许的情况下可以互换特定的顺序或先后次序，以使这里描述的本申请实施例能够以除了在这里图示或描述的以外的顺序实施。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中所使用的术语只是为了描述本申请实施例的目的，不是旨在限制本申请。

在介绍本申请实施例提供的一种岩石等效弹性参数的计算方法之前，对相关技术中存在的问题进行简单介绍：

岩石的宏观物理性质是微观结构骨架、孔隙等各组成成分的综合效应，对于体积模量、剪切模量、速度等，这些弹性参数在地球物理勘探领域等实际工作中发挥着重要作用。地震岩石物理是连接储层物性参数与弹性参数的桥梁，也是地震反演的基础。随着计算机技术与成像技术的提高，数字岩石物理技术得到了迅速发展，根据岩石微观结构信息重建反映岩石真实孔隙空间的三维数字模型，以实际地质资料为约束，在计算机上运用数值计算方法研究孔隙结构、裂缝特征及其与岩石物理特性(如电阻率、弹性模量、速度与波场、渗透率和核磁共振)之间的关系。

数字岩石物理技术的产生与发展带动了数字岩石物理性质模拟的进步，目前，数字岩石物理在等效输导性质模拟方面有大量的研究和应用，如电阻率模拟、渗透率模拟、核磁共振参数模拟、压汞曲线模拟等，而在地震勘探领域的研究较少。近十多年来，数字岩石物理(黏)弹性参数模拟逐渐成为研究热点。

数字岩石物理的等效弹性参数模拟计算主要分为静态模拟和动态模拟两种方法。静态模拟法从上世纪90年代开始一直使用至今，方法比较成熟，主要通过岩石施加静态应力和应变，计算得到岩石的等效弹性参数。

但是，静态方法不易考虑岩石中流体的流动和粘滞效应。动态方法虽然能通过模拟超声在岩石中的传播，较好的将多种因素考虑进去，但目前较为成熟的动态模拟方法使用的是有限差分法，该方法在考虑骨架和孔隙相互作用上仍有些不便具有一定的局限性，且目前通过有限差分法模拟计算岩石的等效弹性参数的具体步骤尚不明确计算结果准确度也相对较低。

基于相关技术中存在的问题，本申请实施例提供一种岩石等效弹性参数的计算方法，所述方法应用于岩石等效弹性参数的计算设备，所述岩石等效弹性参数的计算设备可以为电子设备，例如计算机、移动终端等。本申请实施例提供的岩石等效弹性参数的计算方法所实现的功能可以通过电子设备的处理器调用程序代码来实现，其中，程序代码可以保存在计算机存储介质中。

实施例一

本申请实施例提供一种岩石等效弹性参数的计算方法，图1为本申请实施例提供的一种岩石等效弹性参数的计算方法的实现流程示意图，如图1所示，包括：

步骤S101，构建岩心样品的数字岩心模型。

本申请实施例中，岩心是根据地质勘查工作或工程的需要，按照地质设计的地层层位和深度，向井内下入环状岩心钻头及其他取心工具，从孔内钻取出的圆柱状的岩石样品。岩心是研究和了解地下地质和矿产特征的最直观、最实际的资料。

数字岩心的构建是数字岩石物理研究的基础，其精度和准确性关系到数值模拟结果的可靠性和应用价值。

在具体的实施例中，可以利用给少量二维铸体薄片进行高分辨率图像的拍摄，获取孔隙度、自相关函数、粒度分布等统计特性以及粘土含量、矿物成分等岩心特征，以其为约束条件重构相应的数字岩心模型。

在另一些实施例中，也可以通过图像扫描技术，如CT扫描岩心样品来获取岩心样品的二维切片图像，具体的，该图像可以是岩心样品的灰度图像。最后，基于多个灰度图像再重构，并作相应图像处理，形成三维数字岩心模型。

在一个实施例中，上述的灰度图像可以存储在服务器中，岩石等效弹性参数的计算设备通过与服务器的通信连接获取该图像信息。在一些实施例中，岩石等效弹性参数的计算设备也可以直接与各个图像扫描设备或是拍照设备连接，直接从各个图像扫描设备或是拍照设备中获取到图像信息。当然，在另一些实施例中，上述图像信息也可以由用户通过反向输入的方法直接输入岩石等效弹性参数的计算设备中。

