一种水平井注/直井抽地浸采铀流线模拟与可视化方法及系统

1.本发明涉及一种水平井注/直井抽地浸采铀流线模拟与可视化方法及系统，属于地球科学与工程领域。


背景技术：

2.北方砂岩型的铀矿的渗透性一般较低，并且矿体在空间上具有明显的非均质性，经常呈现出“泥岩-砂岩”互层的结构构造。含铀矿的砂岩岩体经常会受泥岩隔水层的限制，多为层状分布。
3.水平井开采技术在近些年来被成功的应用在石油、页岩气的开采工作中。尤其在薄层油藏以及低渗透性的油藏中发挥出明显的优势。水平井开采技术在石油开采的领域，具有穿透可开采油层长、采集油层成本低等显著的优点。砂岩型铀矿的薄层结构，以及所处位置渗透性差，具有较强的空间非均质性等一系列特点，与应用水平井技术的开采油藏特点相似。因此提出将水平井技术应用于地浸采铀的开采工作中，通过水平井开采可以增大井场穿过铀层的长度，增加井流与铀矿的接触面积，从而达到增大铀矿的有效溶浸范围，提高地浸采铀工作效率。为了更好地掌握应用水平井技术来进行地浸采铀的优势，把握其溶浸范围是否有效增大，就需要开展水平井网技术地浸渗透特性研究。
4.水平井/直井井网运行体系下地浸渗流场精准模拟，提出科学的井网开采模式是井网优化调控和高效运行的基础。水平井/直井井场地浸渗流场模拟和溶浸范围的定量刻画是水平井地浸采铀技术评估的关键指标。因此一种水平井注/直井抽地浸采铀流线模拟与可视化的数值模拟系统，可以将溶浸范围可视化呈现，对于工程具有重要的指导意义。


技术实现要素：

5.发明目的：针对上述现有技术的问题，本发明的目的在于提供一种水平井注/直井抽地浸采铀流线模拟与可视化方法及系统，该方法能够考虑通过求解地浸采铀抽注过程中地下水的水动力场，进而绘制溶浸液流线，用于判断溶浸范围。
6.技术方案：为了解决上述技术问题，本发明提出一种水平井注/直井抽地浸采铀流线模拟与可视化方法，该方法包括如下步骤：
7.步骤ss1：对研究区的地质结构数据收集，包括岩层的空间分布、岩性、岩层厚度、地下水补径排条件、地下水位动态；
8.步骤ss2：根据步骤ss1收集的地质资料，对数据进行建模参数化处理，以建立研究区的地质结构模型，并进行网格剖分；
9.步骤ss3：在步骤ss2中所建地质结构模型的基础上，确定模型的初始水位条件以及研究区的渗透系数，计算模型的初始地下水渗流场；
10.步骤ss4：在步骤ss3获得的模型初始地下水渗流场结果的基础上，设置水平井和直井的基本参数，构建研究区地下水水平井/直井地浸抽注单元；
11.步骤ss5：在步骤ss4所构建的地浸抽注单元，利用井-储耦合模拟技术，即在水平井筒-储层界面处设置交互系数进行耦合以建立井-储耦合模型，设置水平井投放溶质粒子，并设置溶质的粘度、密度参数，模拟在水平井注/直井抽的水流过程的溶质运移过程；
12.步骤ss6：在步骤ss5得到的溶质粒子运移结果，导出粒子示踪的输出文件，对输出文件进行数据处理，并对溶质粒子的运移路径进行计算，绘制出溶浸范围进行可视化展示。
13.进一步的，所述步骤ss3中，对于稳定地下水流场，地下水流场采用以下公式描述：
[0014][0015]
其中，v
x
、vy和vz分别为x、y、z方向的平均地下水流速，n为含水介质孔隙度，w为源汇项。
[0016]
进一步的，所述步骤ss5中建立井-储耦合模型，其中，建立井储耦合模型的控制方程为：
[0017][0018]
其中，v为圆管中地下水的平均流速；d为管道直径，g为重力加速度，ν为运动粘滞系数，j为管道的水力坡度，ka为圆管壁平均的粗糙度。
[0019]
