双重煤岩孔隙结构模型的构建方法技术

本发明专利技术公开了一种双重煤岩孔隙结构模型的构建方法，步骤为：获取煤岩样品的孔隙结构参数；构建单重孔隙结构模型；构建双重孔隙结构模型；本发明专利技术在建模时将蒙特卡罗方法，球体随机堆积方法、二分法、压缩算法进行了有效的结合，由蒙特卡罗方法随机生成符合需求的数据集，通过二分法逐步逼近煤岩样品实际的孔隙度，对两组圆球数量进行调整，得到单重煤岩孔隙结构模型，再基于单重结构，改部分圆球为椭球，继续通过二分法逐步逼近煤岩样品实际的孔隙度，对两组椭球数量进行调整，得到双重煤岩孔隙结构模型。本发明专利技术能对孔隙这种单重结构、孔隙加裂隙的双重结构进行模拟，具有建模方式简单、成本低廉、且具有通用性的优点。

Construction method of pore structure model of double coal rock

【技术实现步骤摘要】
双重煤岩孔隙结构模型的构建方法
本专利技术涉及一种模型构建方法，尤其涉及一种双重煤岩孔隙结构模型的构建方法。
技术介绍
煤岩既是煤层气的源岩，又是煤层气的储集空间，作为储集空间，与常规岩石相比，最重要的区别是煤岩是一种双重孔隙介质，由基质孔隙和切割基质的裂隙组成，二者对煤岩的渗流和储集能力起着不同的作用。物理、物理化学以及分子物理学的研究证实，介质的孔隙结构决定了孔隙的宏观、微观结构参数。目前煤岩研究的焦点为其微观孔隙结构特征。煤层内流体的储集、渗流能力受其微观孔隙结构影响。流体、特别是多相流体在煤岩层中的渗流特性，煤层微观孔隙结构的影响较温度、压力以及煤岩的润湿性、吸附性等的影响更重要。另外，煤岩的孔隙结构直接影响到煤岩对气体吸附及解吸特性。因此正确认识煤岩的微观孔隙结构对煤层气的勘探开发至关重要。作者张井利用煤层微观孔隙结构研究成果解释了孔隙结构对煤层气瓦斯突出的影响，作者张玉贵在此基础上进行了危险性预测。作者郁伯铭通过研究煤岩孔隙结构参数与物性关系，为物性参数评价、分类以及预测提供经验公式。总之，煤岩的宏观性质与它的微观孔隙结构有着本质和必然的联系。我国关于煤岩物性研究工作已开展多年，但对于煤岩微观孔隙结构的研究相对较少，有关煤岩孔隙结构的特征以观察描述法和物理测试法为主，这些方法用于对煤岩的孔隙结构进行分类或者描述其形状特征，如张慧观察大量煤岩扫描电镜图像，对煤岩中的孔隙进行了分类；郝琦利用电子扫描技术煤岩的显微孔隙按成因进行了分类；李明、李前贵、周龙刚、陈贞龙分别使用压汞法，联合电镜扫描的压汞法、扫描电镜法和液氮测法对煤岩进行了测试，对煤岩中大小孔隙的相对比例和孔隙的连通性进行了描述；傅海统计了不同观测尺度下煤岩的宏观和微观裂隙分布情况，基于分形几何理论提出了裂隙长度越短，裂隙分形维数越大的观点。但上述方法，都没有基于煤岩微观孔隙结构定量图像的分析技术，而且也没有进行孔隙结构3D建模及孔隙度计算，另外，我们已知的建模，一般是针对一个煤岩样品建一次模，建模方法复杂，成本高昂，且不具有通用性。
技术实现思路
本专利技术的目的就在于提供一种解决上述问题，能对孔隙这种单重结构、孔隙加裂隙的双重结构进行模拟、的煤岩孔隙结构模型的构建方法。为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是这样的：一种双重煤岩孔隙结构模型的构建方法，包括以下步骤：(1)获取煤岩样品的孔隙结构参数；选取一大小为(a，b，c)的煤岩样品，将其分为数张薄片，对每张薄片，计算其面孔隙度、孔隙半径均值、孔隙半径标准差；将所有薄片的面孔隙度求均值，得到煤岩样品的孔隙度P；将所有薄片的孔隙半径均值再求均值，得到煤岩样品的孔隙半径均值B；将所有薄片的孔隙半径标准差求均值，得到煤岩样品的孔隙半径标准差C；(2)构建单重孔隙结构模型；(21)预设两组圆球个数n1和n2，用蒙特卡罗方法，随机创建2个数据集X1、X2；其中，X1包含n1个圆球，X2包含n2个圆球，n1初值0，n2＞＞n1，xi表示数据集中第i个圆球半径，X1～N(B，C2)、X2～N(B，C2)，N为正态分布；(22)分别预设一与X1、X2对应的初始堆积空间，大小为(a，b，∑