CN108732076B - 一种煤层水力压裂渗透率预测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种煤层水力压裂渗透率预测方法，它包括有以下步骤：①通过渗透性试验测定煤层原始渗透率k0；②对压裂过程中的渗透性试验数据进行拟合获得煤层水力压裂过程中的渗透率变化规律k1，计算得到水力压裂完成时的煤层渗透率k10；③对排水过程中的渗透性试验数据进行拟合获得煤层水力压裂后排水过程中的渗透率变化规律k2，计算得到排水结束时的煤层渗透率k20；④考虑瓦斯吸附膨胀和孔隙流体压力因素获得煤层水力压裂后瓦斯抽采过程中的渗透率变化规律k，计算得到水力压裂后瓦斯抽采过程中不同瓦斯压力时的煤层渗透率。本发明定量地计算出水力压裂后煤层渗透率的大小，实现煤层水力压裂的效果由定性分析向定量分析的转变。
Description
技术领域
本发明涉及一种煤层水力压裂渗透率预测方法，特别适用于低渗煤层水力压裂增透工程领域。
背景技术
瓦斯既是煤矿的“第一杀手”，又是一种不可再生的清洁能源，瓦斯高效抽采是瓦斯灾害治理和资源利用的主要途径。我国煤层受多期构造史的影响，其赋存地质条件复杂、瓦斯压力大、瓦斯含量高、渗透率低，瓦斯抽采非常困难。特别是目前我国已进入深井开采阶段，平均开采深度已达600m，并且每年还以20m的速度向下延伸，开采深度的增加势必将加大瓦斯抽采的难度。因此，破解深部煤层瓦斯高效抽采难题已经成为我国煤炭工业面临的重大课题。水力压裂增透技术源于石油开采，早期用于地面煤层气开发，后来移植到煤矿井下用于强化预抽煤层瓦斯。该技术具有的增透、抑制瓦斯涌出、改变煤体强度和降尘等多重作用使其在高瓦斯低渗透煤层中获得了广泛的试验研究和较好的工业应用效果。
渗透率是表征煤层瓦斯流动难易程度的重要指标，是研究煤层瓦斯流动规律的核心物性参数，也是评价水力压裂效果的关键。煤为复杂的非连续性和非均质性介质，受水力压裂作用的影响，在各个阶段煤渗透率的变化特征及其影响机制均存在较大差异，特别是瓦斯抽采阶段煤渗透率既是煤体破裂阶段和裂隙闭合阶段渗透率变化的结果，又受到抽采阶段瓦斯吸附膨胀应力和孔隙瓦斯压力的影响，影响因素极其复杂。目前，关于水力压裂后煤层渗透率研究的较少，水力压裂后煤层的渗透率不能予以定量的表征，水力压裂的效果只能依靠抽采量的增幅来衡量。因此，构建煤层水力压裂渗透率预测模型对于定量评价水力压裂的效果和提高抽采效率具有重要的科学意义。
发明内容
本发明在于提供一种煤层水力压裂渗透率预测方法，采用该方法能够定量地计算出煤层水力压裂后的渗透率，实现煤层水力压裂后的渗透率预测由定性分析向定量计算的转变，可为煤层水力压裂增透机理的研究提供必要的理论依据，同时对于推广应用水力压裂技术和提高水力压裂效果具有重要的意义。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种煤层水力压裂渗透率预测方法，包括以下步骤：(1)通过渗透性试验测定煤层原始渗透率k0；(2)对压裂过程中的渗透性试验数据进行拟合获得煤层水力压裂过程中的渗透率变化规律k1，计算得到水力压裂完成时的煤层渗透率k10；(3)对排水过程中的渗透性试验数据进行拟合获得煤层水力压裂后排水过程中的渗透率变化规律k2，计算得到排水结束时的煤层渗透率k20；(4)考虑瓦斯吸附膨胀和孔隙流体压力因素获得煤层水力压裂后瓦斯抽采过程中的渗透率变化规律k，计算得到水力压裂后瓦斯抽采过程中不同瓦斯压力时的煤层渗透率。