进一步的，所述步骤ss6中，对溶质粒子运移的模拟结果进行计算，将粒子运移流线离散为多个离散点，将多个离散点位置用直线连接以得到近似的曲线来表示粒子运移轨迹。在一个无限小的矩形单元格，已知粒子在初始时刻t1时所在的位置，通过计算得出粒子在任意t2时刻的位置，进而以获得粒子在每个时间的位置，其计算公式如下：
[0020][0021][0022][0023]
式中，(x
p
)
t2
，(y
p
)
t2
，(z
p
)
t2
表示粒子p在t2时刻所对应的x，y，z坐标，x1，y1，z1为粒子的初始位置坐标，a
x
，ay，az分别为在x，y，z方向上单位距离的速度增量，(v
xp
)
t1
，(v
yp
)
t1
，(v
zp
)
t1
分别为粒子p在t1时刻三个坐标轴方向的流速，v
x1
，v
y1
，v
z1
分别为单元格三个坐标轴方向的网格面的平均流速，δt＝t2-t1，通过方程(3)，(4)，(5)获得地浸采铀中的任一粒子的单元节点坐标及时间数据，用以表征地浸采铀模型的粒子在模拟时限内的位置关系，将溶质粒子运移模拟计算结果输出为文件，对结果文件采用dealunay算法进行数据处理，重新建构地浸采铀模拟的模型的拓扑关系，构建以四面体为单元类型的三维模型以得到地浸采铀模拟的模型单元结构数据，并输出为vtk格式文件。
[0024]
进一步的，对于地浸采铀模拟的模型单元结构数据的vtk文件，基于vtk可视化管线方法，结合地浸采铀流场模拟计算结果，创建地浸采铀流线模拟可视化管线，通过地浸采铀流线模拟可视化管线以达到对地浸采铀流线模拟计算结果可视化的效果。
[0025]
此外，本发明提出一种水平井注/直井抽地浸采铀流线模拟与可视化系统，该系统包括如下模块：
[0026]
模型参数收集模块，用于对研究区的地质结构数据收集，包括岩层的空间分布、岩性、岩层厚度、地下水补径排条件、地下水位动态；
[0027]
地质结构模型构建模块，用于根据收集的地质资料，对数据进行建模参数化处理，以建立研究区的地质结构模型，并进行网格剖分；
[0028]
地下水渗流场模块，用于在所建地质结构模型的基础上，确定模型的初始水位条件以及研究区的渗透系数，计算模型的初始地下水渗流场；
[0029]
抽注单元构建模块，用于在地下水渗流场模块确定模型初始地下水渗流场结果的基础上，设置水平井和直井的基本参数，构建研究区地下水水平井/直井地浸抽注单元；
[0030]
运移模拟模块，用于根据所构建的地浸抽注单元，利用井-储耦合模拟技术，即在水平井筒-储层界面处设置交互系数进行耦合以建立井-储耦合模型，设置水平井投放溶质粒子，并设置溶质的粘度、密度参数，模拟在水平井注/直井抽的水流过程的溶质运移过程；
[0031]
可视化展示模块，用于根据得到的溶质粒子运移结果，导出粒子示踪的输出文件，对输出文件进行数据处理，并对溶质粒子的运移路径进行计算，绘制出溶浸范围进行可视化展示。
[0032]
进一步的，所述地下水渗流场模块中，对于稳定地下水流场，地下水流场采用以下公式描述：
[0033][0034]
其中，v
x
、vy和vz分别为x、y、z方向的平均地下水流速，n为含水介质孔隙度，w为源汇项。
[0035]
进一步的，所述运移模拟模块中建立井-储耦合模型，其中，建立井储耦合模型的控制方程为：
[0036][0037]
其中，v为圆管中地下水的平均流速；d为管道直径，g为重力加速度，v为运动粘滞系数，j为管道的水力坡度，ka为圆管壁平均的粗糙度。
[0038]
进一步的，所述可视化展示模块中，对溶质粒子运移的模拟结果进行计算，将粒子运移流线离散为多个离散点，将多个离散点位置用直线连接以得到近似的曲线来表示粒子运移轨迹。在一个无限小的矩形单元格，已知粒子在初始时刻t1时所在的位置，通过计算得出粒子在任意t2时刻的位置，进而以获得粒子在每个时间的位置，其计算公式如下：
