CN104345022A

CN104345022A - 一种井下煤层渗透率直接测试方法

Info

Publication number: CN104345022A
Application number: CN201310325091.1A
Authority: CN
Inventors: 陶云奇; 杨程涛; 马耕; 李伍成; 王进尚; 孟杰; 王洪盘; 张军波; 王峰
Original assignee: Henan Coal Chemical Industry Group Institute Co Ltd
Current assignee: Henan Coal Chemical Industry Group Institute Co Ltd
Priority date: 2013-07-30
Filing date: 2013-07-30
Publication date: 2015-02-11

Abstract

一种井下煤层渗透率直接测试方法，依次包括以下步骤：（1）在一个煤矿井下岩石巷道垂直煤层施工直径为D，半径为r的穿层钻孔作为补气孔；（2）在距离补气孔的钻孔中心线R距离的圆周上等分圆周施工六个出气孔；（3）分别对一个补气孔和六个出气孔封孔牢靠；（4）六个出气孔通过出气密闭管路连接到一起，并接到一个出气管上，出气管直接与井下空气连通，气压横为p₂，同时在出气管上安装一个可监测氮气流量与浓度的传感器；（5）将高压高纯氮气通过补气连通管路与补气孔接通；（6）待出气管流出的气体为高纯氮气时，记录流量q_k；（7）采用基于达西定律的稳定流法计算即可获得井下煤层渗透率的真实数据。该方法有获得数据快捷、真实可靠等优点。

Description

一种井下煤层渗透率直接测试方法

技术领域

本发明属于瓦斯（煤层气）基础参数测试技术领域。主要针对煤储层渗透率测试困难和准确性差的问题，基于达西定律并以此建立井下煤层渗透率直接测试方法，为煤储层井下渗透率提供了新的手段，该方法有获得数据快捷、真实可靠等优点，为煤矿井下抽采和地面煤层气开发参数设计、评价奠定基础。

背景技术

渗透率是储层重要参数，传统的获取手段包括地震、岩芯分析、测井和试井等，主要弊端是费时，费用昂贵，测试结果易受多种因素影响，对非均质性强的煤储层来说，测试结果不具有代表性。煤储层渗透率的大小关系到地面煤层气开发的成败和井下瓦斯治理措施，鉴于煤储层的非均质性强，渗透率差别大，尤其受煤体结构的控制，传统的室内采样模拟和范围有限的试井所测渗透率无法代表储层渗透率的变化趋势，如何快速跟踪评估储层渗透率就显得尤为重要。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术中存在的上述技术问题，提供一种井下煤层渗透率直接测试方法。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

本发明的井下煤层渗透率直接测试方法，测定煤体的渗透率采用基于达西定律的稳定流法计算，即根据气体通过煤样的稳定渗流量和煤样两端的渗透压力差等可测量参数来计算煤样的渗透率，具体计算公式为：

式中，k_c为实测渗透率，m²(1 m²=9.81×1014 mD)；q_k为气体渗流流量，m³/s；p₀为测量点的大气压，MPa(取0.1MPa)；p₁为进口气体压力，MPa；p₂为出口气体压力，Mpa；L为试件长度，m；A为试样横截面积，m²；μ为气体粘性系数。依次包括以下步骤：（1）在一个煤矿井下岩石巷道垂直煤层施工直径为D，半径为r的穿层钻孔作为补气孔；（2）在距离补气孔的钻孔中心线R距离的圆周上等分圆周施工六个出气孔；（3）分别对一个补气孔和六个出气孔封孔牢靠；（4）六个出气孔通过出气密闭管路连接到一起，并接到一个出气管上，出气管直接与井下空气连通，气压横为p₂，同时在出气管上安装一个可监测氮气流量与浓度的传感器；（5）将提前准备好的高压高纯氮气通过补气连通管路与补气孔接通，以大于煤层瓦斯压力的恒定压力p₁向补气孔补气；（6）待出气管流出的气体为高纯氮气时，记录流量q_k。（7）已知钻孔半径为r，煤层厚度h，中心补气孔距周边出气孔距离R，则式中L=R-2r，A=2π(R-2r)h，μ为氮气粘性系数，由于出气管直接与井下空气连通，所以p₂=p₀。（8）根据式计算即可获得井下煤层渗透率的真实数据。

