微納顆粒自主研發(fā)技術(shù)之 ——圓度球度計(jì)算模塊在石油天然氣行業(yè)的應(yīng)用

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石油天然氣行業(yè)：支撐劑的作用在于充填壓裂產(chǎn)生的人工裂縫，在地層形成具有高導(dǎo)流能力的油氣滲流通道，支撐劑的性能和在不同地層條件對(duì)支撐裂縫的滲透率的影響差異較大。支撐劑的球度和圓度對(duì)支撐劑的性能評(píng)價(jià)有很重要的影響，是正確選擇和使用支撐劑的基礎(chǔ)之一。

一直以來，依據(jù)中華人民共和國(guó)石油天然氣行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SY/T 5108－1997《壓裂支撐劑性能測(cè)試推薦方法》定義：支撐劑的圓度是指其棱角的相對(duì)銳角和曲率的量度。實(shí)際測(cè)定使用本標(biāo)準(zhǔn)推薦的API RP56和API RP60中Krumbein與Sloss（美）1963年發(fā)表的球度、圓度圖版。（如下圖）

采用這種人工比照的方法，對(duì)于實(shí)際操作具有以下問題：

1. 人員主觀因素誤差：測(cè)試人員對(duì)于顆粒樣品的感官印象是不能完全一樣的，因此獲得的數(shù)值標(biāo)準(zhǔn)就不同，換了不同的測(cè)試人員，就可能獲得完全不同的測(cè)試結(jié)果。

2. 無明確判斷依據(jù)：人員判斷時(shí)無非常明確的判斷依據(jù)和計(jì)算方法，只能靠大概感覺，這樣也增加了測(cè)試的不穩(wěn)定性和差異性。

3. 人員工作量大：以往的方法是任意取20到30粒樣品顆粒進(jìn)行測(cè)試，取樣數(shù)量不足以獲得具有代表性的數(shù)據(jù)。但是如果想要獲得更多顆粒的圓度、球度數(shù)據(jù)，則會(huì)大大增強(qiáng)測(cè)試人員的工作量。

濟(jì)南微納科技有限公司推出針對(duì)顆粒圓度、球度進(jìn)行自動(dòng)分析的算法模塊，配合動(dòng)態(tài)或靜態(tài)圖像儀，即可輕松獲得穩(wěn)定可靠的支撐劑的球度和圓度數(shù)據(jù)。

在上面的介紹中可以看到，球度算法已有較為通用的公式表達(dá)，可以直接采用計(jì)算機(jī)圖形學(xué)中的相關(guān)技術(shù)進(jìn)行計(jì)算，難點(diǎn)是對(duì)于圓度計(jì)算，并沒有一個(gè)獲得通用認(rèn)可的計(jì)算公式，所以此模塊并非一般性的套用公式計(jì)算，而是真正的針對(duì)顆粒的輪廓進(jìn)行分析；

技術(shù)簡(jiǎn)介

之所以在很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)、國(guó)內(nèi)國(guó)外幾乎沒有對(duì)于圓度的自動(dòng)分析模塊，主要是因?yàn)閭鹘y(tǒng)方式的計(jì)算機(jī)圖像數(shù)字化技術(shù)，無法應(yīng)用于此類針對(duì)輪廓曲線的計(jì)算與判斷上。因?yàn)閷D形數(shù)字離散化之后，就會(huì)出現(xiàn)如下情況；

由上圖可以看到這樣的狀態(tài)是無法進(jìn)行尖銳程度的計(jì)算的。因此，必須采用一種創(chuàng)新的數(shù)字化方法，我們稱之為基本矢量化處理。整個(gè)處理過程如下：

1. 使用我們的基本矢量化算法，將離散的圖形輪廓處理成帶有特征的連貫線條。

2. 找到其輪廓上的特征點(diǎn)位置。

3. 算出特征點(diǎn)的曲率數(shù)值，再對(duì)每一個(gè)特征點(diǎn)進(jìn)行統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)化，然后就可根據(jù)每一個(gè)特征點(diǎn)的數(shù)值大小，表示出這個(gè)點(diǎn)的棱角鋒利程度，

4. 通過擬合算法對(duì)所有特征點(diǎn)進(jìn)行擬合處理，進(jìn)而算出此顆粒的總的圓度表征數(shù)值。

因此，使用此模塊計(jì)算出來的支撐劑圓度數(shù)值，完全可以替代并超越以往人的感官評(píng)價(jià)方法。如果配合濟(jì)南微納的WINNER100D動(dòng)態(tài)顆粒圖像儀，則可以針對(duì)成千上萬的支撐劑顆粒進(jìn)行分析，從而獲得真正的、具有很強(qiáng)代表性的圓度和球度數(shù)據(jù)。

2026-03

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2025-11

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2025年11月22日，第十五屆全國(guó)顆粒測(cè)試學(xué)術(shù)會(huì)議暨 2025 全國(guó)粉體測(cè)試技術(shù)應(yīng)用研討會(huì)在廣東省佛山市開幕。本次會(huì)議由中國(guó)顆粒學(xué)會(huì)顆粒測(cè)試專業(yè)委員會(huì)聯(lián)合北京粉體技術(shù)協(xié)會(huì)主辦，中國(guó)顆粒學(xué)會(huì)顆粒測(cè)試專業(yè)委員會(huì)為中國(guó)顆粒學(xué)會(huì)下屬分支機(jī)構(gòu)，成立于1986年，顆粒測(cè)試專委會(huì)聚焦顆粒測(cè)試領(lǐng)域的理論研究、儀器研發(fā)及標(biāo)準(zhǔn)制定，會(huì)員單位涵蓋國(guó)家納米中心、清華大學(xué)化工系、濟(jì)南微納顆粒、真理光學(xué)、百特儀器等企業(yè)及科研單位；本次大會(huì)恰逢專委會(huì)成立四十周年，匯聚了全國(guó)顆粒測(cè)試與粉體技術(shù)領(lǐng)域的頂尖專家、青年學(xué)者、企業(yè)精英與產(chǎn)業(yè)伙伴，中國(guó)顆粒學(xué)會(huì)專委會(huì)委員、濟(jì)南微納顆粒股份有限公司董事長(zhǎng)任飛先生受邀出席會(huì)議。

2025-11

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