[0039][0040][0041][0042]
式中，(x
p
)
t2
，(y
p
)
t2
，(z
p
)
t2
表示粒子p在t2时刻所对应的x，y，z坐标，x1，y1，z1为粒子的初始位置坐标，a
x
，ay，az分别为在x，y，z方向上单位距离的速度增量，(v
xp
)
t1
，(v
yp
)
t1
，
(v
zp
)
t1
分别为粒子p在t1时刻三个坐标轴方向的流速，v
x1
，v
y1
，v
z1
分别为单元格三个坐标轴方向的网格面的平均流速，δt＝t2-t1，通过方程(3)，(4)，(5)获得地浸采铀中的任一粒子的单元节点坐标及时间数据，用以表征地浸采铀模型的粒子在模拟时限内的位置关系。将溶质粒子运移模拟计算结果输出为文件，对结果文件采用dealunay算法进行数据处理，重新建构地浸采铀模拟的模型的拓扑关系，构建以四面体为单元类型的三维模型以得到地浸采铀模拟的模型单元结构数据，并输出为vtk格式文件。
[0043]
进一步的，对于地浸采铀模拟的模型单元结构数据的vtk文件，基于vtk可视化管线方法，结合地浸采铀流场模拟计算结果，创建地浸采铀流线模拟可视化管线，通过地浸采铀流线模拟可视化管线以达到对地浸采铀流线模拟计算结果可视化的效果。
[0044]
有益效果：与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下有益效果：
[0045]
本发明的技术方案考虑在水平井注/直井抽条件下的水流过程模拟，求解抽注过程的地下水动力场，进而对溶浸液流线进行数据处理，以此来模拟刻画溶浸范围的数值模拟。本发明所提供的模拟技术可为矿区的井网布置提供科学合理的理论依据。
附图说明
[0046]
图1是水平井注/直井抽地浸采铀流线模拟与可视化的数值模拟方法流程图；
[0047]
图2是水平井注/直井抽地浸采铀流线模拟与可视化的数值模拟基准模型概念图；
[0048]
图3是水平井注/直井抽地浸单元运行后区域内地下渗流场变化示意图；
[0049]
图4是粒子示踪模型刻画溶浸范围的效果图；
[0050]
图5是三维条件下粒子示踪模型刻画溶浸范围的效果图。
具体实施方式
[0051]
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
[0052]
如图1所示，本发明提出一种水平井注/直井抽地浸采铀流线模拟与可视化方法，该方法包括如下步骤：
[0053]
步骤ss1：对研究区的地质结构数据收集，包括岩层的空间分布、岩性、岩层厚度、地下水补径排条件、地下水位动态；
[0054]
步骤ss2：根据步骤ss1收集的地质资料，对数据进行建模参数化处理，以建立研究区的地质结构模型，并进行网格剖分；
[0055]
步骤ss3：在步骤ss2中所建地质结构模型的基础上，确定模型的初始水位条件以及研究区的渗透系数，计算模型的初始地下水渗流场；
[0056]
步骤ss4：在步骤ss3获得的模型初始地下水渗流场结果的基础上，设置水平井和直井的基本参数，构建研究区地下水水平井/直井地浸抽注单元；
[0057]
步骤ss5：在步骤ss4所构建的地浸抽注单元，利用井-储耦合模拟技术，即在水平井筒-储层界面处设置交互系数进行耦合以建立井-储耦合模型，设置水平井投放溶质粒子，并设置溶质的粘度、密度参数，模拟在水平井注/直井抽的水流过程的溶质运移过程；
[0058]
步骤ss6：在步骤ss5得到的溶质粒子运移结果，导出粒子示踪的输出文件，对输出文件进行数据处理，并对溶质粒子的运移路径进行计算，绘制出溶浸范围进行可视化展示。