所述步骤(1)的具体步骤为，从水力压裂煤层采集煤样并用取芯机钻取煤芯加工制作成标准试件，将试件置于压力室的上压头和下压头之间；根据煤层水力压裂地点最大主应力(σ1)和最小主应力(σ3)大小，通过高精度伺服液压泵站对试件施加相应的轴压(σ1)和围压(σ3)，通过流量计读取流体流量(q)，测定试件原始渗透率k0，k0由如下的计算公式得到：
式中：k0为煤样原始渗透率，m2；p2为进气口压力；p1为出气口压力；p2+p1＝2p0，p0为煤层原始瓦斯压力；ps为大气压；q为气体流量，m3/s；μ为在测定温度下的动力黏度；L为煤样的有效渗流长度，m；A为煤样的有效渗流横截面面积，m2。
所述步骤(2)的具体步骤为，轴压(σ1)和围压(σ3)保持不变，通过伺服增加系统逐步增加水压力对试件进行水力压裂处理，当注水压力大于围压(σ3)和煤体强拉强度(σt)之和时停止增压同时读取流体流量(q)，获得试件水力压裂过程中的渗透率数据；对试件水力压裂过程中的渗透率数据进行拟合得到水力压裂过程中煤体渗透率变化方程
式中，k0为煤样原始渗透率，m2；k1为水力压裂过程中煤层渗透率，m2；ξ1，α为损伤对煤体渗透率影响系数，ξ1、α通过渗透性试验数据拟合确定；p注为注水压力，MPa；p0为煤层原始瓦斯压力，MPa；σ3为围压即最小主应力，MPa；σt为煤体抗拉强度，将水力压裂结束时的压力代入计算得到排水结束时的煤层渗透率k10。
所述步骤(3)的具体步骤为，在保持轴压(σ1)和围压(σ3)不变的情况下，逐步减少水压力，当水压力与煤层原始瓦斯压力(p0)相等时停止，在此过程中读取水压力和流体流量，获得试件水力压裂后排水过程中的渗透率数据；对排水过程中的渗透率数据进行拟合得到煤层水力压裂后排水过程中的渗透率变化方程
式中：k2为水力压裂后裂隙闭合阶段煤层的动态渗透率，m2；k10为煤层压裂完成的渗透率，m2；p排为煤层排水过程中的孔隙水压力，MPa；ξ2为裂隙压缩时的煤体渗透率影响系数，Cf为裂隙体积压缩系数，取决于煤体力学特性，MPa-1；σ3为围压即最小主应力，MPa；σt为煤体抗拉强度，MPa，其中，ξ2、Cf通过渗透性试验数据拟合确定；将排水结束时的压力代入计算得到排水结束时的煤层渗透率k20。
所述步骤(4)的具体步骤为，收集煤层煤岩力学性质参数和瓦斯基础参数，综合考虑瓦斯吸附膨胀和孔隙流体压力因素构建渗透率演化模型
式中：
为初始孔隙率；εV为体积应变；CS为煤体骨架的体积压缩系数；Δp为瓦斯压力变化量，Δp＝p-p0；p0为煤层原始瓦斯压力；p为当前状态瓦斯压力；εP为单位体积煤体由于瓦斯压力变化产生的吸附膨胀应变，k20为水力压裂裂隙闭合时煤体的渗透率，m2；k为煤层水力压裂后瓦斯抽采过程中的渗透率，m2，
单位体积煤体由于瓦斯压力变化产生的吸附膨胀应变为：
式中：E为弹性模量；ν为泊松比；ρ为煤的视密度；Vm为气体摩尔体积，Vm＝22.4×10-3m3/mol；T0为温度；a为一定温度下的极限吸附量；b为达到极限吸附量时所对应的瓦斯压力的一半；R为普适气体常数，R＝8.3143J/(mol·K)，p0为煤层原始瓦斯压力；p为当前状态瓦斯压力；
含瓦斯煤体的体积应变为