步骤S102，将所述数字岩心模型按照预设的计算空间划分成多个不重叠的网格，所述网格包括骨架网格和孔隙网格。

本申请实施例中，在数字岩心模型的基础上，利用有限元法计算岩石等效参数的理论基础是变分原理，此外，有限元法还具备两大特点，一是大型求解区域的离散，二是单元试探函数(插值函数)的构建。因此，在利用有限单元方法解决实际问题时，首先要把预设的计算区域网格化。网格尺寸不能太大，太大不能保证模拟计算结果的精度，网格亦不能太小，太小导致模拟计算不稳定，而且网格中不能出现扁平、狭长的单元。

网格依据结构形态分为结构化和非结构化，在本申请实施例中，采用非结构化网格划分，这种划分方法可以很好地对不规则区域进行剖分，且能够保持剖分区域的边界一致性。具体的，当步骤S101中构建的数字岩心模型为二维模型时，采用非结构化网格剖分方法将网格划分成三角形网格单元；当步骤S101中构建的数字岩心模型为三维模型时，采用非结构化网格剖分方法将网格划分成四面体网格单元。

在一个实施例中，将三维模型划分成四面体网格的主要步骤包括：构建孔隙和骨架边界的曲面模型，在该模型的基础上通过Delaunay准则进行四面体网格剖分。

步骤S103，确定所述数字岩心模型的边界条件。

本申请实施例中，在利用有限元方法求解数字岩心弹性参数之前，必须首先考虑边界条件。具体的，一是要确定所述数字岩心模型整体的边界条件，二是确定所述数字岩心模型中骨架和孔隙之间的边界条件。

在一个实施例中，对于数字岩心模型整体四周的边界，通常遵循周期性边界条件。

在一个实施例中，对于数字岩心模型的顶部和底部，通常遵循自由反射边界条件。

在一个实施例中，而对于数字岩心模型中骨架和孔隙之间的边界，由于具有复杂的孔隙结构，一般不具有周期性。当把周期性边界条件应用到这种非周期性结构时会产生有边界的非连续性导致的系统误差，因此在实际计算时，可以通过给数字岩心各边界分别加一层相同的像素点使其具有周期性边界条件。当然，也可以根据实际情况及实际目的，设置边界条件及固液耦合条件。

步骤S104，基于所述边界条件，对所述数字岩心模型进行有限元模拟以获取第一时间，对与所述数字岩心模型相同大小的均匀速度模型进行同样的有限元模拟以获取第二时间，根据所述第一时间以及第二时间计算所述岩心样品的等效速度。

本申请实施例中，可以在数字岩心模型的一端施加震源，激发震源后在数字岩心模型的另一端使用接收器接收信号，并将所有单道信号叠加，作为总体输出信号，拾取该总体信号的第一个波峰到达时间t1，则t1为获取的第一时间。

使用相同大小的均匀速度模型代替数字岩心模型，其中，令均匀速度模型的速度为v0。则在均匀速度模型的一端施加震源，激发震源后在该均匀速度模型的另一端使用接收器接收信号，并将所有单道信号叠加，作为总体输出信号，拾取该总体信号的第一个波峰到达时间t2，则t2为获取的第二时间。

基于第一时间t1、第二时间t2以及v0，计算出岩心样品的等效速度，具体的计算表达式如下：

veff＝1/(1/v0+(t2-t1)/h)；

其中，veff是岩心样品的等效速度，h为震源距离接收器的垂直距离。

计算出岩心样品的等效速度veff后，进一步的，可以计算出岩石的其他等效弹性参数，具体的计算过程可参考现有技术，此外，不再详述。

本申请提供的一种岩石等效弹性参数的计算方法，在数字岩心建模技术的基础上，对数字岩心模型进行了网格分割，并在有限元模拟时加入了数字岩心模型的边界条件，满足了流体作用的分析，此外，本申请还利用数字岩心模型以及与所述数字岩心模型相同大小的均匀速度模型的有限元模拟，稳定并可靠的计算出了等效弹性参数，提高了计算出的等效弹性参数的准确度。

