【技術實現步驟摘要】
本申請涉及巖土工程，尤其涉及一種基于數字巖心的3d打印孔隙澆筑基質的巖心重構方法。
技術介紹
1、在巖土工程和地下工程研究中，巖石試樣的制備對實驗數據的可靠性和準確性具有重要意義。為了研究巖石的力學和滲透特性，通常需要使用天然巖心樣本。然而，天然巖心的獲取成本較高，且其物理性質存在顯著的離散性，這對實驗數據的統一性和對比性構成了挑戰。同時，在實際巖石力學實驗中，裂縫結構對巖石的力學性能和滲流特性具有重要影響，但天然巖心中的裂縫形態各異，難以進行精確控制和重復性實驗。
2、現有的巖石試樣制備方法往往難以完全匹配天然巖石的性質，存在如下諸多問題：
3、(1)天然巖心獲取難和離散性問題：天然巖心樣本獲取成本高，且其物理特性存在較大離散性，導致實驗數據的一致性和可比性較差，影響實驗結論的可靠性；
4、(2)裂縫結構的重現性不高：天然巖心中的裂縫形態復雜且不可控，難以實現精確重現和多次重復性實驗，限制了裂縫對巖石力學和滲流特性影響的系統研究；
5、(3)試樣批量生產的均一性不夠：在多組實驗中，為了確保數據的可比性和結論的穩定性，需制備大量具有相同結構和物理性能的巖心試樣，而傳統方法難以保證試樣的均一性；
6、(4)材料性能匹配問題：現有方法的楊氏模量、泊松比等參數難以與天然巖石的物理性質完全匹配，導致無法準確模擬真實巖心的力學特性。
技術實現思路
1、為了解決上述問題，本申請提供一種基于數字巖心的3d打印孔隙澆筑基質的巖心重構方法，
2、本申請提供一種基于數字巖心的3d打印孔隙澆筑基質的巖心重構方法，包括以下步驟：
3、s1掃描采集原巖剖面高分辨率圖像，識別巖石的孔隙、裂縫和基質；
4、s2構建孔隙和裂縫特征與原巖一致的三維數字巖心模型；
5、s3通過3d打印帶有孔隙和裂縫的基質完成巖心試樣制作；或通過3d打印孔隙和裂縫模型，并繼續進行下述步驟澆筑基質；
6、s4原巖力學性質測試，以獲取原巖物理特性參數；
7、s5在已打印出的孔隙和裂縫模型上澆筑基質材料并養護，得到與原巖的物理特性參數相近的重構巖心試樣；
8、s6對重構好的巖心試樣進行性能測試。
9、例如，在一個實施例提供的所述基于數字巖心的3d打印孔隙澆筑基質的巖心重構方法中，所述s1中，利用掃描電子顯微鏡sem和計算機斷層掃描ct技術采集原巖天然巖石各剖面的高分辨率圖像，用于反映巖石內部孔隙、裂縫和基質的分布情況，作為構建三維數字巖心模型的基礎數據。
10、例如，在一個實施例提供的所述基于數字巖心的3d打印孔隙澆筑基質的巖心重構方法中，所述s1中，利用圖像識別技術設計算法，對采集到的原巖剖面高分辨率圖像進行處理，識別巖石的孔隙、裂縫和基質，生成二值圖像。
11、例如，在一個實施例提供的所述基于數字巖心的3d打印孔隙澆筑基質的巖心重構方法中，所述s2中，利用三維數字巖心重構軟件將二值圖像重構成帶有孔隙和裂縫且孔隙和裂縫特征與原巖一致的三維數字巖心模型，作為后續3d打印的基礎
12、例如，在一個實施例提供的所述基于數字巖心的3d打印孔隙澆筑基質的巖心重構方法中，所述s3中，當打印孔隙和裂縫模型時，先將三維數字巖心模型反演生成孔隙和裂縫的三維模型，再打印。
13、例如，在一個實施例提供的所述基于數字巖心的3d打印孔隙澆筑基質的巖心重構方法中，所述s4中，在原有地層應力條件下對原巖進行單軸或三軸實驗，測得原巖楊氏模量和泊松比參數。
14、例如，在一個實施例提供的所述基于數字巖心的3d打印孔隙澆筑基質的巖心重構方法中，所述s5中，所澆筑的基質材料選擇水泥，并通過調整水泥配比以達到與原巖相似的楊氏模量和泊松比，澆筑完成后，對試樣進行養護，直至基質材料完全固化，形成完整的巖心結構。
15、例如，在一個實施例提供的所述基于數字巖心的3d打印孔隙澆筑基質的巖心重構方法中，當需要進行滲流滲透、密封性測試實驗時，采用可降解材料打印孔隙和裂縫模型，并在所述s5中待基質固化后，通過化學或物理處理方法降解去除裂縫和孔隙內的可降解材料，保留孔隙和裂縫結構，并檢查試樣的完整性與裂縫、孔隙的密封性。
16、例如，在一個實施例提供的所述基于數字巖心的3d打印孔隙澆筑基質的巖心重構方法中，所述s6中，將重構好的巖心試樣置于巖石力學實驗平臺上，進行力學實驗，以模擬巖心在地下復雜應力條件下的力學行為和滲流特性。
