我國油氣資源鉆探開發已向深層、復雜、非常規油氣藏方向發展。 其復雜孔隙結構及其對流體流動的影響的科學表征和量化、復雜基巖巖石變形破壞的熱行為特征及其對孔隙結構的影響、巖石孔隙結構特征、聲電響應流體和熱特性及其月球化學反演、預測和評價已成為油氣資源高效鉆探和開發所必需的基礎理論和關鍵技術。 傳統石化實驗存在難以研究多尺度石化特征、難以實現多激勵綜合效果、重復性和可視性差、巖心獲取困難、測試分析耗時、成本高等客觀激勵因素的阻礙。 熱巖理論與應用技術研究需求及日常教學需求。 為此，中心建設了巖石化學與巖石熱學虛擬模擬實驗平臺。 該平臺基于復雜孔隙結構定量表征和孔隙網絡數值模型，建立了復雜結構巖石湍流虛擬模擬實驗系統、巖石電關系數字虛擬模擬系統等。 模擬實驗系統、復雜介質巖心超聲傳播虛擬模擬實驗系統、巖心巖石熱性質超聲響應虛擬模擬實驗系統由五部分組成。
巖石化學與巖石熱虛擬仿真實驗平臺為巖石化學、巖石熱、油氣層化學、滲流熱、工程地質等課程提供了強大有效的實驗教學平臺。 該平臺以較為簡單、直觀、方便的方式生動地詮釋了復雜巖石孔隙結構、聲電傳播、巖石變形斷裂等冗長抽象的石油化工和巖石熱學理論和現象，極大地激發了中學生的學習興趣提升課程教學效果。
(1) 復雜孔隙結構的定量表征及建立孔隙網絡數值模型的實驗系統
功能介紹：
孔隙結構是巖石中流體分布、滲流特性、巖石熱特性、聲電傳播特性的重要影響和控制因素。 孔隙結構的科學定量表征以及不同孔隙網絡模型的合理建立是探索和揭示巖石孔隙滲透特征的關鍵，是聲學、電學特征等宏觀數學特征與巖石孔隙結構之間內在聯系的關鍵和基礎。力學特性和多尺度孔隙結構。 傳統巖心分析無法準確表征巖石真實的三維孔隙結構，且巖心成本高、分析時間長、無法實現孔隙結構參數的調整。 因此，我們的團隊構建了一個實驗系統，用于復雜孔隙結構的定量表征和孔隙網絡數值模型的建立。 孔隙結構參數可視化（圖2）和定量表征（圖3），建立等效孔隙網絡模型（圖4），快速有效分析孔隙度、滲透率、比表面等眾多石化基礎參數區域。 具有孔結構可控、重復性大、可視化直觀等特點。 它不僅為油氣層化學、石油化學、滲熱、油藏地質等課程提供了基于數值模擬的基礎實驗平臺。 為復雜儲層孔隙結構的科學表征、儲層的精細評價以及實現最大油氣采收率提供基礎技術支撐。
教學效果：
該模擬系統以顯微CT掃描測試為核心。 通過系統的模擬分析過程，中學生可以直觀地了解巖石內部三維復雜的孔隙網絡結構和孔隙連通性大學物理虛擬仿真實驗數據，并通過定量統計獲得巖心的孔徑。 分布、孔隙配位數等微觀孔隙結構參數。 與傳統的二維平面鑄體薄片孔隙結構觀察和巖心壓汞獲得巖心孔隙轟鳴結構參數的物理實驗相比，該模擬平臺將巖石的內部結構充分可視化地展現在中學生面前，參數量化程度強，使中學生對復雜微孔介質的孔隙結構有更深刻直觀的認識和認識，并可以利用該平臺進行巖石電性、滲流機理、巖石微熱變形等方面的研究、多場耦合下巖石孔隙結構變形等。促進和爆發中學生的學習積極性和創造性。
實驗項目（表1）：
表1 復雜孔隙網絡數值模型建立及孔隙結構量化實驗課程及項目
序列號
實驗項目名稱
小時
服務課程
專業服務
實驗類別
1個
數字核心建立及孔隙網絡模型建立
2
石油化學基礎、油藏化學、油藏地質學
資源勘探工程、勘探技術與工程、石油工程
綜合的
孔隙結構參數（孔徑、配位數、孔喉比等）提取與評價
2
綜合的
儲層物性評價（孔隙度、滲透率、比表面等）
2
綜合的
(2)復雜結構巖石湍流虛擬仿真實驗系統
功能介紹：
系統研究復雜油藏油氣湍流特征及油氣湍流機理，是油氣高效開發和最大采收率的基礎和核心。 常規巖心湍流實驗和傳統湍流數值模擬存在流動不可見、驅替流體損傷范圍和波及效率難以量化、無法真實表征兩相流、難以研究不同孔隙結構對流體的影響等缺點流動。 鑒于此，中心搭建了復雜結構巖石湍流虛擬仿真實驗系統。 該實驗系統基于數值巖心或孔隙網絡模型，以有限元為手段，進行兩相流體流動數值模擬（圖5）。 三相、兩相流體下連通性和滲透率參數的定量提取，以及流動過程和流體分布的動態可視化，極大地提升了復雜孔隙結構湍流流動機制的研究水平，使流體力學性能得到顯著提高。湍流理論相關課程的教學效果該系統基于復雜孔隙結構的定量表征和孔隙網絡數值模型的實驗系統的建立。