实施例二

基于前述的各个实施例，本申请实施例还提供了一种构建岩心样品的数字岩心模型的方法，参考图2所示，该方法包括：

步骤S201，利用图像扫描技术对所述岩心样品进行扫描，并获取相应的图像数据。

本申请实施例中，图像扫描技术可以包括利用CT(Computed Tomography，计算机断层扫描技术)扫描设备和FIB-SEM(Focused Ion Beam Scanning ElectronMicroscopes，聚焦离子束扫描电子显微镜)等设备对岩心样品不同位置进行图像扫描进而获取多张相应的图像数据，当然上述图像扫描设备并不局限于此。

FIB-SEM是由聚焦离子束(FIB)与扫描电子显微镜(SEM)耦合而成的双束系统，通过结合相应的气体沉积装置，纳米操纵仪，各种探测器及可控的样品台等附件成为一个集微区成像、加工、分析、操纵于一体的分析仪器。其应用范围也已经从半导体行业拓展至材料科学、生命科学和地质学等众多领域。

具体的，聚焦扫描法建立数字岩心的基本过程为：将清洗烘干后的岩样注入染色环氧树脂并制作岩心切片；②采用聚焦扫描仪器对切片逐点扫描并记录环氧树脂对光的反射强度；③将发射强度信号转换为灰度图像即可得到数字岩心。

CT数字岩心应用在石油勘探开发地质储层岩心分析方面发挥着越来越重要的作用，其物理原理是基于射线与物质的相互作用。具体的，CT仪包括X射线源、样品夹持器以及X射线探测器。其中，X射线源用来产生扫描样品所需的X射线，样品夹持器用于固定和精确旋转待扫描的样品，X射线探测器用于检测经样品吸收衰减后的X射线。

CT扫描的基本过程分为以下四个步骤：①固定好待扫描的样品；②打开X射线源开关；③X射线探测器检测经样品吸收衰减后的X射线；④图像记录软件自动记录并存储探测器所检测的信号。之后，通过操作样品夹持器将样品精确旋转一定角度，重新扫描并记录衰减后的X射线，将样品累积旋转360度后结束实验过程。

当X射线穿越物体时，由于产生光电效应、康普顿效应、电子对效应及瑞利散射等复杂的物理过程，射线部分被反射、散射以及被物质吸收，使得射线强度发生衰减。物质组成成分不同其对X射线的吸收系数不同，一般来说样品吸收X射线的多少，取决于样品中各种成分的密度，所以可以通过测定物质对X射线的吸收系数来判定物质的组分。

步骤S202，基于所述图像数据构建所述岩心样品的数字岩心模型。

本申请实施例中，获取图像扫描之后的图像数据后，需要进一步的对数据进行处理、分割进而构建出二维或三维数字岩心模型。

在一个实施例中，以最终得到三维数字岩心模型为例详述该建模过程。图3是一个岩心样品，对图3的岩心样品进行X射线CT扫描后得到如图4所示的灰度图像。图4的灰度图像中像素点灰度值大小反映了岩石各组分密度的大小，像素点越亮，即灰度值越大，表示密度越大，越暗表示密度越小。从图中可以直接用肉眼识别出孔隙的位置即图像上比较暗的像素点，但孔隙与骨架的边缘比较模糊，所以要借助数字图像处理技术对图像进行进一步的加工。

在一个实施例中，可以先提取岩心已知的岩石二维切片图像中心位置的表征单元体，并对表征单元体进行平滑处理，得到平滑数字岩心图像，以提高岩石不同部分边缘颜色的对比度。具体的，可以在岩石二维灰度图像的中间位置提取400*400(μm)像素、800*800(μm)像素或1600*1600(μm)像素的表征单元体。当然，为了提高后期模拟的计算速度，在本实施例中，提取了400*400(μm)像素的表征单元体的二维图。接着，采用非局部均值方法对表征单元体进行平滑处理，以提高岩石孔隙和基质接触边缘的颜色对比，以便在下一步骤中更加清晰地区分岩石孔隙和骨架。

