CN111579584A - 一种基于红外热成像技术识别煤中气体富集区域的方法 - Google Patents
一种基于红外热成像技术识别煤中气体富集区域的方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN111579584A CN111579584A CN202010437889.5A CN202010437889A CN111579584A CN 111579584 A CN111579584 A CN 111579584A CN 202010437889 A CN202010437889 A CN 202010437889A CN 111579584 A CN111579584 A CN 111579584A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- coal
- gas
- infrared thermal
- coal sample
- thermal imaging
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 239000003245 coal Substances 0.000 title claims abstract description 115
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 33
- 238000001931 thermography Methods 0.000 title claims abstract description 31
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 title claims abstract description 12
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims abstract description 25
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 claims abstract description 14
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims abstract description 8
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 18
- 239000011521 glass Substances 0.000 claims description 8
- 238000010586 diagram Methods 0.000 claims description 4
- 238000012360 testing method Methods 0.000 claims description 4
- 238000005553 drilling Methods 0.000 claims description 3
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 claims description 3
- 238000002347 injection Methods 0.000 claims description 3
- 239000007924 injection Substances 0.000 claims description 3
- 238000009489 vacuum treatment Methods 0.000 claims description 3
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 4
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 2
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 2
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000011065 in-situ storage Methods 0.000 description 1
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 1
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 1
- 230000001737 promoting effect Effects 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 239000011435 rock Substances 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- 238000010998 test method Methods 0.000 description 1
