基于CT成像煤体孔隙结构模型重建及渗流模拟研究

来源 :辽宁工程技术大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:kql999
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煤是一种具有多孔介质的材料。煤当中含有天然裂隙,受层理结构和地壳的运动的影响。在这个过程当中煤逐渐在天然裂隙的基础上衍化出了次生裂隙。其中的裂隙孔排列方式十分复杂且没有规律,而次生裂隙和天然裂隙影响着煤的物理和化学性质,在宏观物理实验上和微观模拟中很难探究煤体真实的孔裂隙结构。本文通过选取真实煤块进行注水前后的CT扫描实验,使用图像分析软件对所获原始图像进行裁剪、中值滤波降噪处理、二值化处理等一系列处理后得到煤体骨架,将煤体构建出二维模型和三维立体模型,提供了一种有效的微观孔隙结构的构建描述方法。以求探究从真实微观尺度下的孔隙渗流规律。通过实验和模拟相互对比的方法,针对在水在不同孔裂隙结构下的流动过程进行研究,揭示了煤在微观尺度下的渗流水的流动规律。只有在微观尺度下了解流体在煤孔裂隙运动方式、流体在煤中的赋存范围和分布规律,才能从根本上达到对煤层注水机理的认知。以期寻找更有效的煤层注水的方法。本文研究主要分以下几部分:(1)对选用煤样分别进行注水前后的微CT扫描,得到煤体的原始数据图像。通过MATLAB软件对所获得图像进行中值滤波、二值化、灰度直方图处理。处理后得到可以作为建模的图像。(2)通过灰度直方图像素值出现的频数和采用数理统计方法反演计算出煤体每一个切面的孔隙率以及整个煤体的孔隙率。(3)采用COMSOL模拟软件中插值函数对中值滤波处理后的图像进行模型重构,该模型包括了处理后图像上每一个点的信息,真实无损地将煤体二维模型表征出。采用模拟手段计算了煤体的孔隙率和渗流水在煤体中的运动规律。(4)基于孔隙重构方法采用AVIZO软件提取煤体的三维立体模型、真实孔隙结构模型、实验注水后的煤体水分分布模型。分析了在真实实验下水在煤体当中的流动过程和规律,针对在不同孔隙结构下水在当中的流动速度,方向以及赋存范围。该论文有图23幅,表3个,参考文献58篇。
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