其次，将上述步骤中处理完的图像进行合理划分。在一个实施例中，可以采用阈值法，阈值法是一种传统的图像分割方法，其优点为易于实现、直观性、计算量小而性能较为稳定，因而它在图像分割中一直处在中心地位。选择合理的分割阈值是图像分割的关键，如果阈值选择不合理，很容易把目标对象划分为背景图像或把背景图像划分为目标对象，这样会导致无法准确地对目标特征进行分析。具体的，在本实施例中，根据孔隙与骨架的灰度值进行分割。例如，使得分割后的表征单元体的二维展示图中孔隙部显示黑色，骨架部显示白色。

最终将处理完成的图像构成如图5所示的三维数字岩心模型。

本申请提供的一种岩石等效弹性参数的计算方法，在数字岩心建模技术的基础上，对数字岩心模型进行了网格分割，并在有限元模拟时加入了数字岩心模型的边界条件，满足了流体作用的分析，此外，本申请还利用数字岩心模型以及与所述数字岩心模型相同大小的均匀速度模型的有限元模拟，稳定并可靠的计算出了等效弹性参数，提高了计算出的等效弹性参数的准确度。

实施例三

基于前述的各个实施例，本申请实施例还提供了一种将所述数字岩心模型按照预设的计算空间划分成多个不重叠的网格，所述网格包括骨架网格和孔隙网格的方法，参考图6所示，该方法包括：

步骤S301，确定需要模拟测试的计算方向，将所述数字岩心模型沿所述计算方向延伸的两端分别增加预设尺寸的附加层，以得到预设的计算空间。

本申请实施例中，在利用有限单元方法解决实际问题时，首先要把预设的计算区域网格化，划分的网格越密，计算精度越高。

在一个实施例中，首先，确定数字岩心模型需要模拟测试的计算方向，具体的，确定计算方向是沿x轴、y轴或者z轴。

在一个具体的实施例中，确定的计算方向以垂直坐标轴z轴为例进行描述。在沿z轴延伸的两端即数字岩心模型的上端和下端分别增加预设尺寸的附加层以得到预设的计算空间。

在一个实施例中，两端增加的所述附加层的预设尺寸等于所述数字岩心模型沿所述计算方向延伸的长度的一半。即，数字岩心模型上下两端分别要增加其高度一半长的附加层，则最终得到的计算空间的高度为其模型原本高度的两倍。

当然，在其他实施例中，模型两端增加的所述附加层的预设尺寸也可以根据实际情况及要求进行调整。

步骤S302，将所述预设的计算空间划分成多个三角形网格或四面体网格。

本申请实施例中，在数字岩心模型的基础上，利用有限元法计算岩石等效参数的理论基础是变分原理，此外，有限元法还具备两大特点，一是大型求解区域的离散，二是单元试探函数(插值函数)的构建。因此，在利用有限单元方法解决实际问题时，首先要把预设的计算区域网格化。网格尺寸不能太大，太大不能保证模拟计算结果的精度，网格亦不能太小，太小导致模拟计算不稳定，而且网格中不能出现扁平、狭长的单元。

网格依据结构形态分为结构化和非结构化，在本申请实施例中，采用非结构化网格划分，这种划分方法可以很好地对不规则区域进行剖分，且能够保持剖分区域的边界一致性。具体的，当步骤S101中构建的数字岩心模型为二维模型时，采用非结构化网格剖分方法将网格划分成三角形网格单元；当步骤S101中构建的数字岩心模型为三维模型时，采用非结构化网格剖分方法将网格划分成四面体网格单元。

在一个实施例中，将三维模型划分成四面体网格的主要步骤包括：构建孔隙和骨架边界的曲面模型，在该模型的基础上通过Delaunay准则进行四面体网格剖分。

本申请提供的一种岩石等效弹性参数的计算方法，在数字岩心建模技术的基础上，对数字岩心模型进行了网格分割，并在有限元模拟时加入了数字岩心模型的边界条件，满足了流体作用的分析，此外，本申请还利用数字岩心模型以及与所述数字岩心模型相同大小的均匀速度模型的有限元模拟，稳定并可靠的计算出了等效弹性参数，提高了计算出的等效弹性参数的准确度。