[0059]
所述步骤ss3中，对于稳定地下水流场，地下水流场采用以下公式描述：
[0060][0061]
其中，v
x
、vy和vz分别为x、y、z方向的平均地下水流速，n为含水介质孔隙度，w为源汇项。
[0062]
进一步的，所述步骤ss5中建立井-储耦合模型，其中，建立井储耦合模型的控制方程为：
[0063][0064]
其中，v为圆管中地下水的平均流速；d为管道直径，g为重力加速度，v为运动粘滞系数，j为管道的水力坡度，ka为圆管壁平均的粗糙度。
[0065]
所述步骤ss6中，对溶质粒子运移的模拟结果进行计算，将粒子运移流线离散为多个离散点，将多个离散点位置用直线连接以得到近似的曲线来表示粒子运移轨迹。在一个无限小的矩形单元格，已知粒子在初始时刻t1时所在的位置，通过计算得出粒子在任意t2时刻的位置，进而以获得粒子在每个时间的位置，其计算公式如下：
[0066][0067][0068][0069]
式中，(x
p
)
t2
，(y
p
)
t2
，(z
p
)
t2
表示粒子p在t2时刻所对应的x，y，z坐标，x1，y1，z1为粒子的初始位置坐标，a
x
，ay，az分别为在x，y，z方向上单位距离的速度增量，(v
xp
)
t1
，(v
yp
)
t1
，(v
zp
)
t1
分别为粒子p在t1时刻三个坐标轴方向的流速，v
x1
，v
y1
，v
z1
分别为单元格三个坐标轴方向的网格面的平均流速，δt＝t2-t1，通过方程(3)，(4)，(5)获得地浸采铀中的任一粒子的单元节点坐标及时间数据，用以表征地浸采铀模型的粒子在模拟时限内的位置关系，将溶质粒子运移模拟计算结果输出为文件，对结果文件采用dealunay算法进行数据处理，重新建构地浸采铀模拟的模型的拓扑关系，构建以四面体为单元类型的三维模型以得到地浸采铀模拟的模型单元结构数据，并输出为vtk格式文件。
[0070]
对于地浸采铀模拟的模型单元结构数据的vtk文件，基于vtk可视化管线方法，结合地浸采铀流场模拟计算结果，创建地浸采铀流线模拟可视化管线，通过地浸采铀流线模拟可视化管线以达到对地浸采铀流线模拟计算结果可视化的效果。
[0071]
此外，本发明提出一种水平井注/直井抽地浸采铀流线模拟与可视化系统，该系统包括如下模块：
[0072]
模型参数收集模块，用于对研究区的地质结构数据收集，包括岩层的空间分布、岩性、岩层厚度、地下水补径排条件、地下水位动态；
[0073]
地质结构模型构建模块，用于根据收集的地质资料，对数据进行建模参数化处理，以建立研究区的地质结构模型，并进行网格剖分；
[0074]
地下水渗流场模块，用于在所建地质结构模型的基础上，确定模型的初始水位条件以及研究区的渗透系数，计算模型的初始地下水渗流场；
[0075]
抽注单元构建模块，用于在地下水渗流场模块确定模型初始地下水渗流场结果的基础上，设置水平井和直井的基本参数，构建研究区地下水水平井/直井地浸抽注单元；
[0076]
运移模拟模块，用于根据所构建的地浸抽注单元，利用井-储耦合模拟技术，即在水平井筒-储层界面处设置交互系数进行耦合以建立井-储耦合模型，设置水平井投放溶质粒子，并设置溶质的粘度、密度参数，模拟在水平井注/直井抽的水流过程的溶质运移过程；
[0077]
可视化展示模块，用于根据得到的溶质粒子运移结果，导出粒子示踪的输出文件，对输出文件进行数据处理，并对溶质粒子的运移路径进行计算，绘制出溶浸范围进行可视化展示。
[0078]
所述地下水渗流场模块中，对于稳定地下水流场，地下水流场采用以下公式描述：