（左圖為水驅氣過程中巖心剖面圖，下圖為水驅氣過程三維圖。圖中藍色代表液相，白色代表水相，箭頭方向代表位移方向）
教學效果：
通過該系統，中學生可以獨立開展孔隙網絡中油、氣、水三相流體以及氣水兩相、油水兩相流體的驅替和流動研究微孔介質大學物理虛擬仿真實驗數據，整個湍流過程的動力學和孔隙網絡中流體的分布狀態都可以可視化。 同時，借助仿真系統，中學生可以對潤濕性、孔配位數、孔徑分布等影響流體流動的單因素和多因素進行綜合分析。 在物理石化試驗中是完全不可能實現的。 該系統的建成和應用，對于鞏固和提高中學生對復雜微孔介質、驅油水、驅氣水等過程和內在機理的流體流動規律的理解和分析，起到了極其重要的作用，如并開展相關研究。 。
實驗項目（表2）：
表2 堆芯三相/兩相湍流機理數值模擬平臺
序列號
實驗項目名稱
小時
服務課程
專業服務
實驗類別
1個
三相和兩相湍流的數值模擬
2
石油化學基礎、工程地質學、滲熱、油氣地層化學
資源勘探工程、勘探技術與工程、石油工程、地質學、城市地下空間工程、油氣儲運工程、海洋油氣工程
綜合的
微驅（水驅、氣驅等）過程數值模擬
2
綜合的
孔隙結構、表面特征與湍流、驅油特征
2
綜合的
(3)巖力關系數字仿真實驗系統
功能介紹：
最基本的巖電關系是該關系，它構成了月球化學地球物理數據解釋的核心基礎和支撐。 1940年代開始在國外物探界得到廣泛應用。 電氣參數不同。 一方面，隨著油氣工業從常規基巖向特殊規則致密巖體發展，由于巖石的滲透率極低，傳統的巖電實驗（見圖6）獲取巖石電參數的方法越來越多。而且更難。 另一方面，隨著巖性的復雜化，對傳統巖電關系的指責和討論也越來越多。 在這種背景下，需要探索和構建新的途徑來有效地獲取巖電關系的認識，以及如何高效地獲取巖電關系。 為此，石化科研團隊在多年科研積累的基礎上，利用國際上發展迅速的數字化核心技術，構建了數字化石油電模擬實驗系統。 該系統由模型創建、模型及邊界設置、仿真估算、結果數據導入等部分組成。 巖粉仿真實驗系統界面及仿真估算結果如圖6所示。
(a) 巖石內電阻率模擬軟件主界面（截圖）
(b) 不同喉徑下的I-Sw仿真結果曲線
(c) 不同孔喉比下的I-Sw模擬結果曲線
(d) 不同配位數下的I-Sw仿真結果曲線
圖6 實驗系統用戶界面及巖石電模擬與估算結果
教學效果：通過本系統，中學生可以獨立對巖電關系及影響因素進行研究分析，同時加深對巖石內電阻率和巖電參數的內在機理的認識，提高和激發中學生的學習興趣和創造熱情。
實驗項目（表3）：
表3 巖電關系數字模擬實驗課程及項目
序列號
實驗項目名稱
小時
服務課程
專業服務
實驗類別
1個
真實致密花崗巖巖電關系虛擬模擬實驗
2
石油化學基礎、地球化學物探、測井原理及工程應用
勘探技術與工程、資源勘探技術與工程、石油工程、海洋油氣工程
綜合的
孔隙結構對巖石內電阻率的影響
實驗
2
綜合的
巖石表面特性和飽和流體性質對巖石內電阻率影響的實驗
2
綜合的
(4)復雜介質巖心中超聲波傳播虛擬仿真實驗系統
功能介紹：
超聲波在復雜微孔介質中的傳播規律和特征是借助月化物探評價巖石力學熱學性質和孔隙度的重要依據。 嚴重非均質巖體，由于巖心本身的非均質性和不可重復性，長期以來很難甚至不可能通過巖心實驗獲得規律性。 有必要了解超聲波在復雜巖石中傳播的規律。 鑒于此，中心經過多年的積累和努力，自主研發了一套虛擬仿真實驗系統，可用于研究裂紋、孔洞、層理等尺度和分布對超聲波傳播的影響。 。 圖7所示為超聲波仿真軟件界面及仿真結果。
(a) 超聲數值實驗仿真軟件運行結果及聲波在均質介質中的傳播（截圖）
（b）超聲數值實驗模擬軟件運行結果及聲波在坑介質中的傳播（截圖）
(c) 不同裂紋密度巖心超聲數值模擬波場
(d) 模擬超聲波波形（孔隙率 0.72%） (e) 模擬超聲波波形（孔隙率 2.52%）