r1)、(a，b，∑r2)其中，∑r1为X1中n1个圆球半径之和，∑r2为X2中n2个圆球半径之和；(23)用球体随机堆积算法将n1个圆球、n2个圆球放入各自对应的初始堆积空间中，采用压缩算法将初始堆积空间尺寸压缩至(a，b，c)，得到两个分别与X1、X2对应的压缩空间；(24)分别计算两个压缩空间的的孔隙度，X1对应的压缩空间孔隙度为p1，X2对应的压缩空间孔隙度为p2；(25)采用下式进行判断，得出实际煤岩样品中孔隙数量n；若p1＜P，p2＞P，则调整n1＝(n1+n2)/2，n2不变，重复步骤(22)-(24)；若p1＞P，p2＞P，则重设n1，n2不变，重复步骤(22)-(24)；若p1＜P，p2＜P，则n1不变，重设n2，重复步骤(22)-(24)；若p1＞P，p2＜P，则n1不变，调整n2＝(n1+n2)/2，重复步骤(22)-(24)；若|p1-p|<0.01p，则n＝n1，将该结构作为单重孔隙结构模型，并记录此时圆球的位置信息和圆球半径；若|p2-p|<0.01p，则n＝n2，将该结构作为单重孔隙结构模型，并记录此时圆球的位置信息和圆球半径；(3)构建双重孔隙结构模型；(31)准备两个完全相同的单重孔隙结构模型，在其中一单重孔隙结构模型中取出m1个圆球，另一单重孔隙结构模型中取出m2个圆球，均替换为椭球，且椭球的长轴或短轴等于圆球半径，最终得到两个替换后模型D1、D2；(32)用蒙特卡罗方法，分别随机创建一数据集Y1、Y2；其中yi表示第i个椭球体的短轴或者长轴的长度；(33)分别计算D1、D2的孔隙度，D1的孔隙度为pD1，D2的孔隙度为pD2；(34)采用下式进行判断，得出椭球数量m；若pD1＜P，pD2＞P，则调整m1＝(m1+m2)/2，m2不变，重复步骤(32)-(33)；若pD1＞P，pD2＞P，则重设m1，m2不变，重复步骤(32)-(33)；若pD1＜P，pD2＜P，则m1不变，重设m2，重复步骤(32)-(33)；若pD1＞P，pD2＜P，则m1不变，调整m2＝(m1+m2)/2，，重复步骤(32)-(33)；若|pD1-p|<0.001p，则m＝m1，将该结构作为双重孔隙结构模型；若|pD2-p|<0.01p，则m＝m2，将该结构作为双重孔隙结构模型。作为优选：步骤(1)中，薄片的面孔隙度计算方法为：将煤岩样品的每张薄片分别放置在显微镜下，通过相机拍摄显微镜下的薄片，得到每张薄片对应的图像，用图像二值化方法处理图像，得到灰度图像，再统计黑白两种像素的数量，白色像素点的个数占所有像素点的比例为该薄片的面孔隙度。作为优选：步骤(1)中，薄片的孔隙半径的均值计算方法为：(11)利用边缘检测算法得到薄片中每个孔隙的边界，统计出该薄片上孔隙数量和每个孔隙面积，所述孔隙面积为每个孔隙中白色像素点的个数；(12)假设每个孔隙为圆形，根据孔隙面积求出孔隙半径，再用该薄片上所有孔隙半径之和/孔隙数量，得出孔隙半径的均值。(13)根据孔隙数量和孔隙半径求得每张薄片的孔隙半径的均值。本专利技术中：蒙特卡罗方法是一种采用数学手段产生伪随机数的方法，能依据煤岩样品的孔隙半径均值和标准差随机生成多个不同半径的球状孔隙；本专利技术需要利用蒙特卡罗方法随机生成两组与圆球对应的数据集；。球体随机堆积算法是在球体个数、球体半径和堆积空间一定的情况下，将球体随机放入堆积空间中，并保证球体与球体无重叠，本专利技术利用球体随机堆积方法确定初始堆积空间。压缩算法是通过随本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种双重煤岩孔隙结构模型的构建方法，其特征在于：包括以下步骤：/n(1)获取煤岩样品的孔隙结构参数；/n选取一大小为(a，b，c)的煤岩样品，将其分为数张薄片，对每张薄片，计算其面孔隙度、孔隙半径均值、孔隙半径标准差；/n将所有薄片的面孔隙度求均值，得到煤岩样品的孔隙度P；/n将所有薄片的孔隙半径均值再求均值，得到煤岩样品的孔隙半径均值B；/n将所有薄片的孔隙半径标准差求均值，得到煤岩样品的孔隙半径标准差C；/n(2)构建单重孔隙结构模型；/n(21)预设两组圆球个数n