- 230000000007 visual effect Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N25/00—Investigating or analyzing materials by the use of thermal means
- G01N25/20—Investigating or analyzing materials by the use of thermal means by investigating the development of heat, i.e. calorimetry, e.g. by measuring specific heat, by measuring thermal conductivity
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N1/00—Sampling; Preparing specimens for investigation
- G01N1/02—Devices for withdrawing samples
- G01N1/04—Devices for withdrawing samples in the solid state, e.g. by cutting
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N1/00—Sampling; Preparing specimens for investigation
- G01N1/02—Devices for withdrawing samples
- G01N1/04—Devices for withdrawing samples in the solid state, e.g. by cutting
- G01N1/08—Devices for withdrawing samples in the solid state, e.g. by cutting involving an extracting tool, e.g. core bit
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N1/00—Sampling; Preparing specimens for investigation
- G01N1/28—Preparing specimens for investigation including physical details of (bio-)chemical methods covered elsewhere, e.g. G01N33/50, C12Q
- G01N1/40—Concentrating samples
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials Using Thermal Means (AREA)
Abstract
本发明涉及一种基于红外热成像技术识别煤中气体富集区域的方法。主要解决现有地球物理探气方法存在的对于小尺度空间气体富集区预测不准确的技术问题。本发明的技术方案是：1)从钻取煤芯并加工为薄片煤样；2)将薄片煤样放入耐压筒中并抽真空；3)对真空状态下的薄片煤样进行红外热成像拍摄；4)给耐压筒注入气体，对压力下的薄片煤样进行红外热成像拍摄；5)将薄片煤样吸附气体过程中的红外热成像重建矩阵依次与薄片煤样真空状态下的红外热成像重建矩阵分别做差，获得薄片煤样吸附气体温度变化量分布矩阵，并转换为煤中气体空间分布矩阵；6)对煤中气体空间分布矩阵进行二值化处理并使用盒维数法获得分形维数与分形分布初值即为识别煤中气体富集区域的参数。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于红外热成像技术识别煤中气体富集区域的方法，它属于煤体的气体储集特性的评价方法技术领域。
背景技术
煤是天然的多孔介质，由于漫长而复杂的成煤过程，煤体的煤岩、煤质、孔隙裂隙结构具有显著非均匀特征，这使得煤中甲烷、CO2等气体的富集区空间展布形态具有显著的多尺度非均匀性。探测煤中气体的多尺度富集特征是推动煤层气体储集特性“透明化”的重要任务，对于煤层瓦斯抽采、CO2驱替强化瓦斯抽采等工程技术的精准高效实施及效果预测具有重要的意义。
目前探测煤中气体空间展布形态的重要手段是地球物理探气方法，然而这种方法偏重于大尺度区域，对于米级以内的小尺度空间的精细化刻画程度远远不足。随着煤层瓦斯精准原位改性抽采的要求不断提高，对小尺度空间气体富集区预测的精细化要求越来越迫切，反映本质关系的定量化预测已成必然趋势。然而，目前对于小尺度煤中气体空间富集区可视化测试方法相关发明尚属空白，这为煤中气体空间富集特性精准预测带来严重阻碍。
发明内容
本发明的目的是解决现有地球物理探气方法存在的对于小尺度空间气体富集区预测不准确的技术问题，提供一种基于红外热成像技术识别煤中气体富集区域的方法。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种基于红外热成像技术识别煤中气体富集区域的方法，其具体步骤如下：
1)从目标煤层钻取煤芯，并切割加工为薄片煤样；
