【某区块煤储层吸附解吸空间表征分析案例6400字】

某区块煤储层吸附解吸空间表征分析案例目录TOC\o"1-3"\h\u4877某区块煤储层吸附解吸空间表征分析案例 175481.1高压压汞法对渗流孔分析 2324231.1.1实验原理 2214841.1.2孔隙结构特征 2151641.1.3孔隙结构分类 370711.2低温液氮吸附法对吸附孔分析 552331.2.1实验仪器及原理 513451.2.2孔隙结构分类 5259651.2.3样品分形特征 981301.3煤储层X-CT三维重构 11184711.3.1实验原理 12207311.3.2图像处理与三维重构方法 13225021.3.3孔裂隙结构及其三维分布特征 14煤储层是一种非均质的多孔隙介质基质，孔隙的大小与形态及其结构特点都会直接影响到煤的许多物理化学性质以及煤在吸附、解吸和渗流等方面的特性ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>Rodrigues</Author><Year>2002</Year><RecNum>553</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[41]</style></DisplayText><record><rec-number>553</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="90ax0pf5fw2fxlewxs9p0dsd09sravx9vfff"timestamp="1617897632">553</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author>Rodrigues,C.F.</author><author>LemosdeSousa,M.J.</author></authors></contributors><titles><title>Themeasurementofcoalporositywithdifferentgases</title><secondary-title>InternationalJournalofCoalGeology</secondary-title></titles><periodical><full-title>InternationalJournalofCoalGeology</full-title></periodical><pages>245-251</pages><volume>Vol.48</volume><number>No.3-4</number><keywords><keyword>Coalporosity</keyword><keyword>Gascompressibilityfactor</keyword><keyword>Voidvolume</keyword></keywords><dates><year>2002</year></dates><isbn>0166-5162;0100-0611</isbn><urls></urls><electronic-resource-num>10.1016/s0166-5162(01)00061-1</electronic-resource-num></record></Cite></EndNote>[41]。煤层孔隙特征主要包括孔隙度、孔隙类型、结构、孔径大小和孔隙数量等，是衡量煤层气储运性能的重要参数之一，其基本参数包括孔隙大小、形态、孔径结构、孔隙体积、孔隙比表面及孔隙连通性等。其中，煤的孔径结构分布是研究煤层气的赋存状态、气体和水介质与煤基质之间的相互作用以及煤层气的解析、扩散和渗流的基础。煤孔隙的类型的分类和成因分析是煤孔隙结构研究的关键点，国内外许多学者按照成因对煤孔隙进行了分类，其中最完善的应该属于张慧的分类方法ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>张慧</Author><Year>2001</Year><RecNum>542</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[42]</style></DisplayText><record><rec-number>542</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="90ax0pf5fw2fxlewxs9p0dsd09sravx9vfff"timestamp="1617895921">542</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author>张慧</author></authors></contributors><auth-address>煤炭科学研究总院西安分院!陕西西安710054</auth-address><titles><title>煤孔隙的成因类型及其研究</title><secondary-title>煤炭学报</secondary-title></titles><periodical><full-title>煤炭学报</full-title></periodical><pages>40-44</pages><number>01</number><keywords><keyword>煤</keyword><keyword>煤储层</keyword><keyword>孔隙</keyword><keyword>成因类型</keyword><keyword>渗透率</keyword></keywords><dates><year>2001</year></dates><isbn>0253-9993</isbn><call-num>11-2190/TD</call-num><urls></urls><remote-database-provider>Cnki</remote-database-provider></record></Cite></EndNote>[42]（表5-1）。为了探明保德地区煤的煤储层特征，对所采样品分别开展了高压压汞实验、X-CT实验以及低温液氮吸附实验，对样品的孔隙特征、孔裂隙形态以及矿物充填状况有了一定的了解。