实施例四

基于前述的实施例，本申请实施例再提供一种岩石等效弹性参数的计算方法，图7为本申请实施例提供的另一种岩石等效弹性参数的计算方法的实现流程示意图，如图7所示，包括：

步骤S401，构建岩心样品的数字岩心模型。

本申请实施例中，可以利用给少量二维铸体薄片进行高分辨率图像的拍摄，获取孔隙度、自相关函数、粒度分布等统计特性以及粘土含量、矿物成分等岩心特征，以其为约束条件重构相应的数字岩心模型。

在另一些实施例中，也可以通过图像扫描技术，如利用CT扫描设备和FIB-SEM等设备对岩心样品不同位置进行图像扫描进而获取多张相应的图像数据，具体的，该图像可以是岩心样品的灰度图像。最后，基于多个灰度图像再重构形成三维数字岩心模型。

步骤S402，确定需要模拟测试的计算方向，将所述数字岩心模型沿所述计算方向延伸的两端分别增加预设尺寸的附加层，以得到预设的计算空间。

本申请实施例中，在利用有限单元方法解决实际问题时，首先要把预设的计算区域网格化，划分的网格越密，计算精度越高。

在一个实施例中，首先，确定数字岩心模型需要模拟测试的计算方向，根据其计算方向，在数字岩心模型沿该计算方向延伸的两端分别增加预设尺寸的附加层以得到预设的计算空间，其中，每一端附加层的厚度等于该数字岩心模型沿所述计算方向长度的一半。

步骤S403，将所述预设的计算空间划分成多个三角形网格或四面体网格，所述网格包括骨架网格和孔隙网格。

本申请实施例中，在数字岩心模型的基础上，利用有限元法计算岩石等效参数的理论基础是变分原理，此外，有限元法还具备两大特点，一是大型求解区域的离散，二是单元试探函数(插值函数)的构建。因此，在利用有限单元方法解决实际问题时，首先要把预设的计算区域网格化，。网格尺寸不能太大，太大不能保证模拟计算结果的精度，网格亦不能太小，太小导致模拟计算不稳定，而且网格中不能出现扁平、狭长的单元。划分的网格越密，计算精度越高。

网格依据结构形态分为结构化和非结构化，在本申请实施例中，采用非结构化网格划分，这种划分方法可以很好地对不规则区域进行剖分，且能够保持剖分区域的边界一致性。具体的，当步骤S101中构建的数字岩心模型为二维模型时，采用非结构化网格剖分方法将网格划分成三角形网格单元；当步骤S101中构建的数字岩心模型为三维模型时，采用非结构化网格剖分方法将网格划分成四面体网格单元。

在一个实施例中，将三维模型划分成四面体网格的主要步骤包括：构建孔隙和骨架边界的曲面模型，在该模型的基础上通过Delaunay准则进行四面体网格剖分。

步骤S404，确定所述数字岩心模型的边界条件。

本申请实施例中，在利用有限元方法求解数字岩心弹性参数之前，必须首先考虑边界条件。具体的，一是要确定所述数字岩心模型整体的边界条件，二是确定所述数字岩心模型中骨架和孔隙之间的边界条件。

在一个实施例中，对于数字岩心模型整体四周的边界，通常遵循周期性边界条件。

在一个实施例中，对于数字岩心模型的顶部和底部，通常遵循自由反射边界条件。

步骤S405，在所述数字岩心模型的其中一个附加层端部施加震源，在与所述震源相对的另一附加层中设置接收装置，所述接收装置接收震源信号并将所有单道信号叠加为总信号输出，获取所述总信号的首个波峰到达的所述第一时间。

本申请实施例中，如图8所示，可以在数字岩心模型其中一个附加层的端部施加震源，具体的，该激发震源可以是纵波震源、剪切波震源、混合震源。在与该震源相对的另一附加层中设置一个平面作为接收位置，并在该位置上设置接收装置。激发震源后，模拟震源激励弹性波传播，在接收位置使用接收装置接收信号。接收装置将所有单道信号叠加，作为总体输出信号，拾取该总体信号的第一个波峰到达时间t1，则t1为获取的第一时间。