【技术特征摘要】
1.一种双重煤岩孔隙结构模型的构建方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)获取煤岩样品的孔隙结构参数；
选取一大小为(a，b，c)的煤岩样品，将其分为数张薄片，对每张薄片，计算其面孔隙度、孔隙半径均值、孔隙半径标准差；
将所有薄片的面孔隙度求均值，得到煤岩样品的孔隙度P；
将所有薄片的孔隙半径均值再求均值，得到煤岩样品的孔隙半径均值B；
将所有薄片的孔隙半径标准差求均值，得到煤岩样品的孔隙半径标准差C；
(2)构建单重孔隙结构模型；
(21)预设两组圆球个数n1和n2，用蒙特卡罗方法，随机创建2个数据集X1、X2；






其中，X1包含n1个圆球，X2包含n2个圆球，n1初值0，n2＞＞n1，xi表示数据集中第i个圆球半径，X1～N(B，C2)、X2～N(B，C2)，N为正态分布；
(22)分别预设一与X1、X2对应的初始堆积空间，大小为(a，b，∑r1)、(a，b，∑r2)其中，∑r1为X1中n1个圆球半径之和，∑r2为X2中n2个圆球半径之和；
(23)用球体随机堆积算法将n1个圆球、n2个圆球放入各自对应的初始堆积空间中，采用压缩算法将初始堆积空间尺寸压缩至(a，b，c)，得到两个分别与X1、X2对应的压缩空间；
(24)分别计算两个压缩空间的的孔隙度，X1对应的压缩空间孔隙度为p1，X2对应的压缩空间孔隙度为p2；
(25)采用下式进行判断，得出实际煤岩样品中孔隙数量n；
若p1＜P，p2＞P，则调整n1＝(n1+n2)/2，n2不变，重复步骤(22)-(24)；
若p1＞P，p2＞P，则重设n1，n2不变，重复步骤(22)-(24)；
若p1＜P，p2＜P，则n1不变，重设n2，重复步骤(22)-(24)；
若p1＞P，p2＜P，则n1不变，调整n2＝(n1+n2)/2，重复步骤(22)-(24)；
若|p1-p|<0.01p，则n＝n1，将该结构作为单重孔隙结构模型，并记录此时圆球的位置信息和圆球半径；
若|p2-p|<0.01p，则n＝n2，将该结构作为单重孔隙结构模型，并记录此时圆球的位置信息和圆球半径；...

【专利技术属性】
技术研发人员：李琼，陈政，郝思宇，何建军，孙华军，王睿，杨海涛，乔云，梁源东，
申请(专利权)人：成都理工大学，
类型：发明
国别省市：四川;51