1.1高压压汞法对渗流孔分析1.1.1实验原理煤中的孔隙由有效孔隙和孤立孔隙两部分构成，前者是气体和液态物质可以直接进入的孔隙，后者则指的是完全封闭的“死孔”ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>傅雪海</Author><Year>2003</Year><RecNum>573</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[43]</style></DisplayText><record><rec-number>573</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="90ax0pf5fw2fxlewxs9p0dsd09sravx9vfff"timestamp="1617897995">573</key></foreign-keys><ref-typename="Book">6</ref-type><contributors><authors><author>傅雪海</author><author>秦勇</author></authors></contributors><titles><title>多相介质煤层气储层渗透率预测理论与方法</title></titles><dates><year>2003</year></dates><publisher>多相介质煤层气储层渗透率预测理论与方法</publisher><urls></urls></record></Cite></EndNote>[43]。直径大于7.2nm以上的孔隙可以利用高压压汞法测量，这是研究煤储层孔隙类型、孔隙分布和数量的有效手段，已被广泛应用于煤层气研究之中ADDINEN.CITEADDINEN.CITE.DATA[44-47]。高压压汞法测量孔隙结构的基本原理是：根据拉普拉斯公式，接触角θ大于90°的汞在没有压力的条件下无法进入微孔之中，而汞的表面张力造成的阻力可以通过外力克服。因此，根据拉普拉斯公式，给汞不断施压，将汞注入孔隙，就可以通过建立一个填充特定孔隙所需的压力和孔隙大小之间的相互关系，测量进入不同的孔径内的汞含量，从而可以计算出不同的孔径对应的各孔隙的孔体积等参数ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>卫明明</Author><Year>2011</Year><RecNum>528</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[14]</style></DisplayText><record><rec-number>528</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="90ax0pf5fw2fxlewxs9p0dsd09sravx9vfff"timestamp="1617895921">528</key></foreign-keys><ref-typename="Thesis">32</ref-type><contributors><authors><author>卫明明</author></authors><tertiary-authors><author>薛传东,</author><author>琚宜文,</author></tertiary-authors></contributors><titles><title>沁水盆地南部高煤级煤构造变形及其对煤层气富集区渗透率的制约</title></titles><keywords><keyword>高煤级煤</keyword><keyword>构造变形</keyword><keyword>煤层气富集区</keyword><keyword>渗透率</keyword><keyword>沁水盆地南部地区</keyword></keywords><dates><year>2011</year></dates><publisher>昆明理工大学</publisher><work-type>硕士</work-type><urls></urls><remote-database-provider>Cnki</remote-database-provider></record></Cite></EndNote>[14]。向样品中注入汞时，注入汞的压力越大，汞能进入的孔隙也就变的越小。孔隙有效半径得计算公式表示为:r=-2γcosθ/p（4-1）式（5-1）中，r为孔隙半径，nm；γ为汞的表面张力，常取480x10-5N/cm3；θ为汞与实验煤样之间的接触角，取140°；p为汞的压入压力。本次研究选取保德区块4+5#煤和8+9#煤的6个煤岩样品，制成标准的柱状样品。实验仪器采用Micromeritics9520高压压汞仪，在完成低压测试后，再进行高压测试。1.1.2孔隙结构特征（1）压汞实验基本数据表4-2高压压汞数据表样品编号孔隙度孔容孔隙分布/%退汞效率/%/%/cm3/g＜10nm10-102nm102-103nm＞103nmBD-15.06910.0561.0826.42.467.0487BD-25.38850.0261.1522.193.9912.6781BD-35.41640.0462.2426.583.357.8391BD-56.88570.0751.8935.381.655.0876BD-66.09370.0747.9132.879.619.672BD-95.29270.0449.3829.896.5411.1973平均值5.58870.04856.4628.535.129.980上表是所测得的高压压汞数据表，孔隙度为5.0691%-6.8857%，平均为5.5887%，表明保德区块煤储层比较致密，孔隙度普遍较低。同时做出了6个样品的孔隙分布图（图4-1），通过观察可以得到，保德地区所有样品的孔隙基本都是以微孔为主，小孔次之，中孔以及大孔含量相对较低，微孔、小孔、中孔和大孔的平均值分别为56.59%，28.83%，5.1%，9.47%。退汞效率为72%~91%，平均为80%，通过对比样品的孔隙分布情况，可以发现发育微小孔隙较多的BD-1，BD-2和BD-3号样品的退汞效率较高，表明其孔隙系统的渗透性相对其他样品较好。图4-1煤样各级别孔隙含量1.1.3孔隙结构分类将实验数据进行整理之后，做出了6个样品的进汞曲线图和退汞曲线图（图4-2），从样品进汞曲线和退汞曲线的闭合程度来看，大多数样品在较高的压力下并没有滞后环或者是滞后环比较小，在较低的压力下滞后环是有所增大的，这说明这些煤样中，一端封闭的不透气性II类孔占有了大部分的小孔径孔，而开放型孔随着孔径的增大而逐渐增加，产生了滞后环，通过观察，大致可以分为以下三类：Ⅰ类：BD-1和BD-3，呈现三段式结构，在压力低于10MPa时，进汞速率较为缓慢；P>10MPa后，进汞量迅速地增加，进汞曲线与退汞曲线相对接近，这就说明该类样品中的微小孔比中大孔发育更好，孔隙之间的连通性也更好。Ⅱ类：BD-5和BD-6，以BD-5为例，曲线呈二段式，在压力低于10MPa时，进汞速度缓慢，在P>10MPa之后，进汞量迅速增加。具备该类曲线的孔隙结构以微小孔为主，进汞曲线和退汞曲线分离，连通性较差。