[0079][0080]
其中，v
x
、vy和vz分别为x、y、z方向的平均地下水流速，n为含水介质孔隙度，w为源汇项。
[0081]
进一步的，所述运移模拟模块中建立井-储耦合模型，其中，建立井储耦合模型的控制方程为：
[0082][0083]
其中，v为圆管中地下水的平均流速；d为管道直径，g为重力加速度，v为运动粘滞系数，j为管道的水力坡度，ka为圆管壁平均的粗糙度。
[0084]
所述可视化展示模块中，对溶质粒子运移的模拟结果进行计算，将粒子运移流线离散为多个离散点，将多个离散点位置用直线连接以得到近似的曲线来表示粒子运移轨迹。在一个无限小的矩形单元格，已知粒子在初始时刻t1时所在的位置，通过计算得出粒子在任意t2时刻的位置，进而以获得粒子在每个时间的位置，其计算公式如下：
[0085][0086][0087][0088]
式中，(x
p
)
t2
，(y
p
)
t2
，(z
p
)
t2
表示粒子p在t2时刻所对应的x，y，z坐标，x1，y1，z1为粒子的初始位置坐标，a
x
，ay，az分别为在x，y，z方向上单位距离的速度增量，(v
xp
)
t1
，(v
yp
)
t1
，(v
zp
)
t1
分别为粒子p在t1时刻三个坐标轴方向的流速，v
x1
，v
y1
，v
z1
分别为单元格三个坐标轴方向的网格面的平均流速，δt＝t2-t1，通过方程(3)，(4)，(5)获得地浸采铀中的任一粒子的单元节点坐标及时间数据，用以表征地浸采铀模型的粒子在模拟时限内的位置关系。将溶质粒子运移模拟计算结果输出为文件，对结果文件采用dealunay算法进行数据处理，重新建构地浸采铀模拟的模型的拓扑关系，构建以四面体为单元类型的三维模型以得到地浸
采铀模拟的模型单元结构数据，并输出为vtk格式文件。
[0089]
对于地浸采铀模拟的模型单元结构数据的vtk文件，基于vtk可视化管线方法，结合地浸采铀流场模拟计算结果，创建地浸采铀流线模拟可视化管线，通过地浸采铀流线模拟可视化管线以达到对地浸采铀流线模拟计算结果可视化的效果。
[0090]
实施例1：本发明实施例以所建立基准模型为例。
[0091]
1)概念模型
[0092]
该算例模拟区域在平面上为矩形，长度为500m，宽度为400m，其中含水层的厚度为90m，并以10m为单层厚度，纵向剖分9层。模型平面剖分40行*50列。在模拟区域的左、右两侧设置为定水头边界，水位高度85m，模型的上、下两侧设置为隔水边界。整个模拟区没有降雨补给，即含水层的初始水位高度为85m。整个模型设置为各向同性，水平向渗透系数为0.15m/day，有效孔隙度为0.2，整个模拟的模拟时间设置为7200天。
[0093]
在此模型中部设置水平井，长度为220m，井筒直径为0.15m，水平井在垂直方向上位于第8层，水平井最左侧为流量注入点，模拟地浸采铀中溶解液的注入，注入量为150m3/day。在水平井四周设置4口垂直抽水井，每口抽水井的流量为40m3/day，水平井和垂直井位置见图2。模型模拟第1天在水平井所在网格均匀投放粒子，开展粒子追踪模拟，获取水平井注入液的径流范围，模型运行6000天后，模拟区基本达到稳定状态。
[0094]
表1发明实施例中概念模型主要物理参数
[0095][0096]
表2井-储耦合模型主要物理参数
[0097][0098]
2)确定控制方程
[0099]
a)对于稳定地下水流场，地下水流场可以采用以下公式描述：
[0100][0101]
其中v
x
、vy和vz分别为x、y、z方向的平均地下水流速；n为含水介质孔隙度，w为源汇项。
[0102]
b)建立井储耦合模型的控制方程为：