步骤（1）施工的补气孔1在岩石巷道垂直于煤层施工的穿层钻孔。

步骤（2）施工的六个出气孔在距离补气孔的钻孔中心线R距离的圆周上等分圆周施工。

步骤（3）施工的一个补气孔和六个出气孔的封孔必须牢靠不漏气，补气孔1用补气连通管路与高纯氮气连接，六个出气孔分别用出气密闭管路连接到一起，并接到一个出气管上。

步骤（4）的一个出气管上安装氮气浓度和流量传感器，并且出口为敞口，与井下空气连接。

步骤（5）高纯氮气通过稳压阀和补气连通管路向补气孔内补恒定压力p₁氮气。

本发明为煤储层井下渗透率提高了新的手段，该方法有获得数据快捷、真实可靠等优点，为煤矿井下抽采和地面煤层气开发参数设计奠定基础。

附图说明

图1是煤矿井下渗透率直接测试方法示意图；

图中标号：1补气孔、2出气孔、3稳压阀、4高纯氮气、5氮气浓度和流量传感器、6补气连通管路、7出气密闭管路、8、出气管。

具体实施方式

实施例:安阳矿区某煤矿25051下底板抽放巷施工垂直于煤层的直径为φ75mm的穿层钻孔作为补气孔1，在距离补气孔中心线为1m的圆周上平均分布施工六个钻孔直径为φ75mm的穿层钻孔作为出气孔2，出气孔钻孔中心线与补气孔钻孔中心线平行。该地区煤层厚度5m，井下温度25℃，氮气粘度系数μ=17.812μPa·s。

1、钻孔孔径：75mm，钻孔半径：r=0.075/2=0.0375m，

煤层厚度：h=5m，中心补气孔距周边孔距离：R=1m，

则式中L=R-2r=1-0.075=0.925m，

A=2π(R-2r)h=29.045m²。

2、测试流程

井下测试时：

（1）首先向煤层垂向施工孔径为75mm的穿层钻孔作为补气孔，过煤即停；

（2）在距补气孔距离为R的圆周上施工6个径为75mm的穿层钻孔作为出气孔，用以测通过煤层的气体流量q_k；

（3）将所有钻孔密封牢靠；

（4）将提前准备好的高压高纯氮气通过连通管路与补气孔接通；

（5）将其余6个出气孔通过密闭管路连接到一起，并接到一个出气管上，出气管直接与井下空气连通，气压横为p₂=p₀=1.013×10⁵ Pa，同时在出气管上安装一个可监测氮气流量与浓度的传感器；

（6）打开氮气瓶，并设定注入的高压氮气为恒压p₁=2×10⁶ Pa（大于煤层原始瓦斯压力）；

（7）待出气管流出的气体为高纯氮气时，记录流量q_k=0.553×10^-2m³/min；

（8）通过式即可计算得出煤层渗透率k_c=0.157×10^-3μm²。

（9）将测试全过程用到的设备精细化和专用化，并通过编制计算机程序（仪器），实时计算测试过程中的渗透率，取平均值即可实时得出井下真实渗透率。

Claims

1.一种井下煤层渗透率直接测试方法，其特征在于：依次包括以下步骤：（1）在一个煤矿井下岩石巷道垂直煤层施工直径为D，半径为r的穿层钻孔作为补气孔；（2）在距离补气孔的钻孔中心线R距离的圆周上等分圆周施工六个出气孔；（3）分别对一个补气孔和六个出气孔封孔牢靠；（4）六个出气孔通过出气密闭管路连接到一起，并接到一个出气管上，出气管直接与井下空气连通，气压横为p₂，同时在出气管上安装一个可监测氮气流量与浓度的传感器；（5）将提前准备好的高压高纯氮气通过补气连通管路与补气孔接通，以大于煤层瓦斯压力的恒定压力p₁向补气孔补气；（6）待出气管流出的气体为高纯氮气时，记录流量q_k；（7）采用基于达西定律的稳定流法计算即可获得井下煤层渗透率的真实数据。

2.根据权利要求1所述的井下煤层渗透率直接测试方法，其特征在于：所述的步骤（1）施工的补气孔在岩石巷道垂直于煤层施工的穿层钻孔。

3.根据权利要求1所述的一种井下煤层渗透率直接测试方法，其特征在于：所述的步骤（2）施工的六个出气孔在距离补气孔的钻孔中心线R距离的圆周上等分圆周施工。

4.根据权利要求1所述的一种井下煤层渗透率直接测试方法，其特征在于：所述的步骤（4）的一个出气管上安装氮气浓度和流量传感器，并且出口为敞口，与井下空气连接。

5.根据权利要求1所述的一种井下煤层渗透率直接测试方法，其特征在于：所述的步骤（5）高纯氮气通过稳压阀和补气连通管路向补气孔内补恒定压力p₁氮气。