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《西安科技大学》 2015年
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低渗透煤层孔隙结构的分形特征及力学性质研究

张憧  
【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。
【学位授予单位】:西安科技大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2015
【分类号】:TD712

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