Ⅲ类：BD-2,BD-9呈三段式结构，在压力2MPa以下为一段斜率较大的斜线段；在压力2-10MPa之间，进汞速率逐渐放缓；随后在10-100MPa之间，进汞速度加快。说明具备该类曲线的孔隙结构相对于前两种曲线类型而言，中、大孔较为发育。图4-2样品进汞、退汞曲线1.2低温液氮吸附法对吸附孔分析1.2.1实验仪器及原理本次测试实验中用于低温液氮吸附测试的设备是ASAP2000比表面及孔径分布测定仪（GB/T5816-86）。将煤样粉碎并过筛，取5g~10g样品粒径为60~40目（颗粒直径为0.28~0.45mm）的样品，在液氮吸附实验前于105℃条件下烘干8小时。低温液氮吸附法测量孔隙结构的原理是：根据BET多层吸附理论，在煤岩表面存在分子剩余的自由场，部分气体分子与固体表面接触后背吸附。当气体分子的热运动足以克服吸附剂表面自由场的位能时，就会发生脱附，而当吸附与脱附速率相等时，就达到了吸附平衡。当温度恒定时，吸附量是相对压力P/P0（平衡后系统压力/氮气的饱和蒸汽压）的函数，吸附量可根据玻义耳—马略特定律计算。吸附等温线可以通过测得不同相对压力下的吸附量来确定。由吸附的等温线可以求出相应的比表面积和孔径分布ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>李恒乐</Author><Year>2015</Year><RecNum>636</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[48]</style></DisplayText><record><rec-number>636</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="90ax0pf5fw2fxlewxs9p0dsd09sravx9vfff"timestamp="1620025143">636</key></foreign-keys><ref-typename="Thesis">32</ref-type><contributors><authors><author>李恒乐</author></authors><tertiary-authors><author>秦勇,</author></tertiary-authors></contributors><titles><title>煤岩电脉冲应力波致裂增渗行为与机理</title></titles><keywords><keyword>电脉冲应力波</keyword><keyword>致裂</keyword><keyword>增渗</keyword><keyword>煤储层</keyword><keyword>孔裂隙结构</keyword></keywords><dates><year>2015</year></dates><publisher>中国矿业大学</publisher><work-type>博士</work-type><urls></urls><remote-database-provider>Cnki</remote-database-provider></record></Cite></EndNote>[48]。1.2.2孔隙结构分类本研究总共选取了6个煤岩样品进行低温液氮吸附测试。在实际实验中所检测到的孔径范围一般在3-350nm。这样的孔径范围可以包括一些中孔，所有小孔和一些微孔。因此，虽然利用这样的测试数据计算出的中孔，小孔和微孔的相对含量并不能完全客观准确地反映样品中孔隙的形态，但仍然可以为研究保德区块低煤阶煤储层孔隙系统中孔，小孔和微孔的发育程度提供重要的参考。表4-3低温液氮吸附数据表样品编号深度/mBET比表面（m2/g）BJH总孔体积（ml/g）平均孔直径（nm）孔隙分布/%＜2nm2-50nm＞50nmBD-1501.41.040.011911.500.572.127.4BD-25016612.510.4875.221.1BD-3541.541.810.008017.170.459.839.8BD-5546.842.930.015619.860.657.142.3BD-61062.51.760.007417.73058.141.9BD-91069.31.410.006318.330.556.343.2低温液氮吸附实验得到样品的BET比表面积和BJH总孔体积分别为:1.41~5.14m2/g，0.0063～0.0166mL/g（表4-3），孔隙分布以介孔为主，大孔次之，微孔所占比例较少。同时，为了判别所采样品的孔隙类型，做出了样品的吸附、脱附曲线图（图4-3）。图4-3样品吸附、脱附曲线图目前，在国内已有不少研究人员采用低温液氮吸附的方式，以吸附、脱附曲线特征为基础，利用这些回线的类别对煤岩样品的孔隙形态进行了分类ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>Khalili</Author><Year>2000</Year><RecNum>514</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[49,50]</style></DisplayText><record><rec-number>514</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="90ax0pf5fw2fxlewxs9p0dsd09sravx9vfff"timestamp="1617894535">514</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author>Khalili,NasrinR.</author><author>Pan,Minzi</author><author>Sandı́,Giselle</author></authors></contributors><titles><title>Determinationoffractaldimensionsofsolidcarbonsfromgasandliquidphaseadsorptionisotherms</title><secondary-title>Carbon</secondary-title></titles><periodical><full-title>Carbon</full-title></periodical><pages>573-588</pages><volume>38</volume><number>4</number><keywords><keyword>A.Activatedcarbon</keyword><keyword>Amorphouscarbon</keyword><keyword>C.Adsorption</keyword><keyword>D.Surfaceproperties</keyword><