步骤S406，在所述均匀速度模型的其中一个附加层端部施加所述震源，在与所述震源相对的另一附加层中设置接收装置，所述接收装置接收震源信号并将所有单道信号叠加为总信号输出，获取所述总信号的首个波峰到达的所述第二时间。

本申请实施例中，如图9所示，使用相同大小的均匀速度模型代替数字岩心模型，其中，令均匀速度模型的速度为v0。然后在均匀速度模型其中一个附加层的端部施加震源，具体的，该激发震源可以是纵波震源、剪切波震源、混合震源，只要该震源与上步骤中数字岩心模型施加的震源相同即可。在与该震源相对的另一附加层中设置一个平面作为接收位置，并在该位置上设置接收装置。激发震源后，模拟震源激励弹性波传播，在接收位置使用接收装置接收信号。接收装置将所有单道信号叠加，作为总体输出信号，拾取该总体信号的第一个波峰到达时间t2，则t2为获取的第二时间。

步骤S407，根据所述第一时间以及第二时间计算所述岩心样品的等效速度。

本申请实施例中，如图10所示，图10为步骤S406和步骤S407中两次模拟的接收信号，基于第一时间t1、第二时间t2以及v0，计算出岩心样品的等效速度，具体的计算表达式如下：

veff＝1/(1/v0+(t2-t1)/h)

其中，veff是岩心样品的等效速度，h为震源距离接收器的垂直距离。

计算出岩心样品的等效速度veff后，进一步的，可以计算出岩石的其他等效弹性参数，具体的计算过程可参考现有技术，此外，不再详述。

本申请提供的一种岩石等效弹性参数的计算方法，在数字岩心建模技术的基础上，对数字岩心模型进行了网格分割，并在有限元模拟时加入了数字岩心模型的边界条件，满足了流体作用的分析，此外，本申请还利用数字岩心模型以及与所述数字岩心模型相同大小的均匀速度模型的有限元模拟，稳定并可靠的计算出了等效弹性参数，提高了计算出的等效弹性参数的准确度。

实施例五

基于前述的实施例，本申请实施例提供一种岩石等效弹性参数的计算装置，该装置包括的各模块、以及各模块包括的各单元，可以通过计算机设备中的处理器来实现；当然也可通过具体的逻辑电路实现；在实施的过程中，处理器可以为中央处理器(CPU，CentralProcessing Unit)、微处理器(MPU，Microprocessor Unit)、数字信号处理器(DSP，DigitalSignal Processing)或现场可编程门阵列(FPGA，Field Programmable Gate Array)等。

本申请实施例提供一种岩石等效弹性参数的计算装置，图11为本申请实施例提供的一种岩石等效弹性参数的计算装置的结构示意图，如图11所示，岩石等效弹性参数的计算装置1000包括：

模型构建模块1001，用于构建岩心样品的数字岩心模型；

网格划分模块1002，用于将所述数字岩心模型按照预设的计算空间划分成多个不重叠的网格，所述网格包括骨架网格和孔隙网格；

条件设置模块1003，用于确定所述数字岩心模型的边界条件；

计算模块1004，用于基于所述边界条件，对所述数字岩心模型进行有限元模拟以获取第一时间，对与所述数字岩心模型相同大小的均匀速度模型进行同样的有限元模拟以获取第二时间，根据所述第一时间以及第二时间计算所述岩心样品的等效速度。