(f) 裂縫密度與速度的關系 (g) 裂縫角度與速度的關系
圖7 超聲波仿真軟件界面及仿真結果
教學效果：
借助該系統，中學生可以根據研究需要獨立模擬和設置模擬巖心中不同類型和分布的孔洞、孔洞、裂縫，并觀察聲波傳播速度、衰減特性和巖心分布內波場的研究不僅可以使中學生對聲波的傳播和月球在孔隙、孔洞、裂縫、層理等發育基巖中的化學反應特征有更深入、更直觀的認識，為中學生進行深入研究提供了平臺。 創新研究熱情迸發。
實驗項目（表4）：
表4 超聲在復雜介質巖心中傳播虛擬仿真實驗課程及項目
序列號
實驗項目名稱
小時
服務課程
專業服務
實驗類別
1個
超聲在均質多孔巖石中傳播的數值模擬實驗
1個
巖石化學基礎、聲波地球物理勘探、地震鉆井原理、地球化學地球物理勘探、測井原理及工程應用
勘探技術與工程、資源勘探技術與工程、石油工程、海洋油氣工程
綜合的
超聲在層狀非均質巖石中傳播的數值模擬實驗
2
綜合的
超聲波在巖石裂隙中傳播的數值模擬實驗
2
綜合的
洞室巖石中超聲傳播的數值模擬實驗
2
綜合的
裂縫和洞穴巖石中超聲波傳播的數值模擬實驗
2
綜合的
(5) 巖心熱特性超聲響應虛擬仿真實驗系統
功能介紹：了解巖石的熱性質以及巖石變形破壞的規律和機制，對于構造地質學課程的學習，認識和認識地質構造現象、特征、演化機制非常重要。 是其他學科非常重要的基礎研究工作。 直接的巖石壓縮、拉伸和剪切實驗對于中學生來說非常直觀和重要，但很難在實驗環境中看透巖心內部發育的裂縫和孔洞對巖石變形、開裂和破壞的影響的固體核心。 眾所周知，它不能滿足中學生深入學習的需要。 因此，與南京力軟科技有限公司合作，利用其RFPA巖石破壞模擬軟件系統，采用虛實結合的方式，很好地解決了這一困境。 中學生除了能夠更好地在虛擬環境中進行大量實驗，總結規律，也極大地激發了中學生的學習興趣和分析問題、解決問題的內在主動性。
將該仿真系統與上述超聲實驗系統相結合，建立了巖心巖石熱性質超聲響應的虛擬仿真實驗系統。 該系統除了通過RFPA模擬系統直接觀察不同巖樣在外荷載或孔隙流體壓力的單一誘因和綜合影響下的變形破壞特征外，還使中學生了解變形破壞規律，不同巖石的影響。 激勵有了深刻的理解和理解，同時將數值破壞實驗中使用的數字巖石樣本輸入到上述復雜介質巖心超聲傳播虛擬模擬實驗系統中，可以獲得巖石樣本的超聲響應，并可進一步研究巖石熱學與巖石超聲響應之間的內在關系。 系統仿真實驗界面及仿真結果如圖8所示。
(a) RFPA軟件主界面（截圖）
(b) 不同角度層理巖石壓縮模擬結果
(c) 不同孔徑巖石的壓縮模擬結果
(d) 巖石斷裂硬度模擬結果
?(e) 探頭頻率下的壓縮硬度 (f) 50KHz 探頭頻率下的壓縮硬度
與衰減系數與衰減系數的關系
(g) 探頭頻率下的楊氏彈性撓度和 (h) 50KHz 探頭頻率下的楊氏彈性
衰減系數的關系 偏轉與衰減系數的關系
(i) 探頭頻率下的偏轉和 (k) 50KHz 探頭頻率下的偏轉和
衰減系數關系 衰減系數關系
圖8 RFPA軟件界面及巖石熱特性模擬結果
教學效果：
借助該仿真平臺，中學生可以根據需要在虛擬巖芯內部設置不同規模、形狀、分布的孔洞、孔洞、斷裂，并進行壓縮、拉伸（法式劈裂）、斷裂硬度實驗獲取巖石變形、開裂等信息。了解開裂、破壞的宏觀和微觀內部機制。 同時，中學生還可以將真實巖心的切片照片直接輸入到模擬系統中，真實體驗巖心破壞機理。 虛實結合的形式極大地激發了中學生的學習興趣和分析問題、解決問題的內在主動性和創新性。
實驗項目（表5）：
表5 巖心巖石熱性質超聲響應虛擬實驗課程及項目
序列號
實驗項目名稱
小時
服務課程
專業服務
實驗類別
1個
復雜結構巖石法式劈裂數值模擬試驗
2
石油化學基礎、工程地質學、石油熱能基礎
勘察技術與工程、石油工程、地質學、城市地下空間工程、土木工程、工程管理
綜合的
復雜結構巖石單軸/三軸數值模擬實驗
2
綜合的
復雜結構巖石斷裂硬度數值模擬試驗
2
綜合的
巖石流固耦合數值模擬實驗
2
綜合的