keyword>Microporosity</keyword></keywords><dates><year>2000</year><pub-dates><date>2000/01/01/</date></pub-dates></dates><isbn>0008-6223</isbn><urls><related-urls><url>/science/article/pii/S0008622399001438</url></related-urls></urls><electronic-resource-num>/10.1016/S0008-6223(99)00143-8</electronic-resource-num></record></Cite><Cite><Author>赵振国编著</Author><Year>2005</Year><RecNum>586</RecNum><record><rec-number>586</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="90ax0pf5fw2fxlewxs9p0dsd09sravx9vfff"timestamp="1617958020">586</key></foreign-keys><ref-typename="Book">6</ref-type><contributors><authors><author>赵振国编著</author></authors></contributors><titles><title>吸附作用应用原理</title></titles><pages>604</pages><keywords><keyword>吸附(学科:；理论)；吸附</keyword></keywords><dates><year>2005</year></dates><isbn>7-5025-7368-2</isbn><urls></urls></record></Cite></EndNote>[49,50]，在该技术领域中，目前应用较多的分类方法主要有三类：L1类以一端密实封闭不透气的孔隙作为代表，这类孔隙不产生吸附回线或者回线较弱；L2类的微孔主要指的是一端封闭，而其中的大孔则有封闭与开放两种类型同时出现；L3类则是一种特殊类型的墨水瓶状孔，它们最明显的标志是在解吸曲线上存在一个突然降低的拐点ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>陈萍，唐修义</Author><Year>2001</Year><RecNum>587</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[51]</style></DisplayText><record><rec-number>587</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="90ax0pf5fw2fxlewxs9p0dsd09sravx9vfff"timestamp="1617958129">587</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author>陈萍，唐修义</author></authors></contributors><titles><title>低温氮吸附法与煤中微孔隙特征的研究</title><secondary-title>煤炭学报</secondary-title></titles><periodical><full-title>煤炭学报</full-title></periodical><pages>552-556</pages><volume>第26卷</volume><number>第5期</number><keywords><keyword>煤中微孔隙；吸附等温线；吸附回线</keyword></keywords><dates><year>2001</year></dates><isbn>0253-9993</isbn><urls></urls></record></Cite></EndNote>[51]。除了样品的吸附、脱附曲线，还做出各样品比表面积、孔体积与平均孔径的关系，结合实验获得的12个图像，可以大致将实验样品分为三类（图4-4）：L1类曲线的典型代表是BD-5号样品，它实际上是没有回线或回线甚小，曲线上没有明显的拐点，吸附和脱附曲线近似平行，吸附回线非常小，出现在相对压力0.45到1.0之间；在相对压力0.8之前，吸附—脱附曲线较为平稳，变化幅度不大，当相对压力达到0.8时，吸附曲线和脱附曲线都呈现出明显的上升趋势，当相对压力接近1时，二者均急剧上升。这充分说明BD-5号样品是以一端封闭的不透气孔隙为主的煤样。孔径1-100nm的孔隙在样品中均有分布，孔径小于10nm的微孔发育相对较少，在大约40nm时存在峰值，说明总孔隙体积中孔径为40nm的孔隙占比最多。比表面积贡献主要集中在孔径为1-10nm的微孔上，其中孔径为1-3nm的孔隙贡献较大。L2类样品为BD-3，BD-6和BD-9，从吸附曲线和脱附曲线中可以看出，这种类型的曲线上的拐点同样不明显，但是吸附脱附曲线之间开口相对较大，说明该类型的样品中，两端开口圆筒型孔和四边开放的平行板孔数量较多。孔径1-100nm的孔隙在样品中均有分布，孔径大于10nm的微孔发育较多，在50nm左右存在峰值，说明总孔隙体积中孔径为50nm的孔隙占比最多。比表面积贡献主要集中在10-100nm的孔隙上，其中孔径为30-100nm的孔隙贡献较大。L3类样品是BD-1和BD-2，从吸附脱附曲线图上看，此类型样品的图像拐点较为明显，说明其中存在特殊的墨水瓶状孔。孔径1-100nm的孔隙在样品中均有分布，孔径小于10nm的微孔发育较少，图像在孔径为50nm左右存在峰值，说明总孔隙体积中孔径为50nm的孔隙占比最多。比表面积贡献集中在1-10nm的微孔上，其中孔径为3-10nm的孔隙贡献较大。图4-4孔径与比表面积、孔体积关系图 图4-5可见，在孔径为2-100nm范围内，保德地区煤样的比表面积与孔体积存在较为明显的正相关关系，其中，尤以2-10nm孔隙体积与比表面积的相关关系最为明显，拟合程度R2高达0.9966，这表明2-10nm孔径的孔隙发育程度很大程度上决定煤岩内的比表面积大小，从而决定了煤岩对甲烷的吸附能力的强弱。图4-5孔体积与比表面积之间的关系1.2.3样品分形特征基于低温液氮吸附数据，分形BET模型(Brunauer－Emmett－TellerModel)、分形FHH模型(Frenkel－Halsey－HillModel)和热力学模型已经被广泛应用于计算煤的微孔分形维数。基于低温液氮吸附测量数据可以精确计算出煤的微孔分形维数，最常用的方法是FHH模型，计算结果见表4-4。