式中：E为弹性模量；ν为泊松比；ρ为煤的视密度；Vm为气体摩尔体积，Vm＝22.4×10-3m3/mol；T0为温度；a为一定温度下的极限吸附量；b为达到极限吸附量时所对应的瓦斯压力的一半；R为普适气体常数，R＝8.3143J/(mol·K)，Δp为瓦斯压力变化量，Δp＝p-p0；p0为煤层原始瓦斯压力；p为当前状态瓦斯压力，αp为孔隙瓦斯压力系数。
将瓦斯压力代入公式(9)可得到煤层水力压裂后瓦斯抽采过程中不同瓦斯压力时的煤层渗透率，实现对水力压裂后瓦斯抽采过程中的煤层渗透率的预测。
本发明的有益效果是：本发明方法依据煤层水力压裂增透机理，将水力压裂增透过程分为水力压裂裂隙扩展阶段、水力压裂裂隙闭合阶段和瓦斯抽采三个阶段，分阶段获得煤层渗透率的变化规律及渗透性的大小，定量地计算出水力压裂后煤层渗透率的大小，实现煤层水力压裂的效果由定性分析向定量分析的转变，对于提高水力压裂技术实施的针对性，增加瓦斯抽采的效果和和保障煤矿的安全生产具有重要的意义。
附图说明
图1为本发明的流程图；
图2为本发明中煤层水力压裂过程中的渗透率随注水压力变化拟合曲线；
图3为本发明中煤层水力压裂后排水过程中的渗透率随注水压力变化拟合曲线；
图4为本发明中煤层水力压裂后瓦斯抽采过程中的渗透率随瓦斯压力变化曲线。
具体实施方式
如图1所示，本发明的一种煤层水力压裂渗透率预测方法，包括如下步骤：
(1)通过渗透性试验测定煤层原始渗透率k0；
所述步骤(1)的具体步骤为，从水力压裂煤层采集煤样并用取芯机钻取煤芯加工制作成标准试件，将试件置于压力室的上压头和下压头之间；根据煤层水力压裂地点最大主应力(σ1)和最小主应力(σ3)大小，通过高精度伺服液压泵站对试件施加相应的轴压(σ1)和围压(σ3)，通过流量计读取流体流量(q)，测定试件原始渗透率k0，k0由如下的计算公式得到：
式中：k0为煤样原始渗透率，m2；p2为进气口压力；p1为出气口压力；p2+p1＝2p0，p0为煤层原始瓦斯压力；ps为大气压；q为气体流量，m3/s；μ为在测定温度下的动力黏度；L为煤样的有效渗流长度，m；A为煤样的有效渗流横截面面积，m2。
(2)对压裂过程中的渗透性试验数据进行拟合获得煤层水力压裂过程中的渗透率变化规律k1，计算得到水力压裂完成时的煤层渗透率k10；
所述步骤(2)的具体步骤为，轴压(σ1)和围压(σ3)保持不变，通过伺服增加系统逐步增加水压力对试件进行水力压裂处理，当注水压力大于围压(σ3)和煤体强拉强度(σt)之和时停止增压同时读取流体流量(q)，获得试件水力压裂过程中的渗透率数据；对试件水力压裂过程中的渗透率数据进行拟合得到水力压裂过程中煤体渗透率变化方程
式中，k0为煤样原始渗透率，m2；k1为水力压裂过程中煤层渗透率，m2；ξ1，α为损伤对煤体渗透率影响系数，ξ1、α通过渗透性试验数据拟合确定；p注为注水压力，MPa；p0为煤层原始瓦斯压力，MPa；σ3为围压即最小主应力，MPa；σt为煤体抗拉强度，将水力压裂结束时的压力代入计算得到排水结束时的煤层渗透率k10。
(3)对排水过程中的渗透性试验数据进行拟合获得煤层水力压裂后排水过程中的渗透率变化规律k2，计算得到排水结束时的煤层渗透率k20；
所述步骤(3)的具体步骤为，在保持轴压(σ1)和围压(σ3)不变的情况下，逐步减少水压力，当水压力与煤层原始瓦斯压力(p0)相等时停止，在此过程中读取水压力和流体流量，获得试件水力压裂后排水过程中的渗透率数据；对排水过程中的渗透率数据进行拟合得到煤层水力压裂后排水过程中的渗透率变化方程