2)将薄片煤样放入设置有筛孔状隔热垫片和透红外玻璃窗片的耐压筒中并使薄片煤样位于筛孔状隔热垫片和透红外玻璃窗片之间，然后通过真空泵对耐压筒进行真空处理，使耐压筒内的真空度达到0.6Pa以下，并保持1h以上；
3)调节耐压筒与红外热成像仪空间位置，使薄片煤样径向表面在红外热成像仪视窗中清晰成像，然后对真空状态下的薄片煤样进行红外热成像拍摄并保存；
4)给耐压筒注入气体，使耐压筒内的压力达到不高于5MPa的设定压力，在该压力下对薄片煤样进行吸附实验，并同时对薄片煤样进行不大于2s的等时间间隔的红外热成像拍摄，直至薄片煤样表面温度达到平衡；
5)将薄片煤样吸附气体过程中的红外热成像重建矩阵依次与薄片煤样真空状态下的红外热成像重建矩阵分别做差，获得薄片煤样吸附气体温度变化量分布矩阵，并通过如下公式将其转换为煤中气体空间分布矩阵：
式中：ΔT为某一区域煤体温度变化量，℃；C为煤体比热容，J/(g·℃)；n为单位体积煤体的气体吸附量，mol/cm3；ρ为煤体密度，g/cm3；q为煤吸附气体过程中等量吸附热，J/mol；
6)利用不同富集度阈值对不同气体注入时刻的煤中气体空间分布矩阵进行二值化处理，然后使用盒维数法，分别计算二值图中富集区域的分形维数与分形分布初值，所得分形维数与分形分布初值即为识别煤中气体富集区域的参数。
进一步地，所述气体为甲烷或CO2中的任意一种。
进一步地，所述步骤4)中的测试过程须在恒温环境中进行，所述恒温温度为15-30℃。
本发明的有益效果是：
本发明通过红外热成像技术对薄片煤样吸附甲烷、CO2等气体后发生的富集区域空间展布形态进行测试，获得识别煤中气体富集区域的参数，提高了对小尺度空间气体富集区预测的精准度，解决了现有地球物理探气方法存在的对于小尺度空间气体富集区预测不准确的技术问题。与背景技术相比，本发明具有步骤简易和测试精度高的优点，有助于实现米级尺度内煤中气体富集特性的准确评价。
附图说明
图1是本发明使用的煤吸附气体红外热成像装置的结构示意图；
图2是本发明所获得的薄片煤样吸附气体温度变化量分布矩阵图；
图3是本发明选取的分形统计区域及其二值化图像。
图中：1-煤样；2-筛孔状隔热垫片；3-透红外玻璃窗片；4-耐压筒；5-真空泵；6-红外热成像仪；7-减压阀；8-控制阀；9-储气瓶；10-数字压力表；11-底座；12-夹持器；13-分形统计区域；14-分形统计区二值化图像。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的描述。
实施例1
如图1所示，本实施例中的一种煤吸附气体红外热成像装置，包括红外热成像仪6、耐压筒4、透红外玻璃窗片3、数字压力表10、真空泵5、减压阀7、控制阀8、储气瓶9和筛孔状隔热垫片2，所述红外热成像仪6和所述耐压筒4装在同一底座11上，所述筛孔状隔热垫片2装在耐压筒4中，所述减压阀7的一端通过管线与耐压筒4后端设置的气口连接，所述减压阀7的另一端通过管线与储气瓶9的出气口连接，所述控制阀8的一端通过管线与耐压筒4后端设置的气口连接，所述控制阀8的另一端通过管线与真空泵5的出气口连接，所述数字压力表10装在减压阀7与耐压筒4气口连接的管线上。所述耐压筒4的内径为22mm；所述耐压筒4的内壁设有隔热涂层；所述耐压筒4在小于5MPa压力下应保证气密性良好。
一种使用上述煤吸附气体红外热成像装置的识别煤中气体富集区域的方法，其具体步骤如下：
1)从目标煤层钻取煤芯，并切割加工为薄片煤样1；
2)将薄片煤样1放入设置有筛孔状隔热垫片2和透红外玻璃窗片3的耐压筒4中并使薄片煤样1位于筛孔状隔热垫片2和透红外玻璃窗片3之间，使薄片煤样1径向表面紧贴透红外玻璃窗片3，然后通过调节控制阀8与真空泵5对耐压筒4进行真空处理，使耐压筒4内的真空度达到0.6Pa以下，并保持1h以上；确保薄片煤样1内部及耐压筒4内无其它气体存在；
3)调节耐压筒4与红外热成像仪6空间位置，使薄片煤样1径向表面在红外热成像仪视窗中清晰成像，然后对真空状态下的薄片煤样1进行红外热成像拍摄并保存；
4)通过调节减压阀7给耐压筒4注入甲烷气体(99.99％)，使耐压筒4内的压力达到1.2MPa，在该压力下对薄片煤样1进行吸附实验，并同时对薄片煤样1以1s/次的频率进行红外热成像拍摄并实时保存，同时记录吸附时间，直至薄片煤样1表面温度达到平衡；
5)将薄片煤样1吸附甲烷气体过程中的红外热成像重建矩阵依次与薄片煤样1真空状态下的红外热成像重建矩阵分别做差，获得薄片煤样1吸附甲烷气体温度变化量分布矩阵，并通过如下公式将其转换为煤中气体空间分布矩阵：
式中：ΔT为某一区域煤体温度变化量，℃；C为煤体比热容，J/(g·℃)；n为单位体积煤体的气体吸附量，mol/cm3；ρ为煤体密度，g/cm3；q为煤吸附气体过程中等量吸附热，J/mol；
6)利用不同富集度阈值对甲烷气体注入时刻的煤中气体空间分布矩阵进行二值化处理，然后使用盒维数法，分别计算二值图中富集区域的分形维数与分形分布初值，所得分形维数与分形分布初值即为识别煤中气体富集区域的参数。
所述步骤4)中的测试过程须在恒温环境中进行，所述恒温温度为15-30℃。
实施例2
本实施例中的装置与实施例1中的相同。
本实施例中的方法与实施例1中的相同，其中将甲烷气体替换为CO2。
以上实施例为本发明的较佳实施方式，并非对本发明作任何形式上的限制，任何在不脱离本发明所提技术特征的范围内，利用本发明所作出的等同替换，均仍属于本发明的保护范围。