该算法是基于方程:ln(V/V0)=C+Aln(lnP/P0)（4-2）Neimark、Pfeifer等和Jaroniec等人认为FHH理论适用于Cryptopores(1至数10nm)中的吸附和脱附过程ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>阳富强</Author><Year>2017</Year><RecNum>637</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[52]</style></DisplayText><record><rec-number>637</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="90ax0pf5fw2fxlewxs9p0dsd09sravx9vfff"timestamp="1620026653">637</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author>阳富强</author><author>黄贤煜</author></authors></contributors><auth-address>福州大学环境与资源学院;</auth-address><titles><title>基于低温氮实验的硫化矿石吸附性能及其孔隙结构特征</title><secondary-title>中南大学学报(自然科学版)</secondary-title></titles><periodical><full-title>中南大学学报(自然科学版)</full-title></periodical><pages>2180-2186</pages><volume>48</volume><number>08</number><keywords><keyword>硫化矿石</keyword><keyword>粒径</keyword><keyword>低温液氮吸附</keyword><keyword>孔隙</keyword><keyword>分形维数</keyword><keyword>吸附能力</keyword><keyword>氧化自燃</keyword></keywords><dates><year>2017</year></dates><isbn>1672-7207</isbn><call-num>43-1426/N</call-num><urls></urls><remote-database-provider>Cnki</remote-database-provider></record></Cite></EndNote>[52]。在这个阶段，吸附的主要机理为毛细凝结作用，所以这里采用D=3－AADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>郭品坤</Author><Year>2013</Year><RecNum>549</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[53]</style></DisplayText><record><rec-number>549</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="90ax0pf5fw2fxlewxs9p0dsd09sravx9vfff"timestamp="1617896062">549</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author>郭品坤</author><author>程远平</author><author>卢守青</author><author>张然</author></authors></contributors><auth-address>中国矿业大学煤矿瓦斯治理国家工程研究中心;中国矿业大学安全工程学院;</auth-address><titles><title>基于分形维数的原生煤与构造煤孔隙结构特征分析</title><secondary-title>中国煤炭</secondary-title></titles><periodical><full-title>中国煤炭</full-title></periodical><pages>73-77</pages><volume>39</volume><number>06</number><keywords><keyword>原生煤</keyword><keyword>构造煤</keyword><keyword>孔隙结构</keyword><keyword>分形维数</keyword><keyword>突破压力</keyword><keyword>突变点</keyword></keywords><dates><year>2013</year></dates><isbn>1006-530X</isbn><call-num>11-3621/TD</call-num><urls></urls><remote-database-provider>Cnki</remote-database-provider></record></Cite></EndNote>[53]。分形维数D应该满足2≤D≤3，分形维数越大，表面就越不光滑。分形维数等于2代表一个非常平滑的孔隙表面，而分形维数3则代表一个非常粗糙的孔隙表面ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>汪雷</Author><Year>2014</Year><RecNum>548</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[54]</style></DisplayText><record><rec-number>548</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="90ax0pf5fw2fxlewxs9p0dsd09sravx9vfff"timestamp="1617896062">548</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author>汪雷</author><author>汤达祯</author><author>许浩</author><author>喻廷旭</author><author>唐淑玲</author></authors></contributors><auth-address>中国地质大学(北京)能源学院;</auth-address><titles><title>基于液氮吸附实验探讨煤变质作用对煤微孔的影响</title