低渗透煤层孔隙结构的分形特征及力学性质研究

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1、西安科技大学硕士学位论文低渗透煤层孔隙结构的分形特征及力学性质研究专业名称：采矿工程作者姓名：张憧指导教师：邓广哲论文题目：低渗透煤层孔隙结构的分形特征及力学性质研究专业：采矿工程硕士生：张憧（签名）指导教师：邓广哲（签名）摘要本文针对新疆低渗透煤层水压致裂工程中存在的问题，在低温氮吸附和扫描电镜实验基础上，基于分形理论研究了低渗透煤层B1~B6煤的孔隙分形特征；根据微观孔隙扫描电镜实验，采用多点统计法构建了三维孔隙模型；主要研究了孔隙分维数与孔隙结构、微观孔隙结构特征及其物理力学性质之间的关系；可将研

2、究结果应用于新疆低渗透煤层B1~B6水压致裂工程中，对于压裂液损失、瓦斯释放等科研课题具有重要的价值和意义。本文主要内容如下：（1）总结了孔隙分形的常用模型、量测方法的适用范围，分析得到孔隙分布维数值在1~2之间，孔隙体积、比表面积、表面分形维数值在2~3之间。（2）通过低温氮吸附试验及扫描电镜实验，测定B1~B6煤样的孔隙结构参数并分析了其结构特征；根据孔隙SEM实验，建立了孔隙度为1.86%、3.7%、7.4%、11.2%的圆柱三维重构模型；（3）采用孔隙分维数表达式计算了B1~B6煤样的孔隙体积、比表面

3、积、表面、孔隙分布分维数值；分析了孔隙结构参数与分维数的关系，结果表明孔隙体积、比表面积、表面分维数能够较好地表征孔隙结构的非均质性和复杂程度；采用灰色关联度理论对各孔隙分维数的影响因素进行了分析。（4）实验测定了B1~B6煤样的孔隙度及渗透率，研究了煤体孔隙结构与宏观物性之间的关系，确定孔隙分布分维数可以用来计算孔隙介质的渗透率，综合分析了各煤样对气体的吸附能力；数值模拟了不同孔隙度下模型的单轴压缩过程，分析了模型破裂的应力分布情况，研究了孔隙度与抗压强度及分形维数的关系。关键词：低渗透煤层；孔隙结构；分形

4、维数；渗透率；三维重构；数值模拟研究类型：应用研究：SubjectTheStudyofLowPermeabilityCoalSeamPorestructureFractalCharacteristicsandMechanicalPropertiesSpecialty：MiningEngineeringName：ZhangChong(Signature)Instructor：DengGuangzhe(Signature)ABSTRACTThispaperisaimedattheproblemsofhydraul

5、icfracturingengineeringinXinJianglowpermeabilitycoalseam,throughlowtemperaturenitrogenabsorptionandSEMexperiments,thefractaltheoryisappliedtostudythefractalcharacteristicsoflowpermeabilitycoalseamB1~B6coalsamples;basedonmicroporeSEMexperiments,multipointsta

6、tisticalmethodisuesdtobuildthethree-dimensionalporousmodel;mainlystudyingtherelationshipsbetweenporefractaldimensionsandporestructure,microporestructurecharacteristicsandmacrophysicalandmechanicalproperties;theresearchescanbeappliedtothehydraulicfracturinge

7、ngineeringofXinJianglowpermeabilitycoalseam,itismeaningfulandvalueforthescientificresearchoffracturingfluidlossandgasrelease,themaincontentsareasfollows:(1)Thecommonmodelsandapplicationrangeofmeasurementmethodsaresummarized,analyzingtheporedistributiondimen

8、sionwithitsvalueis1~2,theporevolume,thespecificsurfaceareaandsurfacedimensionswiththeirvaluesare2~3.(2)ThroughlowtemperaturenitrogenabsorptionandSEMexperiments,B1~B6porestructureparametersaremeasuredth