在一些实施例中，模型构建模块1001，包括：

图像数据获取单元，用于利用图像扫描技术对所述岩心样品进行扫描，并获取相应的图像数据；

构建单元，用于基于所述图像数据构建所述岩心样品的数字岩心模型。

在一些实施例中，网格划分模块1002，包括：

计算空间获取单元，用于确定需要模拟测试的计算方向，将所述数字岩心模型沿所述计算方向延伸的两端分别增加预设尺寸的附加层，以得到预设的计算空间；

划分单元，用于将所述预设的计算空间划分成多个三角形网格或四面体网格。

在一些实施例中，计算空间获取单元，包括：

尺寸计算单元，用于使增加的所述附加层的预设尺寸等于所述数字岩心模型沿所述计算方向延伸的长度的一半。

在一些实施例中，条件设置模块1003，包括：

第一条件设置单元，用于确定所述数字岩心模型的边界条件；

第二条件设置单元，用于确定所述数字岩心模型中骨架和孔隙之间的边界条件。

在一些实施例中，计算模块1004，包括：

第一计算单元，用于在所述数字岩心模型的其中一个附加层端部施加震源，在与所述震源相对的另一附加层中设置接收装置，所述接收装置接收震源信号并将所有单道信号叠加为总信号输出，获取所述总信号的首个波峰到达的所述第一时间；

第二计算单元，用于在所述均匀速度模型的其中一个附加层端部施加所述震源，在与所述震源相对的另一附加层中设置接收装置，所述接收装置接收震源信号并将所有单道信号叠加为总信号输出，获取所述总信号的首个波峰到达的所述第二时间。

需要说明的是，本申请实施例中，如果以软件功能模块的形式实现上述的岩石等效弹性参数的计算方法，并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请实施例的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机、服务器、或者网络设备等)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read Only Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。这样，本申请实施例不限制于任何特定的硬件和软件结合。

相应地，本申请实施例提供一种存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该计算机程序被处理器执行时实现上述实施例中提供的岩石等效弹性参数的计算方法中的步骤。

实施例六

本申请实施例提供一种岩石等效弹性参数的计算设备；图12为本申请实施例提供的岩石等效弹性参数的计算设备的组成结构示意图，如图12所示，所述电子设备1100包括：一个处理器1101、至少一个通信总线1102、用户接口1103、至少一个外部通信接口1104、存储器1105。其中，通信总线1102配置为实现这些组件之间的连接通信。其中，用户接口1103可以包括显示屏，外部通信接口1104可以包括标准的有线接口和无线接口。所述处理器1101配置为执行存储器中存储的岩石等效弹性参数的计算方法的程序，以实现以上述实施例提供的岩石等效弹性参数的计算方法中的步骤。

以上显示设备和存储介质实施例的描述，与上述方法实施例的描述是类似的，具有同方法实施例相似的有益效果。对于本申请计算机设备和存储介质实施例中未披露的技术细节，请参照本申请方法实施例的描述而理解。

这里需要指出的是：以上存储介质和设备实施例的描述，与上述方法实施例的描述是类似的，具有同方法实施例相似的有益效果。对于本申请存储介质和设备实施例中未披露的技术细节，请参照本申请方法实施例的描述而理解。

应理解，说明书通篇中提到的“一个实施例”或“一实施例”意味着与实施例有关的特定特征、结构或特性包括在本申请的至少一个实施例中。因此，在整个说明书各处出现的“在一个实施例中”或“在一实施例中”未必一定指相同的实施例。此外，这些特定的特征、结构或特性可以任意适合的方式结合在一个或多个实施例中。应理解，在本申请的各种实施例中，上述各过程的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本申请实施例的实施过程构成任何限定。上述本申请实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的设备和方法，可以通过其它的方式实现。以上所描述的设备实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，如：多个单元或组件可以结合，或可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另外，所显示或讨论的各组成部分相互之间的耦合、或直接耦合、或通信连接可以是通过一些接口，设备或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性的、机械的或其它形式的。

上述作为分离部件说明的单元可以是、或也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是、或也可以不是物理单元；既可以位于一个地方，也可以分布到多个网络单元上；可以根据实际的需要选择其中的部分或全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本申请各实施例中的各功能单元可以全部集成在一个处理单元中，也可以是各单元分别单独作为一个单元，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中；上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用硬件加软件功能单元的形式实现。

本领域普通技术人员可以理解：实现上述方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成，前述的程序可以存储于计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，执行包括上述方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：移动存储设备、只读存储器(ROM，Read Only Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

或者，本申请上述集成的单元如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请实施例的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台控制器执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分。而前述的存储介质包括：移动存储设备、ROM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述，仅为本申请的实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。