式中：k2为水力压裂后裂隙闭合阶段煤层的动态渗透率，m2；k10为煤层压裂完成的渗透率，m2；p排为煤层排水过程中的孔隙水压力，MPa；ξ2为裂隙压缩时的煤体渗透率影响系数，Cf为裂隙体积压缩系数，取决于煤体力学特性，MPa-1；σ3为围压即最小主应力，MPa；σt为煤体抗拉强度，MPa，其中，ξ2、Cf通过渗透性试验数据拟合确定；将排水结束时的压力代入计算得到排水结束时的煤层渗透率k20。
(4)考虑瓦斯吸附膨胀和孔隙流体压力等因素获得煤层水力压裂后瓦斯抽采过程中的渗透率变化规律k，计算得到水力压裂后瓦斯抽采过程中不同瓦斯压力时的煤层渗透率。
所述步骤(4)的具体步骤为，收集煤层煤岩力学性质参数和瓦斯基础参数，综合考虑瓦斯吸附膨胀和孔隙流体压力因素构建渗透率演化模型
式中：
为初始孔隙率；εV为体积应变；CS为煤体骨架的体积压缩系数；Δp为瓦斯压力变化量，Δp＝p-p0；p0为煤层原始瓦斯压力；p为当前状态瓦斯压力；εP为单位体积煤体由于瓦斯压力变化产生的吸附膨胀应变，k20为水力压裂裂隙闭合时煤体的渗透率，m2；k为煤层水力压裂后瓦斯抽采过程中的渗透率，m2，
单位体积煤体由于瓦斯压力变化产生的吸附膨胀应变为：
式中：E为弹性模量；ν为泊松比；ρ为煤的视密度；Vm为气体摩尔体积，Vm＝22.4×10-3m3/mol；T0为温度；a为一定温度下的极限吸附量；b为达到极限吸附量时所对应的瓦斯压力的一半；R为普适气体常数，R＝8.3143J/(mol·K)，p0为煤层原始瓦斯压力；p为当前状态瓦斯压力；
含瓦斯煤体的体积应变为
式中：E为弹性模量；ν为泊松比；ρ为煤的视密度；Vm为气体摩尔体积，Vm＝22.4×10-3m3/mol；T0为温度；a为一定温度下的极限吸附量；b为达到极限吸附量时所对应的瓦斯压力的一半；R为普适气体常数，R＝8.3143J/(mol·K)，Δp为瓦斯压力变化量，Δp＝p-p0；p0为煤层原始瓦斯压力；p为当前状态瓦斯压力，αp为孔隙瓦斯压力系数。
将瓦斯压力代入公式(9)可得到煤层水力压裂后瓦斯抽采过程中不同瓦斯压力时的煤层渗透率，实现对水力压裂后瓦斯抽采过程中的煤层渗透率的预测。
下面以某矿煤层水力压裂渗透率预测为例进行说明：
某矿主采煤层地应力为σ1＝15MPa，σ2＝12MPa，σ3＝9MPa。
步骤(1)：通过渗透性试验测定煤层原始渗透率k0：
从该水力压裂煤层采集煤样并用取芯机钻取煤芯加工制作成标准试件(φ50mm×100mm)，将试件置于压力室的上压头和下压头之间；根据煤层原始应力情况通过高精度伺服液压泵站对试件施加一定的轴压σ1＝15MPa和围压σ3＝9MPa，通过流量计读取流体流量，测定试件原始渗透率k0；
k0由如下的计算公式得到：
式中：k0为煤样原始渗透率，m2；p2为进气口压力，p2＝4.5MPa；p1为出气口压力，p2＝3.5MPa；p2+p1＝2p0，p0为煤层原始瓦斯压力，p0＝4MPa；ps为大气压，取0.1MPa；q为气体流量，m3/s；μ为在测定温度下的动力黏度，μ＝1.01×10-3Pa·s；L为煤样的有效渗流长度，m；A为煤样的有效渗流横截面面积，m2。
经过测定q＝4.35×10-6m3/s，可计算出k0＝5.6×10-15m2。
步骤(2)：对压裂过程中的渗透性试验数据进行拟合获得煤层水力压裂过程中的渗透率变化规律k1，计算得到水力压裂完成时的煤层渗透率k10：
轴压σ1和围压σ3保持不变，通过伺服增加系统逐步增加水压力对试件进行水力压裂处理，当注水压力大于围压和煤体强拉强度之和时停止增压同时读取流体流量，获得试件水力压裂过程中的渗透率，并将数据记录在表1中。
