CN106150487B - 煤层群抽采瓦斯来源及气体流场分布双示踪试验方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种煤层群抽采瓦斯来源及气体流场分布双示踪试验方法，包括以下步骤：1)示踪气体注入井与地面抽采井成井，2)注入井井底密封，3)注入双示踪气体，4)注入井井口密封，5)地面抽采井抽取混合气体，6)测试混合气体比例。本发明双示踪测试方法，其地面抽采井为单一垂直井，与各煤层示踪气体注入井协同工作，减少了井内煤层群瓦斯含量来源的测试时间，提高了测试准确性；并且采用双示踪测试方法测试井下煤层群瓦斯含量来源不仅减少了钻井工作量，降低了测试成本，还间接揭示了井内各煤层的气体流场分布，为瓦斯抽采井的结构设计、各煤层瓦斯含量的测试、以及安全生产提供了可靠依据。

Description

煤层群抽采瓦斯来源及气体流场分布双示踪试验方法

技术领域

本发明涉及瓦斯测试技术领域，特别涉及一种煤层群抽财瓦斯来源及气体流场分布的测试方法。

背景技术

井下煤层群瓦斯含量来源是计算煤层瓦斯含量与分布、预测瓦斯流动特性与涌出量以及评价井下煤层群瓦斯突出危险性等重要参数之一，直接制约着瓦斯的有效防治及井内的安全生产。而井下煤层群各煤层瓦斯气体流场分布是制定井下煤层群瓦斯抽采技术方案的决定因素。因此，提前预测井内煤层群各煤层瓦斯含量来源及气体流场分布显得尤为重要。

然而，井下煤层瓦斯含量来源常规测试主要通过地勘钻孔取样、瓦斯涌出量反算瓦斯含量、井下钻屑解吸以及理论模型预测瓦斯含量等方法实现，均具有测试精度不高、测试时效长、装样复杂、现场适用性不高等特点。同时，受井下煤层群储层分布各异性的影响，同一地层不同深度井内煤层瓦斯含量来源分布测试更加困难，急需提出新的测试方法。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种煤层群抽采瓦斯来源及气体流场分布双示踪试验方法，以实现高效准确测试井内煤层群各煤层瓦斯含量来源与气体流场分布。

本发明一种煤层群抽采瓦斯来源及气体流场分布双示踪试验方法，包括以下步骤：

1)示踪气体注入井与地面抽采井成井

在井下煤层群选定位置处完成示踪气体注入井与地面抽采井的成井；所述地面抽采井的数量为一个，且地面抽采井的深度贯穿煤层群厚度，同时地面抽采井为垂直井；所述示踪气体注入井的数量与煤层数量一一对应，及每个煤层中具有一个示踪气体注入井；且各示踪气体注入井与地面抽采井中心线的距离为50m；

2)注入井井底密封

将示踪气体注入井井底段位密封，以保证各煤层注入的示踪气体顺煤层流动，避免示踪气体向致密区流动，封井压力为原位煤层压力，注入井完井后泵入高强度水泥实现井底密封；

3)注入双示踪气体

将六氟化硫与氦气这两种示踪气体分别注入到不同煤层深度的注入井内，且注入的两种示踪气体具有相同的温度、压力与体积；且两种双示踪气体的温度与该煤层的温度相同，两种双示踪气体的压力与该煤层的压力相同；

4)注入井井口密封

双示踪气体分别注入至各煤层后，立即将注入井井口段位密封，以保持示踪气体在各煤层内的自由流动而不泄露，封井压力保持为原位地层压力，井口部位封井作业时间不能超过10min；

5)地面抽采井抽取混合气体

使用气体采集仪在地面抽采井井口位置抽取流经井下煤层群的混合气体，保持混合气体的原有压力，并将混合气体样快速输送至实验室完成测试；

6)测试混合气体比例

采用气相色谱仪测试混合气体样中气体的成分与每种成分的含量，并计算各示踪气体与混合气体样的体积百分比。

本发明的有益效果：

本发明煤层群抽采瓦斯来源及气体流场分布双示踪试验方法，其地面抽采井为单一垂直井，与各煤层示踪气体注入井协同工作，减少了井内煤层群瓦斯含量来源的测试时间，提高了测试准确性；并且采用双示踪测试方法测试井下煤层群瓦斯含量来源不仅减少了钻井工作量，降低了测试成本，还间接揭示了井内各煤层的气体流场分布，为瓦斯抽采井的结构设计、各煤层瓦斯含量的测试、以及安全生产提供了可靠依据。