Claims (3)
1.一种基于红外热成像技术识别煤中气体富集区域的方法，其特征在于，具体步骤如下：
1)从目标煤层钻取煤芯，并切割加工为薄片煤样；
2)将薄片煤样放入设置有筛孔状隔热垫片和透红外玻璃窗片的耐压筒中并使薄片煤样位于筛孔状隔热垫片和透红外玻璃窗片之间，然后通过真空泵对耐压筒进行真空处理，使耐压筒内的真空度达到0.6Pa以下，并保持1h以上；
3)调节耐压筒与红外热成像仪空间位置，使薄片煤样径向表面在红外热成像仪视窗中清晰成像，然后对真空状态下的薄片煤样进行红外热成像拍摄并保存；
4)给耐压筒注入气体，使耐压筒内的压力达到不高于5MPa的设定压力，在该压力下对薄片煤样进行吸附实验，并同时对薄片煤样进行不大于2s的等时间间隔的红外热成像拍摄，直至薄片煤样表面温度达到平衡；
5)将薄片煤样吸附气体过程中的红外热成像重建矩阵依次与薄片煤样真空状态下的红外热成像重建矩阵分别做差，获得薄片煤样吸附气体温度变化量分布矩阵，并通过如下公式将其转换为煤中气体空间分布矩阵：
式中：ΔT为某一区域煤体温度变化量，℃；C为煤体比热容，J/(g·℃)；n为单位体积煤体的气体吸附量，mol/cm3；ρ为煤体密度，g/cm3；q为煤吸附气体过程中等量吸附热，J/mol；
6)利用不同富集度阈值对不同气体注入时刻的煤中气体空间分布矩阵进行二值化处理，然后使用盒维数法，分别计算二值图中富集区域的分形维数与分形分布初值，所得分形维数与分形分布初值即为识别煤中气体富集区域的参数。
2.根据权利要求1所述的一种基于红外热成像技术识别煤中气体富集区域的方法，其特征在于：所述气体为甲烷或CO2中的任意一种。
3.根据权利要求1所述的一种基于红外热成像技术识别煤中气体富集区域的方法，其特征在于：所述步骤4)中的测试过程须在恒温环境中进行，所述恒温温度为15-30℃。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202010437889.5A CN111579584A (zh) | 2020-05-21 | 2020-05-21 | 一种基于红外热成像技术识别煤中气体富集区域的方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202010437889.5A CN111579584A (zh) | 2020-05-21 | 2020-05-21 | 一种基于红外热成像技术识别煤中气体富集区域的方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN111579584A true CN111579584A (zh) | 2020-08-25 |
Family
ID=72121199
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202010437889.5A Pending CN111579584A (zh) | 2020-05-21 | 2020-05-21 | 一种基于红外热成像技术识别煤中气体富集区域的方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN111579584A (zh) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113011648A (zh) * | 2021-03-15 | 2021-06-22 | 重庆交通大学 | 隧道瓦斯涌出浓度预测方法及系统 |
| CN114607368A (zh) * | 2020-12-09 | 2022-06-10 | 中国石油化工股份有限公司 | 微观孔隙网络模型水流路径和波及路径的区分方法 |
| CN118362378A (zh) * | 2024-04-10 | 2024-07-19 | 武汉怡特环保科技有限公司 | 全自动在线大气预浓缩方法、装置、存储介质及电子设备 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105510383A (zh) * | 2016-01-10 | 2016-04-20 | 西安科技大学 | 煤最短自然发火期与自然发火特性参数测试装置及方法 |
| JP2019032165A (ja) * | 2017-08-04 | 2019-02-28 | 日本アビオニクス株式会社 | 温度監視システム及び温度監視方法 |
| CN208593068U (zh) * | 2017-07-19 | 2019-03-12 | 川奇光电科技（扬州）有限公司 | 一种膜片贴附系统 |
| CN110146525A (zh) * | 2019-04-24 | 2019-08-20 | 山东科技大学 | 一种基于分形理论及ct扫描的煤体孔渗参数预测方法 |
-
2020
- 2020-05-21 CN CN202010437889.5A patent/CN111579584A/zh active Pending
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105510383A (zh) * | 2016-01-10 | 2016-04-20 | 西安科技大学 | 煤最短自然发火期与自然发火特性参数测试装置及方法 |