表1试件水力压裂过程渗透率试验结果
煤层水力压裂过程是煤体发生损伤和破坏的过程。随着水压力的增加，煤体不断发生损伤和断裂，煤体的渗透性呈指数形式增加。因此，水力压裂过程中煤体渗透率具有如下的变化规律
式中，k0为煤样原始渗透率，m2；k1为水力压裂过程中煤层渗透率，m2；ξ1，α为损伤对煤体渗透率影响系数，ξ1，α渗透性试验数据拟合确定；p注为注水压力，MPa；p0为煤层原始瓦斯压力，MPa；σ3为围压即最小主应力，MPa；σt为煤体抗拉强度，σt＝3MPa。
将表1中的数据与式2进行拟合可得到ξ1＝1.13，α＝3.41，即可得到水力压裂过程中煤体渗透率变化方程为
将水力压裂结束时的压力p注＝13MPa代入式(3)，可得k10＝294.44×10-15m2。
步骤(3)：对排水过程中的渗透性试验数据进行拟合获得煤层水力压裂后排水过程中的渗透率变化规律k2，计算得到排水结束时的煤层渗透率k20：
在保持轴压σ1和围压σ3不变的情况下，逐步减少水压力，当水压力与煤层原始瓦斯压力p0相等时停止，在此过程中读取水压力和流体流量，获得试件水力压裂后排水过程中的渗透率，并将数据记录在表2中；
表2试件水力压裂过程渗透率试验结果
水力压裂后的排水过程为煤层水力裂缝闭合过程。排水过程中，随着孔隙水压力的减少，煤体有效应力增加，煤体的渗透性呈指数形式减少。因此，水力压裂后裂隙闭合过程中煤体渗透率具有如下的变化规律
式中：k2为水力压裂后裂隙闭合阶段煤层的动态渗透率，m2；k10为煤层压裂完成的渗透率，m2；p排为煤层排水过程中的孔隙水压力，MPa；ξ2为裂隙压缩时的煤体渗透率影响系数，Cf为裂隙体积压缩系数，取决于煤体力学特性，MPa-1；σ3为围压即最小主应力，MPa；σt为煤体抗拉强度，MPa。
将表2中的数据与式4进行拟合可得到ξ2＝0.81，Cf＝0.042，即可得到水力压裂后排水过程中的渗透率变化方程为
k2＝0.81×294.44e0.127(p-12)
(5)
将水力压裂后排水阶段结束时的压力p＝4MPa代入式(5)，可得k20＝86.42×10- 15m2。
步骤(4)：考虑瓦斯吸附膨胀和孔隙流体压力因素获得煤层水力压裂后瓦斯抽采过程中的渗透率变化规律k，计算得到水力压裂后瓦斯抽采过程中不同瓦斯压力时的煤层渗透率：
收集煤层煤岩力学性质参数和瓦斯基础参数(表3)，综合考虑瓦斯吸附膨胀和孔隙流体压力等因素构建渗透率演化模型，计算得到煤层水力压裂后瓦斯抽采过程中不同瓦斯压力时的煤层渗透率，对水力压裂后瓦斯抽采过程中的煤层渗透率进行预测。
表3煤层煤力学参数和瓦斯渗流参数
为了建立水力压裂后抽采过程中的含瓦斯煤渗透率理论模型做出如下基本假设：①煤体的孔隙和裂隙体积用孔隙率进行表征；②煤层中只有单相饱和的瓦斯流体；③含瓦斯煤体的变形为弹性小变形；④含瓦斯煤体原始地应力和原始瓦斯压力条件下的应变为零，体积膨胀取正，体积压缩取负；⑤瓦斯的抽采过程为等温过程。
1)煤体孔隙率方程
基于孔隙率
的定义，考虑煤体骨架的变形由瓦斯压力变化引起的变形和瓦斯吸附膨胀引起的变形两部分组成，再根据基本假设③和假设⑤，经推导可得以体应变表达的孔隙率方程：
式中：
为当前孔隙率；
为初始孔隙率；εV为体积应变；CS为煤体骨架的体积压缩系数；Δp为瓦斯压力变化量，Δp＝p-p0；p0为煤层原始瓦斯压力；p为当前状态瓦斯压力；εP为单位体积煤体由于瓦斯压力变化产生的吸附膨胀应变。