[0103][0104]
其中，v为圆管中地下水的平均流速；d为管道直径，g为重力加速度，v为运动粘滞系数，j为管道的水力坡度，ka为圆管壁平均的粗糙度。
[0105]
c)将流线离散为无数个点，了解粒子在每个时间的位置时，就需要估算任一粒子p
在某时刻的位置。
[0106][0107][0108][0109]
式中，(x
p
)
t2
，(y
p
)
t2
，(z
p
)
t2
表示粒子p在t2时刻所对应的x，y，z坐标，x1，y1，z1为粒子的初始位置坐标，a
x
，ay，az分别为在x，y，z方向上单位距离的速度增量，(v
xp
)
t1
，(v
yp
)
t1
，(v
zp
)
t1
分别为粒子p在t1时刻三个坐标轴方向的流速，v
x1
，v
y1
，v
z1
分别为单元格三个坐标轴方向的网格面的平均流速，δt＝t2-t1，通过方程(3)，(4)，(5)获得地浸采铀中的任一粒子的单元节点坐标及时间数据，用以表征地浸采铀模型的粒子在模拟时限内的位置关系，将溶质粒子运移模拟计算结果输出为文件，对结果文件采用dealunay算法进行数据处理，重新建构地浸采铀模拟的模型的拓扑关系，构建以四面体为单元类型的三维模型以得到地浸采铀模拟的模型单元结构数据，并输出为vtk格式文件。
[0110]
3)溶质粒子运移数值模拟结果分析
[0111]
图3为模拟6000天后模拟区的地下等水位线图，整个模型的地下水等水位线图基本呈对称，在井网附近的地下水位出现明显下降。
[0112]
图4为模拟6000天后水平井注入液粒子追踪结果，整个模拟区内粒子追踪轨迹基本对称，在同一方向上的两口抽水井之间和水平井两端上方均存在明显浸润死角，注入液无法到达该区域。对比水平井不同位置注入液到达抽水井时间，抽水井正下方粒子最先达到抽水井，其次为水平井左右两端的粒子，最晚到达的粒子为位于抽水井之间的粒子。这主要与地下水水力梯度有关，由图3可知，抽水井正下方区域，径流路径最短，水力梯度最大。水平井中部区域相对于左右两端，尽管径流路径相似，但水平井中部区域至抽水井的水头差低于左右两端，因而水力梯度较小，粒子到达抽水井的时间最长。
[0113]
图5为模拟6000天后三维条件下水平井注入液粒子追踪结果，整个模拟区内粒子追踪轨迹基本对称，粒子从水平井释放，向垂直井运移，在直井周边溶浸范围在垂直方向上更大。
[0114]
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

技术特征：
1.一种水平井注/直井抽地浸采铀流线模拟与可视化方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：步骤ss1：对研究区的地质结构数据收集，包括岩层的空间分布、岩性、岩层厚度、地下水补径排条件、地下水位动态；步骤ss2：根据步骤ss1收集的地质资料，对数据进行建模参数化处理，以建立研究区的地质结构模型，并进行网格剖分；步骤ss3：在步骤ss2中所建地质结构模型的基础上，确定模型的初始水位条件以及研究区的渗透系数，计算模型的初始地下水渗流场；步骤ss4：在步骤ss3获得的模型初始地下水渗流场结果的基础上，设置水平井和直井的基本参数，构建研究区地下水水平井/直井地浸抽注单元；步骤ss5：在步骤ss4所构建的地浸抽注单元，利用井-储耦合模拟技术，即在水平井筒-储层界面处设置交互系数进行耦合以建立井-储耦合模型，设置水平井投放溶质粒子，并设置溶质的粘度、密度参数，模拟在水平井注/直井抽的水流过程的溶质运移过程；步骤ss6：在步骤ss5得到的溶质粒子运移结果，导出粒子示踪的输出文件，对输出文件进行数据处理，并对溶质粒子的运移路径进行计算，绘制出溶浸范围进行可视化展示。2.根据权利要求1所述的一种水平井注/直井抽地浸采铀流线模拟与可视化方法，其特征在于，所述步骤ss3中，对于稳定地下水流场，地下水流场采用以下公式描述：其中，v
