[发明专利]一种煤岩三维孔隙网络结构参数表征方法

说明书

一种煤岩孔隙网络结构表征方法，首先用CT技术获得煤岩心孔隙结构的三维数据，建立三维数字岩心、利用中轴线算法建立三维孔隙网络；对孔隙网络模型数据简化，将孔隙简化为节点，吼道简化为边，对孔隙进行标号，导出孔隙连通信息；再利用复杂网络表征网络的基本信息，包括节点总数、边总数、节点度分布、节点平均度、网络平均路径长度、网络聚类系数、网络介数、网络密度、网络鲁棒性。与传统煤岩孔隙结构分析方法相比，本发明增加了网络性质分析，能够分析相同孔隙度不同孔隙网络连通结构的渗流规律，实现在微观结构方面为提高现有瓦斯采收率的目的；采用复杂网络理论定量表征煤岩孔隙网络结构参数，能够准确、全面表征煤岩孔隙网络连通性质。

技术领域

本发明属于矿井瓦斯抽采领域，具体涉及一种煤岩孔隙网络结构参数定量表征方法。

背景技术

含瓦斯煤岩体孔隙形态复杂且跨尺度分布，其结构特征是瓦斯储集与运移机理的主要影响因素之一。定量表征煤岩三维孔隙的形态、连通性、渗流路径选择，对研究储层瓦斯成藏机理、揭示瓦斯运移机制与提高采收率有重要意义。

为此，澳大利亚新南威尔士大学的Ghous教授采用高精度CT扫描和聚焦离子束扫描分别得到大孔隙和微孔隙岩石形态结构，通过融合不同尺度孔隙建立网络模型，并研究了不同尺度上大孔隙和微孔隙结构特征对岩石渗透率和电阻率的影响规律；西南石油大学胡雪涛教授应用定向渗流理论建立了能表征岩石微观孔隙结构特征及润湿性特征的随机网络模型；帝国理工大学Blunt教授研究组基于高精度CT扫描技术提取了不同孔隙介质的孔隙网络结构，并介绍了孔隙尺度渗透性的研究方法；中国石油大学(华东)姚军教授研究组基于三维规则网络模型建立了不同物理尺寸的溶洞网络、大孔隙网络和微孔隙网络，继而通过添加适当比例的大孔隙和微孔隙构建出碳酸盐多尺度网络模型。

上述这些围绕煤岩体孔隙连通结构的表征方法对岩石孔隙结构表征研究具有重要意义，但主要采用比欧拉数或从宏观平均角度出发，都有一定的片面性，不能真实地反映煤岩体孔隙的网络的拓扑特征。

发明内容

本发明目的在于提供一种能够准确、全面地表征煤岩孔隙网络连通性质的煤岩孔隙网络结构参数表征方法。

为实现上述目的，本发明一种煤岩孔隙网络结构参数定量表征方法，包括以下步骤：

第一步、测量取样煤、岩孔隙度；

第二步、将取样煤、岩加工为圆柱体，其中圆柱高度、横截面直径长度范围为2～50mm；

第三步、扫描技术得到煤岩心横截面二维图像；

第四步、根据第一步中测定的煤岩孔隙度，确定扫描图像的二值化阈值；

第五步、根据二维煤岩心扫描图像建立煤岩心三维数字岩心；

第六步、基于中轴线算法，提取三维煤岩心孔隙网络模型，其中孔隙简化为节点，吼道简化为边；

第七步、导出孔隙网络文件；

第八步、删除度为0、1、2的节点，删除环形边、平行边，从而生成拓扑简化后的孔隙网络；

第九步、定量计算煤岩心三维孔隙网络结构参数，包括节点总数、边总数、节点度分布、节点平均度、网络平均路径长度、网络聚类系数、网络介数、网络密度、网络鲁棒性。

本发明所述的三维煤岩孔隙网络分析方法在操作时，与传统煤岩孔隙结构分析方法相比，增加了网络性质的分析，能够分析相同孔隙度不同孔隙网络连通结构的渗流规律，为提高现有瓦斯采收率提供微观结构依据。

此外本发明采用复杂网络理论定量表征煤岩孔隙网络结构参数。操作流程较为简捷，便于实现，本发明在中轴线提取算法基础上结合复杂网络理论定量计算孔隙网络，从而能够准确、全面表征煤岩孔隙网络连通性质。为瓦斯、页岩气等化石资源开采过程中采收方案制定提供依据。