><secondary-title>煤炭科学技术</secondary-title></titles><periodical><full-title>煤炭科学技术</full-title></periodical><pages>256-260</pages><volume>42</volume><number>S1</number><keywords><keyword>低温液氮吸附</keyword><keyword>变质作用</keyword><keyword>孔隙类型</keyword><keyword>微孔体积</keyword><keyword>比表面积</keyword></keywords><dates><year>2014</year></dates><isbn>0253-2336</isbn><call-num>11-2402/TD</call-num><urls></urls><remote-database-provider>Cnki</remote-database-provider></record></Cite></EndNote>[54]。图4-6吸附量与压力双对数曲线通过做出液氮吸附量与压力双对数曲线图（图5-6），计算出了6个样品的分形特征，如表4-4所示，样品在相对压力为0~0.5之间的分形维数为D1，在相对压力为0.5~1之间的分形维数为D2。表4-4分形特征计算结果编号相对压力（P/P0）:0~0.5相对压力（P/P0）:0.5~1A1D1=3+A1R12A2D2=3+A2R22BD-1-0.49132.50870.9889-0.33752.66250.9659BD-2-0.50452.49550.9904-0.35722.64280.965BD-3-0.53032.46970.9727-0.43432.56570.9831BD-4-0.64972.35030.9372-0.49572.50430.994BD-5-0.48382.51620.9698-0.44052.55950.9952BD-6-0.52842.47160.9595-0.4572.5430.9961图4-7分形维数与比表面积关系图4-8分形维数与平均孔径关系分形维数D1与D2跟煤的比表面积呈现正相关关系，但是与分形维数D1的拟合程度相对较高，说明分形维数D1主要与煤的比表面积有关，分形维数D1直接反映了煤的微孔表面的粗糙程度，其值越大，则孔隙表面越粗糙，煤样对气体的吸附能力就越强。D2与煤的平均孔径则呈现明显的负相关关系，说明其主要与煤的孔径结构有关，分形维数D2反映了煤孔隙结构的复杂程度，D2越大，孔隙结构越复杂，毛管浓缩效应就越强，从而使得煤对甲烷的吸附能力变弱ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>李玲</Author><Year>2015</Year><RecNum>619</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[55]</style></DisplayText><record><rec-number>619</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="90ax0pf5fw2fxlewxs9p0dsd09sravx9vfff"timestamp="1618202006">619</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author>李玲</author><author>汤达祯</author><author>许浩</author><author>孟艳军</author><author>房媛</author><author>唐淑玲</author></authors></contributors><titles><title>中煤阶煤岩控制下的煤储层孔裂隙结构特征--以柳林矿区为例</title><secondary-title>中国科技论文</secondary-title></titles><periodical><full-title>中国科技论文</full-title></periodical><pages>1058-1065</pages><number>9</number><dates><year>2015</year></dates><urls></urls></record></Cite></EndNote>[55]。1.3煤储层X-CT三维重构在特定的实验条件，CT数是对煤样中各物质的密度的一种反映。较大的密度，该组分的CT数就较大ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>Geet</Author><Year>2001</Year><RecNum>574</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[56]</style></DisplayText><record><rec-number>574</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="90ax0pf5fw2fxlewxs9p0dsd09sravx9vfff"timestamp="1617897995">574</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author>Geet,MVan</author><author>RSwennen</author></authors></contributors><titles><title>Quantitative3D‐fractureanalysisbymeansofmicrofocusX‐RayComputerTomography(CT):Anexamplefromcoal</title><secondary-title>GeophysicalResearchLetters</secondary-title></titles><periodical><full-title>GeophysicalResearchLetters</full-title></periodical><dates><year>2001</year></dates><urls></urls></record></Cite></EndNote>[56]。Housefield建立了计算不同组分的CT数的规则，参照这个法则，研究人员对不同样品进行测试并得到了CT数ADDINEN.CITEADDINEN.CITE.DATA[57,58]。煤样品中存在三种主要物质：除了有机煤岩、矿物，还包括孔隙裂隙。这些组分的密度大小并不一致，矿物的密度最大，相反，孔隙、裂隙的密度较小。