x
、v
y
和v
z
分别为x、y、z方向的平均地下水流速，n为含水介质孔隙度，w为源汇项。3.根据权利要求1所述的一种水平井注/直井抽地浸采铀流线模拟与可视化方法，其特征在于，所述步骤ss5中建立井-储耦合模型，其中，建立井储耦合模型的控制方程为：其中，v为圆管中地下水的平均流速；d为管道直径，g为重力加速度，ν为运动粘滞系数，j为管道的水力坡度，k
a
为圆管壁平均的粗糙度。4.根据权利要求1所述的一种水平井注/直井抽地浸采铀流线模拟与可视化方法，其特征在于，所述步骤ss6中，对溶质粒子运移的模拟结果进行计算，将粒子运移流线离散为多个离散点，将多个离散点位置用直线连接以得到近似的曲线来表示粒子运移轨迹。在一个无限小的矩形单元格，已知粒子在初始时刻t1时所在的位置，通过计算得出粒子在任意t2时刻的位置，进而以获得粒子在每个时间的位置，其计算公式如下：时刻的位置，进而以获得粒子在每个时间的位置，其计算公式如下：时刻的位置，进而以获得粒子在每个时间的位置，其计算公式如下：式中，(x
p
)
t2
，(y
p
)
t2
，(z
p
)
t2
表示粒子p在t2时刻所对应的x，y，z坐标，x1，y1，z1为粒子的
初始位置坐标，a
x
，a
y
，a
z
分别为在x，y，z方向上单位距离的速度增量，(v
xp
)
t1
，(v
yp
)
t1
，(v
zp
)
t1
分别为粒子p在t1时刻三个坐标轴方向的流速，v
x1
，v
y1
，v
z1
分别为单元格三个坐标轴方向的网格面的平均流速，δt＝t2-t1，通过方程(3)，(4)，(5)获得地浸采铀中的任一粒子的单元节点坐标及时间数据，用以表征地浸采铀模型的粒子在模拟时限内的位置关系，将溶质粒子运移模拟计算结果输出为结果文件，对结果文件采用dealunay算法进行数据处理，重新建构地浸采铀模拟的模型的拓扑关系，构建以四面体为单元类型的三维模型以得到地浸采铀模拟的模型单元结构数据，并输出为vtk格式文件。5.根据权利要求4所述的一种水平井注/直井抽地浸采铀流线模拟与可视化方法，其特征在于，对于地浸采铀模拟的模型单元结构数据的vtk文件，基于vtk可视化管线方法，结合地浸采铀流场模拟计算结果，创建地浸采铀流线模拟可视化管线，通过地浸采铀流线模拟可视化管线以达到对地浸采铀流线模拟计算结果可视化的效果。6.一种水平井注/直井抽地浸采铀流线模拟与可视化系统，其特征在于，该系统包括如下模块：模型参数收集模块，用于对研究区的地质结构数据收集，包括岩层的空间分布、岩性、岩层厚度、地下水补径排条件、地下水位动态；地质结构模型构建模块，用于根据收集的地质资料，对数据进行建模参数化处理，以建立研究区的地质结构模型，并进行网格剖分；地下水渗流场模块，用于在所建地质结构模型的基础上，确定模型的初始水位条件以及研究区的渗透系数，计算模型的初始地下水渗流场；抽注单元构建模块，用于在地下水渗流场模块确定模型初始地下水渗流场结果的基础上，设置水平井和直井的基本参数，构建研究区地下水水平井/直井地浸抽注单元；运移模拟模块，用于根据所构建的地浸抽注单元，利用井-储耦合模拟技术，即在水平井筒-储层界面处设置交互系数进行耦合以建立井-储耦合模型，设置水平井投放溶质粒子，并设置溶质的粘度、密度参数，模拟在水平井注/直井抽的水流过程的溶质运移过程；可视化展示模块，用于根据得到的溶质粒子运移结果，导出粒子示踪的输出文件，对输出文件进行数据处理，并对溶质粒子的运移路径进行计算，绘制出溶浸范围进行可视化展示。7.根据权利要求6所述的一种水平井注/直井抽地浸采铀流线模拟与可视化系统，其特征在于，所述地下水渗流场模块中，对于稳定地下水流场，地下水流场采用以下公式描述：其中，v