| CN208593068U (zh) * | 2017-07-19 | 2019-03-12 | 川奇光电科技（扬州）有限公司 | 一种膜片贴附系统 |
| JP2019032165A (ja) * | 2017-08-04 | 2019-02-28 | 日本アビオニクス株式会社 | 温度監視システム及び温度監視方法 |
| CN110146525A (zh) * | 2019-04-24 | 2019-08-20 | 山东科技大学 | 一种基于分形理论及ct扫描的煤体孔渗参数预测方法 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| 杨博: "中高阶煤储层分形特征对瓦斯吸附的影响研究", 《煤炭工程》 * |
| 王辰等: "煤层气赋存的分形特征研究", 《地球物理学报》 * |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114607368A (zh) * | 2020-12-09 | 2022-06-10 | 中国石油化工股份有限公司 | 微观孔隙网络模型水流路径和波及路径的区分方法 |
| CN113011648A (zh) * | 2021-03-15 | 2021-06-22 | 重庆交通大学 | 隧道瓦斯涌出浓度预测方法及系统 |
| CN113011648B (zh) * | 2021-03-15 | 2023-09-08 | 重庆交通大学 | 隧道瓦斯涌出浓度预测方法及系统 |
| CN118362378A (zh) * | 2024-04-10 | 2024-07-19 | 武汉怡特环保科技有限公司 | 全自动在线大气预浓缩方法、装置、存储介质及电子设备 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN111579584A (zh) | 一种基于红外热成像技术识别煤中气体富集区域的方法 | |
| US11378509B2 (en) | Evaluation method for hydrogen-bearing components, porosity and pore size distribution of organic-rich shale | |
| CN101936833B (zh) | 一种模拟天然气水合物生成并测量其物性参数的装置及方法 | |
| CN104390902B (zh) | 一种利用气体水合物饱和度变化分析沉积物孔隙分布的方法 | |
| CN110006738A (zh) | 一种基于应力应变曲线和划痕测试的岩石脆性评价方法 | |
| CN106556687A (zh) | 弱胶结未成岩水合物声学和饱和度同步测试装置及方法 | |
| CN102252948A (zh) | 泥页岩孔隙度测定方法 | |
| CN109959672B (zh) | 一种二氧化碳置换页岩甲烷的定量评价方法及其应用 | |
| CN110261280A (zh) | 一种高温高压岩心逆向渗吸在线监测实验装置及实验方法 | |
| CN110345904B (zh) | 水合物分解过程中沉积物变形及渗透率测试装置及方法 | |
| CN113740196B (zh) | 一种原位热解有机矿层碳封存量测定的装置和方法 | |
| CN110849785B (zh) | 一种利用多次压汞实验表征页岩孔隙连通性的方法 | |
| CN113075102B (zh) | 一种建立多孔介质自发渗吸量与时间关系数学模型的方法 | |
| CN107271314A (zh) | 一种测量煤岩吸附膨胀系数的方法 | |
| CN105628575B (zh) | 页岩性质测定方法、装置和页岩性质测定仪 | |
| CN104374800A (zh) | 一种气体水合物导热系数原位测试装置和方法 | |
| CN107703275A (zh) | 一种甲烷水合物相平衡研究的高压实验装置及方法 | |
| CN107621431B (zh) | 一种适用于多种取芯装置的水合物沉积物中水合物饱和度的快速测量装置及方法 | |
| CN107063921B (zh) | 一种快速测量水合物沉积物中水合物饱和度的装置及方法 | |
| CN108645740B (zh) | 一种岩心自吸压裂液后返排率的测量方法及装置 | |
| CN107101773A (zh) | 泡点压力值和拟泡点压力值的测试方法、及测试装置 | |
| CN112487620B (zh) | 一种页岩油可动资源量的评价方法 | |
| CN107740688B (zh) | 注水诱发微裂缝二维扩展的物理模拟实验方法 | |
| CN203241324U (zh) | 一种页岩气体渗透率测定仪 | |
| Nie et al. | Analysis of Coal Swelling Deformation Caused by Carbon Dioxide Adsorption Based on X‐Ray Computed Tomography |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20200825 |