本发明涉及水合物沉积物分析，具体为一种基于离散元的含天然气水合物沉积物模拟方法和系统。
背景技术：
1、天然气水合物沉积物在天然气资源的勘探与开发以及全球气候变化的评估中均十分重要，其力学响应深受水合物饱和度及赋存方式的影响。离散元方法dem作为一种重要的分析手段，可以揭示这类沉积物在微观尺度上的力学特性及其宏观表现。然而，当前利用dem进行的研究在精确调控水合物的赋存形态与饱和度方面仍面临挑战，同时，模型中微观参数的物理含义尚待进一步明晰。
2、尽管dem为理解和预测天然气水合物沉积物的行为提供了有力支持，但在实际操作中，如何准确设定并控制沉积物中水合物的分布模式与含量，以及如何明确模型中各微观参数的实际物理意义，仍是当前研究需要克服的关键难题。上述问题的解决有助于更深入地认识天然气水合物沉积物的力学行为，以及为天然气开采和气候变化研究提供更加精确的预测和指导作用。
技术实现思路
1、针对现有方法的缺陷以及实际应用的不足，为了深入探究水合物沉积物的力学特性，模拟砂砾颗粒形态的水合物沉积物，本发明基于砂土颗粒模型调控水合物与砂土颗粒之间的相对位置，对水合物赋存模式和饱和度进行控制，不仅能从宏观角度观察水合物沉积物的变形和破坏过程，还能够深入揭示其变形和破坏的内在机理。第一方面，本发明提供了一种基于离散元的含天然气水合物沉积物模拟方法，其方法包括如下步骤：设置特定尺寸的圆柱形空间模型，将砂砾放置于所述圆柱形空间模型中，以获得砂粒初始布置结果；引入网格法，根据所述网格法和所述砂粒初始布置结果得到粒子中心之间的距离和水合物样品；构建水合物赋存模式，依据所述水合物赋存模式对所述粒子中心之间的距离进行调整，以获得水合物目标饱和度；结合所述水合物目标饱和度、所述水合物样品和纯砂样品生成水合物沉积物样品。本发明按照特定步骤设置特定尺寸的圆柱形空间模型并生成水合物沉积物样品，充分考虑到颗粒形态水合物沉积物的力学特性，从而揭示水合物沉积物的宏细观变形情况和破坏机理。
2、可选地，所述设置特定尺寸的圆柱形空间模型，将砂砾放置于所述圆柱形空间模型中，以获得砂粒初始布置结果包括：引入等向压缩应力方法；基于预定孔隙率和等向压缩应力方法设置特定尺寸的圆柱形空间模型。本发明引入等向压缩应力方法并基于预定孔隙率设置了特定尺寸的圆柱形空间模型，以获得砂粒初始布置结果，不仅可以提高实验结果的精确性和可靠性，还推动了沉积物力学研究的深入发展，具有重要的实际应用价值。
3、可选地，所述根据所述网格法和所述砂粒初始布置结果得到粒子中心之间的距离和水合物样品包括：基于所述网格法和所述砂粒初始布置结果得到水合物模板；对所述水合物模板进行检测得到水合物样品中粒子中心之间的距离；根据所述粒子中心之间的距离对水合物模板进行优化，并得到水合物样品。本发明基于检测水合物模板中粒子中心之间的距离，可以精确获取砂粒之间的相对位置信息，有助于更准确地模拟沉积物内部的应力分布和变形行为。
4、可选地，所述构建水合物赋存模式包括：设置孔隙填充型模式、接触胶结型模式、粒子包覆型模式和骨架承压型模式；结合所述孔隙填充型模式、所述接触胶结型模式、所述粒子包覆型模式和所述骨架承压型模式构建水合物赋存模式。水合物在沉积物中的赋存状态是多种多样的，本发明设置不同的赋存模式，可以更准确地描述水合物在沉积物中的具体形态和分布，可以更深入地理解水合物的形成机制和分布规律。
5、可选地，所述依据所述水合物赋存模式对所述粒子中心之间的距离进行调整，以获得水合物目标饱和度包括：根据所述水合物赋存模式分析不同赋存模式的砂粒距离阈值；依据所述砂粒距离阈值对所述粒子中心之间的距离进行调整，以实现水合物目标饱和度的控制。本发明分析不同赋存模式的砂粒距离阈值，进一步了解在不同赋存模式下，粒子中心距离与水合物饱和度之间的关系。