由于瓦斯压力变化产生的吸附膨胀应变为：
式中：E为弹性模量；ν为泊松比；ρ为煤的视密度；Vm为气体摩尔体积，Vm＝22.4×10-3m3/mol；T0为温度；a为一定温度下的极限吸附量；b为达到极限吸附量时所对应的瓦斯压力的一半；R为普适气体常数，R＝8.3143J/(mol·K)。
2)有效应力方程
根据基本假设③，含瓦斯煤有效应力与体应变之间的关系遵从广义虎克定律，并且考虑含瓦斯煤体有效应力是吸附膨胀应力和孔隙瓦斯流体压力综合作用的结果，可得含瓦斯煤体的体积应变为
式中：E为弹性模量；ν为泊松比；ρ为煤的视密度；Vm为气体摩尔体积，Vm＝22.4×10-3m3/mol；T0为温度；a为一定温度下的极限吸附量；b为达到极限吸附量时所对应的瓦斯压力的一半；R为普适气体常数，R＝8.3143J/(mol·K)，Δp为瓦斯压力变化量，Δp＝p-p0；p0为煤层原始瓦斯压力；p为当前状态瓦斯压力，αp为孔隙瓦斯压力系数。
3)煤体渗透率模型
根据Kozeny-Carman方程可得以煤体孔隙率表示的含瓦斯煤动态渗透率方程为
式中：
为初始孔隙率；εV为体积应变；CS为煤体骨架的体积压缩系数；Δp为瓦斯压力变化量，Δp＝p-p0；p0为煤层原始瓦斯压力；p为当前状态瓦斯压力；εP为单位体积煤体由于瓦斯压力变化产生的吸附膨胀应变，k20为水力压裂裂隙闭合时煤体的渗透率，m2；k为煤层水力压裂后瓦斯抽采过程中的渗透率，m2。
将式(6)、式(7)、式(8)及相关参数代入式(9)可得
由式(10)可计算出水力压裂后瓦斯抽采过程中不同瓦斯压力时的煤层渗透率，实现水力压裂后煤层的渗透率预测。
尽管上文对本发明进行了详细说明，但是本发明不限于此，本技术领域技术人员可以根据本发明的原理进行各种修改。因此，凡按照本发明原理所作的修改，都应当理解为落入本发明的保护范围。
Claims (4)
1.一种煤层水力压裂渗透率预测方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)通过渗透性试验测定煤层原始渗透率k0；
(2)对压裂过程中的渗透性试验数据进行拟合获得煤层水力压裂过程中的渗透率变化规律k1，计算得到水力压裂完成时的煤层渗透率k10；
所述步骤(2)的具体步骤为，轴压σ1和围压σ3保持不变，通过伺服增加系统逐步增加水压力对试件进行水力压裂处理，当注水压力大于围压σ3和煤体抗拉强度σt之和时停止增压同时读取流体流量q，获得试件水力压裂过程中的渗透率数据；对试件水力压裂过程中的渗透率数据进行拟合得到水力压裂过程中煤体渗透率变化方程
式中，k0为煤样原始渗透率，m2；k1为水力压裂过程中煤层渗透率，m2；ξ1，α为损伤对煤体渗透率影响系数，ξ1、α通过渗透性试验数据拟合确定；p注为注水压力，MPa；p0为煤层原始瓦斯压力，MPa；σ3为围压即最小主应力，MPa；σt为煤体抗拉强度，将水力压裂结束时的压力代入计算得到水力压裂完成时的煤层渗透率k10；
(3)基于步骤(2)得到的水力压裂完成时的煤层渗透率k10，对排水过程中的渗透性试验数据进行拟合获得煤层水力压裂后排水过程中的渗透率变化规律k2，计算得到排水结束时的煤层渗透率k20；
(4)基于步骤(3)排水结束时的煤层渗透率k20，考虑瓦斯吸附膨胀和孔隙流体压力因素构建渗透率演化模型获得煤层水力压裂后瓦斯抽采过程中的渗透率变化规律k，计算得到水力压裂后瓦斯抽采过程中不同瓦斯压力时的煤层渗透率，实现水力压裂后煤层的渗透率预测。