样品的CT数不仅受到实验条件控制，还与煤的变质程度、矿物成分、矿物种类等因素直接相关ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>曹绪龙</Author><Year>2003</Year><RecNum>539</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[59]</style></DisplayText><record><rec-number>539</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="90ax0pf5fw2fxlewxs9p0dsd09sravx9vfff"timestamp="1617895921">539</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author>曹绪龙</author><author>李玉彬</author><author>孙焕泉</author><author>付静</author><author>盛强</author></authors></contributors><auth-address>中国科学院兰州化学物理研究所,胜利油田有限公司地质科学研究院,胜利油田有限公司地质科学研究院,石油大学(华东),胜利油田有限公司地质科学研究院甘肃兰州730000,山东东营257015,山东东营257015,山东东营257062,山东东营257015</auth-address><titles><title>利用体积CT法研究聚合物驱中流体饱和度分布</title><secondary-title>石油学报</secondary-title></titles><periodical><full-title>石油学报</full-title></periodical><pages>65-68</pages><number>02</number><keywords><keyword>体积CT技术</keyword><keyword>聚合物驱</keyword><keyword>岩心</keyword><keyword>含水饱和度</keyword><keyword>含油饱和度</keyword><keyword>试验研究</keyword></keywords><dates><year>2003</year></dates><isbn>0253-2697</isbn><call-num>11-2128/TE</call-num><urls></urls><remote-database-provider>Cnki</remote-database-provider></record></Cite></EndNote>[59]。本文根据煤样中CT数的明显差异，预测出CT图像扫描切片的孔隙度和矿物含量，最后在三维坐标轴中作出了各样品的三维重构图像。1.3.1实验原理（1）成像原理X-rayCT主要由离子放射源、样品台、探测器组成，其原理是根据不同物质对X-ray的吸收能力不同，利用探测器接收通过样品不同部分的X-ray强度，并将其转化为灰度图像以显示其内部结构。当X-ray通过样品时，X-ray穿过样品前后强度与样品密度遵循比尔定律：I=I0e-μh（5-3）式中，I为初始X-ray的强度；I0为穿过样品后的X-ray的强度；μ为X-ray的衰竭系数；h是样品的厚度。煤主要由孔裂隙系统、矿物及基质组成，孔裂隙系统是气体赋存和运移的场所，矿物和基质是支撑的骨架，因三者在密度上存在明显差异，X-ray穿过样品不同部位后衰减程度不同。探测器在接收到衰减的X-ray后可根据样品的密度将其转化为灰度图像。矿物密度最大，在灰度图像中表现为白色；基质密度较大，在灰度图像中表现为灰色；孔裂隙密度最小，在灰度图像中表现为白色ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>汪明丰</Author><Year>2020</Year><RecNum>588</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[60]</style></DisplayText><record><rec-number>588</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="90ax0pf5fw2fxlewxs9p0dsd09sravx9vfff"timestamp="1617971979">588</key></foreign-keys><ref-typename="Thesis">32</ref-type><contributors><authors><author>汪明丰</author></authors><tertiary-authors><author>陶树,</author><author>杨延辉,</author></tertiary-authors></contributors><titles><title>马必东区块煤储层多尺度数字岩心表征</title></titles><keywords><keyword>煤储层</keyword><keyword>X-rayCT扫描</keyword><keyword>多尺度</keyword><keyword>孔裂隙</keyword><keyword>气体运移模型</keyword></keywords><dates><year>2020</year></dates><publisher>中国地质大学(北京)</publisher><work-type>硕士</work-type><urls></urls><remote-database-provider>Cnki</remote-database-provider></record></Cite></EndNote>[60]。通过图像处理软件Avizo，可以分析出煤样中孔裂隙、矿物的含量、空间分布等信息。