17、本申請一些實施例提供的一種基于數字巖心的3d打印孔隙澆筑基質的巖心重構方法帶來的有益效果為：本申請通過數字巖心模型和3d打印結合，解決了天然巖心樣本獲取難度大、離散性強的問題，為巖石力學實驗提供了性能一致、可重復的試樣，適合多次對比實驗。此外，本申請設計算法將對基質的數字巖心模型反向重構為裂縫的數字巖心模型，并提出一種通過3d反向打印裂縫和孔隙并澆筑巖石基質的巖心重構方式，一方面，可以節約價格高昂的3d材料，并精確打印和控制裂縫和孔隙等微觀結構，滿足了裂縫擴展、滲流特性、密封性等方面在石油工程、地下工程等領域的實驗需求；另一方面，可以通過澆筑材料的成分配比得到與原巖的強度、泊松比等物理特性相同的重構巖心試樣，更加復合實際工況；同時，可以同時重構多塊完全相同的巖心試樣，通過控制變量法進行對照試驗，減少因原巖內部結構不同而導致的較大的離散性，保證實驗結果與變量的相關性；本申請不僅可以用于學術研究，還可以在油氣工程、地質工程等領域推廣應用，以提高實驗的精確性和經濟性。
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1.一種基于數字巖心的3D打印孔隙澆筑基質的巖心重構方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據權利要求1所述基于數字巖心的3D打印孔隙澆筑基質的巖心重構方法，其特征在于，所述S1中，利用掃描電子顯微鏡SEM和計算機斷層掃描CT技術采集原巖天然巖石各剖面的高分辨率圖像，用于反映巖石內部孔隙、裂縫和基質的分布情況，作為構建三維數字巖心模型的基礎數據。
3.根據權利要求2所述基于數字巖心的3D打印孔隙澆筑基質的巖心重構方法，其特征在于，所述S1中，利用圖像識別技術設計算法，對采集到的原巖剖面高分辨率圖像進行處理，識別巖石的孔隙、裂縫和基質，生成二值圖像。
4.根據權利要求3所述基于數字巖心的3D打印孔隙澆筑基質的巖心重構方法，其特征在于，所述S2中，利用三維數字巖心重構軟件將二值圖像重構成帶有孔隙和裂縫且孔隙和裂縫特征與原巖一致的三維數字巖心模型，作為后續3D打印的基礎。
5.根據權利要求4所述基于數字巖心的3D打印孔隙澆筑基質的巖心重構方法，其特征在于，所述S3中，當打印孔隙和裂縫模型時，先將三維數字巖心模型反演生成孔隙和裂縫的三維模型
6.根據權利要求5所述基于數字巖心的3D打印孔隙澆筑基質的巖心重構方法，其特征在于，所述S4中，在原有地層應力條件下對原巖進行單軸或三軸實驗，測得原巖楊氏模量和泊松比參數。
7.根據權利要求6所述基于數字巖心的3D打印孔隙澆筑基質的巖心重構方法，其特征在于，所述S5中，所澆筑的基質材料選擇水泥，并通過調整水泥配比以達到與原巖相似的楊氏模量和泊松比，澆筑完成后，對試樣進行養護，直至基質材料完全固化，形成完整的巖心結構。
8.根據權利要求7所述基于數字巖心的3D打印孔隙澆筑基質的巖心重構方法，其特征在于，當需要進行滲流滲透、密封性測試實驗時，采用可降解材料打印孔隙和裂縫模型，并在所述S5中待基質固化后，通過化學或物理處理方法降解去除裂縫和孔隙內的可降解材料，保留孔隙和裂縫結構，并檢查試樣的完整性與裂縫、孔隙的密封性。
9.根據權利要求8所述基于數字巖心的3D打印孔隙澆筑基質的巖心重構方法，其特征在于，所述S6中，將重構好的巖心試樣置于巖石力學實驗平臺上，進行力學實驗，以模擬巖心在地下復雜應力條件下的力學行為和滲流特性。
...【技術特征摘要】
1.一種基于數字巖心的3d打印孔隙澆筑基質的巖心重構方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據權利要求1所述基于數字巖心的3d打印孔隙澆筑基質的巖心重構方法，其特征在于，所述s1中，利用掃描電子顯微鏡sem和計算機斷層掃描ct技術采集原巖天然巖石各剖面的高分辨率圖像，用于反映巖石內部孔隙、裂縫和基質的分布情況，作為構建三維數字巖心模型的基礎數據。
3.根據權利要求2所述基于數字巖心的3d打印孔隙澆筑基質的巖心重構方法，其特征在于，所述s1中，利用圖像識別技術設計算法，對采集到的原巖剖面高分辨率圖像進行處理，識別巖石的孔隙、裂縫和基質，生成二值圖像。
4.根據權利要求3所述基于數字巖心的3d打印孔隙澆筑基質的巖心重構方法，其特征在于，所述s2中，利用三維數字巖心重構軟件將二值圖像重構成帶有孔隙和裂縫且孔隙和裂縫特征與原巖一致的三維數字巖心模型，作為后續3d打印的基礎。
5.根據權利要求4所述基于數字巖心的3d打印孔隙澆筑基質的巖心重構方法，其特征在于，所述s3中，當打印孔隙和裂縫模型時，先將三維數字巖心模型反演生成孔隙和裂縫的三維模...
【專利技術屬性】
技術研發人員：滕世龍，郭印同，常鑫，張鑫傲，郭武豪，趙國凱，吳明洋，畢振輝，應琪祺，
申請(專利權)人：中國科學院武漢巖土力學研究所，
類型：發明
國別省市：
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