附图说明

图1为地面抽采井与示踪气体注入井布置示意图；图中：1-踪气体注入井，2-地面抽采井，3-煤层，4-注入井井底段位，5-注入井井口段位，6-致密区；

图2为地面抽采井与示踪气体注入井的平面结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述。

本实施例煤层群抽采瓦斯来源及气体流场分布双示踪试验方法，包括以下步骤：

1)示踪气体注入井与地面抽采井成井

在井下煤层群选定位置处完成示踪气体注入井1与地面抽采井2的成井；所述地面抽采井的数量为一个，且地面抽采井的深度贯穿煤层群厚度，同时地面抽采井为垂直井；所述示踪气体注入井的数量与煤层数量一一对应，及每个煤层3中具有一个示踪气体注入井；如图2所示，两个示踪气体注入井1的位置在井轴向上重叠，注入井井身直径为89mm，且各示踪气体注入井与地面抽采井中心线的距离R为50m；

2)注入井井底密封

将示踪气体注入井井底段位4密封，以保证各煤层注入的示踪气体顺煤层流动，避免示踪气体向致密区6流动，封井压力为原位煤层压力；封井技术为水泥塞封井，注入井完井后泵入高强度水泥实现井底密封，水泥塞厚度为100mm以上；

3)注入双示踪气体

将六氟化硫与氦气这两种示踪气体分别注入到不同煤层深度的注入井内，且注入的两种示踪气体具有相同的温度、压力与体积；且两种双示踪气体的温度与该煤层的温度相同，两种双示踪气体的压力与该煤层的压力相同；

4)注入井井口密封

双示踪气体分别注入至各煤层后，立即将注入井井口段位5密封，以保持示踪气体在各煤层内的自由流动而不泄露，封井压力保持为原位地层压力；封井技术为水泥塞封井，井口部位封井作业时间不能超过10min，且示踪气体注入完成后仍能保证一定的注入井井身强度；

5)地面抽采井抽取混合气体

使用气体采集仪在地面抽采井井口位置抽取流经井下煤层群的混合气体，保持混合气体的原有压力，并将混合气体样快速输送至实验室完成测试；

6)测试混合气体比例

采用气相色谱仪测试混合气体样中气体的成分与每种成分的含量，并计算各示踪气体与混合气体样的体积百分比。由于各煤层的孔隙率及三维空间分布是固定的，所以根据示踪气体百分比关系即可确定井下煤层群瓦斯气体含量来源与流场分布。

以煤层数量为2作为例子，将相同体积量的示踪气体SF6与示踪气体He以近似地层温度与压力分别注入到两煤层中的注入井中，然后迅速实现注入井井口段位的密封。双示踪气体SF6与He在各自煤层内以一定的速率自由流动，但双示踪气体与煤层内瓦斯几乎不发生置换。从地面抽采井内抽取煤层群内混合气体样的量为W，并将含有示踪气体SF6与He的混合气体采集至气体采集仪中，且保持混合气体的原有温度与压力。采用气相色谱仪测试混合气体样中的气体成分为SF6、He与瓦斯(CH4)，且其含量比率分别m，n及1-m-n。由于井下煤层群各煤层内的厚度与气体流动特性是不变的，因此各示踪气体占混合气体的比例即是煤层瓦斯来源含量。综上所述，测试得到煤层a内瓦斯含量为煤层b内瓦斯含量为

本实施例井内煤层群瓦斯含量来源及气流流场分布双示踪测试方法不仅能够快速高效准确的测量煤层群内各煤层的瓦斯含量，且只需要一口地面抽采井配合多口示踪气体注入井协同工作，大大节省了钻井成本，具有良好的市场潜力与应用前景。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (1)

1.一种煤层群抽采瓦斯来源及气体流场分布双示踪试验方法，其特征在于：包括以下步骤：

1)示踪气体注入井与地面抽采井成井

在井下煤层群选定位置处完成示踪气体注入井与地面抽采井的成井；所述地面抽采井的数量为一个，且地面抽采井的深度贯穿煤层群厚度，同时地面抽采井为垂直井；所述示踪气体注入井的数量与煤层数量一一对应，及每个煤层中具有一个示踪气体注入井；且各示踪气体注入井与地面抽采井中心线的距离为50m；

2)注入井井底密封

将示踪气体注入井井底段位密封，以保证各煤层注入的示踪气体顺煤层流动，避免示踪气体向致密区流动，封井压力为原位煤层压力，注入井完井后泵入高强度水泥实现井底密封；

3)注入双示踪气体

将六氟化硫与氦气这两种示踪气体分别注入到不同煤层深度的注入井内，且注入的两种示踪气体具有相同的温度、压力与体积；且两种双示踪气体的温度与该煤层的温度相同，两种双示踪气体的压力与该煤层的压力相同；

4)注入井井口密封

双示踪气体分别注入至各煤层后，立即将注入井井口段位密封，以保持示踪气体在各煤层内的自由流动而不泄露，封井压力保持为原位地层压力，井口部位封井作业时间不能超过10min；

5)地面抽采井抽取混合气体

使用气体采集仪在地面抽采井井口位置抽取流经井下煤层群的混合气体，保持混合气体的原有压力，并将混合气体样快速输送至实验室完成测试；

6)测试混合气体比例

采用气相色谱仪测试混合气体样中气体的成分与每种成分的含量，并计算各示踪气体与混合气体样的体积百分比。