2.根据权利要求1所述的一种煤层水力压裂渗透率预测方法，其特征在于：所述步骤(1)的具体步骤为，从水力压裂煤层采集煤样并用取芯机钻取煤芯加工制作成标准试件，将试件置于压力室的上压头和下压头之间；根据煤层水力压裂地点最大主应力σH和最小主应力σh大小，通过高精度伺服液压泵站对试件施加相应的轴压σ1和围压σ3，通过流量计读取流体流量q，测定试件原始渗透率k0，k0由如下的计算公式得到：
式中：k0为煤样原始渗透率，m2；p2为进气口压力；p1为出气口压力；p2+p1＝2p0，p0为煤层原始瓦斯压力；ps为大气压；q为气体流量，m3/s；μ为在测定温度下的动力黏度；L为煤样的有效渗流长度，m；A为煤样的有效渗流横截面面积，m2。
3.根据权利要求1所述的一种煤层水力压裂渗透率预测方法，其特征在于：所述步骤(3)的具体步骤为，在保持轴压σ1和围压σ3不变的情况下，逐步减少水压力，当水压力与煤层原始瓦斯压力p0相等时停止，在此过程中读取水压力和流体流量，获得试件水力压裂后排水过程中的渗透率数据；对排水过程中的渗透率数据进行拟合得到煤层水力压裂后排水过程中的渗透率变化方程
式中：k2为水力压裂后裂隙闭合阶段煤层的动态渗透率，m2；k10为水力压裂完成时的煤层渗透率，m2；p排为煤层排水过程中的孔隙水压力，MPa；ξ2为裂隙压缩时的煤体渗透率影响系数，Cf为裂隙体积压缩系数，取决于煤体力学特性，MPa-1；σ3为围压，MPa；σt为煤体抗拉强度，MPa，其中，ξ2、Cf通过渗透性试验数据拟合确定；将排水结束时的压力代入计算得到排水结束时的煤层渗透率k20。
4.根据权利要求1所述的一种煤层水力压裂渗透率预测方法，其特征在于：所述步骤(4)的具体步骤为，根据排水结束时的煤层渗透率k20，收集煤层煤岩力学性质参数和瓦斯基础参数，综合考虑瓦斯吸附膨胀和孔隙流体压力因素构建渗透率演化模型
式中：
为初始孔隙率；εV为体积应变；CS为煤体骨架的体积压缩系数；Δp为瓦斯压力变化量，Δp＝p-p0；p0为煤层原始瓦斯压力；p为当前状态瓦斯压力；εP为单位体积煤体由于瓦斯压力变化产生的吸附膨胀应变，k20为排水结束时的煤层渗透率，m2；k为煤层水力压裂后瓦斯抽采过程中的渗透率，m2，
单位体积煤体由于瓦斯压力变化产生的吸附膨胀应变为：
式中：E为弹性模量；ν为泊松比；ρ为煤的视密度；Vm为气体摩尔体积，Vm＝22.4×10-3m3/mol；T0为温度；a为一定温度下的极限吸附量；b为达到极限吸附量时所对应的瓦斯压力的一半；R为普适气体常数，R＝8.3143J/(mol·K)，p0为煤层原始瓦斯压力；p为当前状态瓦斯压力；
含瓦斯煤体的体积应变为
式中：E为弹性模量；ν为泊松比；ρ为煤的视密度；Vm为气体摩尔体积，Vm＝22.4×10-3m3/mol；T0为温度；a为一定温度下的极限吸附量；b为达到极限吸附量时所对应的瓦斯压力的一半；R为普适气体常数，R＝8.3143J/(mol·K)，Δp为瓦斯压力变化量，Δp＝p-p0；p0为煤层原始瓦斯压力；p为当前状态瓦斯压力，αp为孔隙瓦斯压力系数，
瓦斯压力代入公式(9)可得到煤层水力压裂后瓦斯抽采过程中不同瓦斯压力时的煤层渗透率，实现对水力压裂后瓦斯抽采过程中的煤层渗透率的预测。
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