（2）实验系统仪器采用天津三英精密仪器股份有限公司NanoVoxel-350E型号3D计算机断层扫描系统，该仪器空间分辨率最高可达0.5μm，扫描最大电压190kV，最大功率25kW，扫描方式为步进式扫描ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>陈彦君</Author><Year>2019</Year><RecNum>639</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[61]</style></DisplayText><record><rec-number>639</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="90ax0pf5fw2fxlewxs9p0dsd09sravx9vfff"timestamp="1620027871">639</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author>陈彦君</author><author>苏雪峰</author><author>王钧剑</author><author>宋洋</author><author>汪明丰</author><author>郎云峰</author></authors></contributors><auth-address>中国石油集团公司煤层气开采先导试验基地;中国石油华北油田分公司;中国地质大学(北京)能源学院;</auth-address><titles><title>基于X射线微米CT扫描技术的煤岩孔裂隙多尺度精细表征——以沁水盆地南部马必东区块为例</title><secondary-title>油气地质与采收率</secondary-title></titles><periodical><full-title>油气地质与采收率</full-title></periodical><pages>66-72</pages><volume>26</volume><number>05</number><keywords><keyword>煤岩</keyword><keyword>多尺度孔裂隙</keyword><keyword>X射线微米CT扫描技术</keyword><keyword>孔裂隙分布特征</keyword><keyword>沁水盆地</keyword></keywords><dates><year>2019</year></dates><isbn>1009-9603</isbn><call-num>37-1359/TE</call-num><urls></urls><remote-database-provider>Cnki</remote-database-provider></record></Cite></EndNote>[61]（图4-9）。图4-9X-rayCT实验系统（3）X-rayCT扫描实验实验样品采集于鄂尔多斯盆地东缘保德区块保1-68井和保2-46井。将样品处理为直径2.5cm高度3cm的圆柱状样品。实验前，将样品固定在仪器样品台中心位置并进行微调，以确保样品处于视域中心。为了得到高质量的灰度图像，需要对实验电压以及功率进行反复调整，本次实验像素设置为1024×1024，每隔0.4°扫描一次，共扫描得到900副二维切片。1.3.2图像处理与三维重构方法为了获得样品中孔裂隙的三维空间分布特征，需要将二维切片进行预处理并对灰度图像进行三维重构，其中主要步骤包括有三：①对所获取的二维切片图像进行增强对比度、滤波降噪处理，以便得到高质量的二维灰度图像；②将二维灰度图像导入到图像处理软件后，将其依次堆叠以获得三维图像；③在图像处理软件Avizo中，利用合理的阈值分割方法，提取煤中的孔裂隙系统，分析其三维分布特征。图像预处理为了使二维图像的清晰度更高，可以通过Orthoslice的properties中的colormap调整图片的对比度，对于滤波降噪来说，通常有两种方法：均值降噪（Mediafilter）和非局部降噪处理（Non-localmeansfilter）。本次实验采取了非局部均值滤波的方法。图像堆叠预处理之后二维灰度图像较清晰的包含样品中的孔裂隙及矿物信息，将其按照空间坐标的顺序依次导入到Avizo，使其生成一个三维数据体。因在样品制备过程中，样品边缘孔裂隙在切割过程中受到破坏，不能反映样品内部的真实孔裂隙系统。同时，数据过大还会造成重构过程中计算机的负担。所以，在进行下一步处理前，会对三维数据体进行裁剪，生成不同大小的具有代表性的子三维数据体ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>李振涛</Author><Year>2018</Year><RecNum>640</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[62]</style></DisplayText><record><rec-number>640</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="90ax0pf5fw2fxlewxs9p0dsd09sravx9vfff"timestamp="1620028076">640</key></foreign-keys><ref-typename="Thesis">32</ref-type><contributors><authors><author>李振涛</author></authors><tertiary-authors><author>刘大锰,</author><author>蔡益栋,</author></tertiary-authors></contributors><titles><title>煤储层孔裂隙演化及对煤层气微观流动的影响</title></titles><keywords><keyword>煤储层</keyword><keyword>孔裂隙</keyword><keyword>非均质性</keyword><keyword>扩散-渗流</keyword><keyword>控气模式</keyword></keywords><dates><year>2018</year></dates><publisher>中国地质大学(北京)</publisher><work-type>博士</work-type><urls></urls><remote-database-provider>Cnki</remote-database-provider></record></Cite></EndNote>[62]。阈值分割在进行样品的精细定量表征之前，必须先进行相的鉴定。这种识别是通过阈值分割来进行的，其原理是对图像中不同物质的像素进行分类。煤样可分割为孔裂隙、矿物和基质三个相。常用的阈值分割方法有大津定律法、图像灰度直方图法和分水岭阈值分割法ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>冀振宁</Author><Year>2018</Year><RecNum>641</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[63]</style></DisplayText><record><rec-number>641</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"