基于热力学模型的煤孔隙结构分形表征.pdf

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1、第42卷第6期煤田地质与勘探Vol.42No.62014年12月COALGEOLOGY&EXPLORATIONDec.2014文章编号:1001-1986(2014)06-0020-04基于热力学模型的煤孔隙结构分形表征王秀娟，要惠芳，李伟，张晓辉，阎纪伟(太原理工大学矿业工程学院，山西太原030024)摘要:煤的孔隙结构复杂，难以用传统的欧氏几何理论描述其复杂性，而分形理论可定量表征孔隙结构的复杂程度。通过对渭北煤田韩城矿区10个煤样进行的压汞实验，采用热力学分形模型，获得了煤的渗流孔的分形维数，定量表征了煤的孔隙特征，并探讨了分形维

2、数与渗透率的关系。研究表明：对于同等变质程度的煤来说，煤中吸附孔越多，孔隙分形维数越大；煤孔隙分形维数与渗透性呈负相关关系。由此可见，煤的渗流孔分形维数可作为煤储层渗透性评价的定量指标之一。关键词：孔隙结构；压汞；分形维数；热力学模型中图分类号：P618.13文献标识码：ADOI:10.3969/j.issn.1001-1986.2014.06.004FractalcharacterizationofporestructureincoalsbasedonthermodynamicsmodelWANGXiujuan,YAOHuifang,

3、LIWei,ZHANGXiaohui,YANJiwei(CollegeofMiningEngineering,TaiyuanUniversityofTechnology,Taiyuan030024,China)Abstract:TheporestructureofcoaliscomplexanditisdifficulttocharacterizeporestructurebytraditionalEuclideangeometry.However,fractaltheoryisaneffectivemethodtoinvestigat

4、etheirregularitiesofporestructure.Thefractaldimensionsofseepage-poresof10coalsamplescollectedfromHanchengminingareainWeibeicoalfieldwereobtainedusingmercuryinjectionexperimentbaseduponthermodynamicfractalmodelandthegeometricpropertiesofporewerequantitativelycharacterized

5、.Therelationshipbetweenfractaldimensionandpermeabilitywasalsodiscussed.Theresultsshowthatthemoreadsorption-pores,thehigherfractaldimensionforthesamecoalrank.Thefractaldimensionhasanegativecorrelationwiththepetrologicpermeabilityofcoal.Thefractaldimensionofseepage-poresof

6、coalscanbeusedasoneofthequantitativeindexesforevaluationofpermeabilityofcoalreservoir.Keywords:porestructure;mercuryinjection;fractaldimension;thermodynamicmodel根据煤层气运移、储集特征，煤孔隙可分为渗了这一问题，但运用这一模型对煤孔隙结构的研究[1]流孔(孔径>100nm)和吸附孔(孔径<100nm)。其很少。因此，本文基于压汞测试数据，采用热力学中，渗流孔是煤层气(瓦斯)抽采

7、过程中气液运移的分形法，着重分析煤中对渗透率影响较大的孔隙结[2-3]主要通道。研究煤孔隙结构的方法较多，如压汞构，并探讨了孔隙分形维数与渗透率的关系。[4-7]法、低温氮吸附法、小角度X射线散射法等，其1煤样与实验方法中压汞法最为常用。然而，复杂的煤孔隙结构很难用传统几何方法准确描述其几何特征，分形几何理煤样采自韩城矿区石炭–二叠系煤层，其中象山[8-14]论为解决这一问题提供了一种新的方法。基于煤矿(XS)5个，桑树坪煤矿(SSP)2个，下峪口煤矿压汞数据研究多孔固体孔隙系统的分形数学模型通(XYK)2个，煤层气井(WL1井)煤心样

8、1个，煤类均常可分为几何模型和热力学模型。其中，由Friesen属瘦煤(表1)。工业分析和元素分析测定分别遵循[10]等提出的几何算法在煤岩孔隙结构研究中应用最GB/T212—2008《煤的工业分析方法》和