6、可选地，所述水合物目标饱和度，满足如下关系：
7、
8、其中，为水合物的饱和度，为水合物总体积，为样品的孔隙总体积。本发明的关系式明确给出了水合物饱和度的定义，即水合物总体积占样品孔隙总体积的比例，有助于后续对水合物饱和度的统一理解和计算。
9、可选地，所述样品的孔隙总体积，满足如下关系：
10、
11、其中，为样品的孔隙总体积，为纯砂样品的总孔隙体积，为从样品体积中减去砂粒的总体积。本发明通过纯砂样品的总孔隙体积和砂粒的总体积计算孔隙总体积，可以减少因直接测量复杂样品孔隙体积而带来的误差，进而提高孔隙体积分析结果的精确度。
12、可选地，所述结合所述水合物目标饱和度、所述水合物样品和纯砂样品生成水合物沉积物样品包括：结合所述水合物目标饱和度和所述水合物样品得到水合物目标粒子坐标。本发明精确控制水合物粒子的分布和数量，可以更加深入地分析水合物在沉积物中的分布情况。
13、可选地，所述结合所述水合物目标饱和度、所述水合物样品和纯砂样品生成水合物沉积物样品包括：引入dem建模技术；基于所述dem建模技术对水合物目标粒子坐标和所述纯砂样品进行整合，以制备水合物沉积物样品。本发明的dem建模技术能够精确模拟水合物粒子在纯砂样品中的分布和排列情况，进而确保水合物目标粒子坐标的准确性，有利于精确控制水合物粒子的数量、大小和分布，以满足特定的水合物目标饱和度要求。
14、第二方面，本发明还提供了一种基于离散元的含天然气水合物沉积物模拟系统，能够高效地执行本发明所提供的基于离散元的含天然气水合物沉积物模拟方法，所述系统包括输入设备、处理器、输出设备和存储器，其中，所述输入设备、处理器、输出设备和存储器相互连接，所述存储器包括如本发明第一方面所述的基于离散元的含天然气水合物沉积物模拟方法，所述存储器用于存储计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，所述处理器被配置用于调用所述程序指令。本发明提供的系统结构紧凑，适用性强，极大程度地提高了运行效率。
1.一种基于离散元的含天然气水合物沉积物模拟方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于离散元的含天然气水合物沉积物模拟方法，其特征在于，所述根据所述网格法和所述砂粒初始布置结果得到粒子中心之间的距离和水合物样品包括：
3.根据权利要求1所述的基于离散元的含天然气水合物沉积物模拟方法，其特征在于，所述构建水合物赋存模式包括：
4.根据权利要求3所述的基于离散元的含天然气水合物沉积物模拟方法，其特征在于，所述依据所述水合物赋存模式对所述粒子中心之间的距离进行调整，以获得水合物目标饱和度包括：
5.根据权利要求4所述的基于离散元的含天然气水合物沉积物模拟方法，其特征在于，所述水合物目标饱和度，满足如下关系：
6.根据权利要求5所述的基于离散元的含天然气水合物沉积物模拟方法，其特征在于，所述样品的孔隙总体积，满足如下关系：
7.根据权利要求1所述的基于离散元的含天然气水合物沉积物模拟方法，其特征在于，所述结合所述水合物目标饱和度、所述水合物样品和纯砂样品生成水合物沉积物样品包括：
8.一种基于离散元的含天然气水合物沉积物模拟系统，其特征在于，系统包括处理器、输入设备、输出设备和存储器，所述处理器、输入设备、输出设备和存储器相互连接，其中，所述存储器用于存储计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，所述处理器被配置用于调用所述程序指令，执行如权利要求1-7任一项所述的基于离散元的含天然气水合物沉积物模拟方法。