x
、v
y
和v
z
分别为x、y、z方向的平均地下水流速，n为含水介质孔隙度，w为源汇项。8.根据权利要求6所述的一种水平井注/直井抽地浸采铀流线模拟与可视化系统，其特征在于，所述运移模拟模块中建立井-储耦合模型，其中，建立井储耦合模型的控制方程为：其中，v为圆管中地下水的平均流速；d为管道直径，g为重力加速度，ν为运动粘滞系数，j为管道的水力坡度，k
a
为圆管壁平均的粗糙度。9.根据权利要求6所述的一种水平井注/直井抽地浸采铀流线模拟与可视化系统，其特
征在于，所述可视化展示模块中，对溶质粒子运移的模拟结果进行计算，将粒子运移流线离散为多个离散点，将多个离散点位置用直线连接以得到近似的曲线来表示粒子运移轨迹。在一个无限小的矩形单元格，已知粒子在初始时刻t1时所在的位置，通过计算得出粒子在任意t2时刻的位置，进而以获得粒子在每个时间的位置，其计算公式如下：任意t2时刻的位置，进而以获得粒子在每个时间的位置，其计算公式如下：任意t2时刻的位置，进而以获得粒子在每个时间的位置，其计算公式如下：式中，(x
p
)
t2
，(y
p
)
t2
，(z
p
)
t2
表示粒子p在t2时刻所对应的x，y，z坐标，x1，y1，z1为粒子的初始位置坐标，a
x
，a
y
，a
z
分别为在x，y，z方向上单位距离的速度增量，(v
xp
)
t1
，(v
yp
)
t1
，(v
zp
)
t1
分别为粒子p在t1时刻三个坐标轴方向的流速，v
x1
，v
y1
，v
z1
分别为单元格三个坐标轴方向的网格面的平均流速，δt＝t2-t1，通过方程(3)，(4)，(5)获得地浸采铀中的任一粒子的单元节点坐标及时间数据，用以表征地浸采铀模型的粒子在模拟时限内的位置关系，将溶质粒子运移模拟计算结果输出为结果文件，对结果文件采用dealunay算法进行数据处理，重新建构地浸采铀模拟的模型的拓扑关系，构建以四面体为单元类型的三维模型以得到地浸采铀模拟的模型单元结构数据，并输出为vtk格式文件。10.根据权利要求9所述的一种水平井注/直井抽地浸采铀流线模拟与可视化系统，其特征在于，对于地浸采铀模拟的模型单元结构数据的vtk文件，基于vtk可视化管线方法，结合地浸采铀流场模拟计算结果，创建地浸采铀流线模拟可视化管线，通过地浸采铀流线模拟可视化管线以达到对地浸采铀流线模拟计算结果可视化的效果。

技术总结
本发明公开了一种水平井注/直井抽地浸采铀流线模拟与可视化方法，用于模拟在水平井注/直井抽的条件下铀矿的溶浸范围的规律。该模型考虑的是通过求解地浸采铀抽注过程中地下水的水动力场，进而绘制溶浸液流线，用于判断溶浸范围。水平井注/直井抽地浸采铀流线模拟与可视化的特点是：(1)模拟溶浸水动力过程；(2)流线表征与可视化。本发明所提供的方法包括：考虑在水平井注/直井抽条件下的水流过程模拟，求解抽注过程的地下水动力场，进而对溶浸液流线进行数据处理，以此来模拟刻画溶浸范围的数值模拟。本发明所提供的模拟技术可为矿区的井网布置提供科学合理的理论依据。区的井网布置提供科学合理的理论依据。区的井网布置提供科学合理的理论依据。


技术研发人员：苏学斌 吴吉春 李召坤 杜志明 刘正邦 谢廷婷 杨蕴 祝晓彬 常勇
受保护的技术使用者：南京大学 河海大学
技术研发日：2023.02.28
技术公布日：2023/7/12