CN109779610B - 基于可控冲击波技术的增透钻孔有效作用半径测定方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及煤矿瓦斯抽采，具体涉及一种基于可控冲击波技术的增透钻孔有效作用半径测定方法。为克服现有瓦斯抽采钻孔有效半径测定方法存在的准确度不高，或者采用准确度较高的煤层实测声强法又存在成本过高、代价过大和实际工程上没有意义的技术问题，本发明提供了一种基于可控冲击波技术的增透钻孔有效作用半径测定方法。包括以下步骤：1)设定增透钻孔间距；2)施钻增透钻孔；3)进行冲击波作业，绘制抽采曲线；4)判断两个增透钻孔之间是否存在相互影响；5)找到两个增透钻孔介于相互影响和互不影响的临界状态，此时两个增透钻孔间距的一半为增透钻孔有效作用半径。这种方法准确度较高，并且成本低、代价小，工程上具有实现意义。
Description
技术领域
本发明涉及煤矿瓦斯抽采，具体涉及一种基于可控冲击波技术的增透钻孔有效作用半径测定方法。
背景技术
在煤矿瓦斯抽采中，声波可以对煤层瓦斯解吸产生影响。重庆大学鲜学福院士团队研究了声场对煤层的作用，指出声场能够提高煤层的渗透率，促进瓦斯解吸附。苏联科学家研究了声场对砂岩渗透率的影响，指出当声强达到150dB(1kW/m2)时，可以解除砂岩的油层堵塞。因此，利用声波进行瓦斯抽采具有一定的应用前景。
瓦斯抽采前，需要在采煤工作面上进行钻孔，若钻孔间距确定过大，在钻孔之间会形成抽采空白区，给安全生产带来极大的事故隐患；若钻孔间距确定过小，虽然会在一定程度上提高瓦斯抽采率，增大瓦斯抽采量，但也增加了不必要的钻孔施工量和成本负担。因此，通过确定瓦斯抽采有效半径来合理设计钻孔间距，在矿井的瓦斯抽采工作中起着至关重要的作用。
现有多数煤矿的瓦斯抽采中，钻孔有效半径测定方法测得的半径值准确度不太高，易形成抽采空白区或者增加了不必要的钻孔施工量。虽然通过在煤层实测声强的方法可以获得较为准确的钻孔瓦斯抽采有效半径值，但这种测定方法成本过高、代价过大，在实际工程上没有意义。
发明内容
为克服现有瓦斯抽采钻孔有效半径测定方法存在的准确度不高，易形成抽采空白区或者增加不必要钻孔施工量的技术问题，而采用准确度较高的煤层实测声强法又存在成本过高、代价过大和实际工程上没有意义的技术问题，本发明提供了一种基于可控冲击波技术的增透钻孔有效作用半径测定方法。
为达到上述目的，本发明提供的技术解决方案如下：
一种基于可控冲击波技术的增透钻孔有效作用半径测定方法，其特殊之处在于，包括以下步骤：
1)设定增透钻孔间距；
2)根据步骤1)设定的增透钻孔间距施钻两个增透钻孔；
3)利用可控冲击波对步骤2)获取的两个增透钻孔进行冲击波作业，测定两个增透钻孔的日抽采量，并为两个增透钻孔绘制抽采曲线；
4)根据步骤3)获取的抽采曲线，判断两个增透钻孔之间是否存在相互影响；若两个增透钻孔的日抽采量变化增减正好相反，存在负相关关系，则两个增透钻孔之间存在相互影响；若两个增透钻孔的日抽采量变化同时增加或减小，存在正相关关系，若两个增透钻孔的日抽采量变化既不存在负相关关系，也不存在正相关关系，则两个增透钻孔之间互不影响；
5)根据步骤4)的判断结果，适当增减两个增透钻孔间距，重复步骤2)至4)，直至找到两个增透钻孔介于相互影响和互不影响的临界状态，则此时两个增透钻孔间距的一半为增透钻孔有效作用半径。
进一步地，步骤1)中，设定的增透钻孔间距为40±10m。
进一步地，步骤5)中，每次两个增透钻孔间距的增减范围为5±3m。
进一步地，若步骤4)中，判断已施钻的两个增透钻孔之间互不影响，则步骤5)中施钻增透钻孔时，其中一个增透钻孔借用已施钻互不影响的两个增透钻孔中的一个。
进一步地，步骤3)中，所述可控冲击波由可控冲击波产生设备产生，所述可控冲击波产生设备采用金属丝电爆炸等离子体驱动含能材料产生冲击波。
进一步地，步骤3)中，所述可控冲击波产生设备为高压直流电源与储能电容器、能量控制器以及能量转换器同轴集成的一个整体。
本发明相比现有技术具有的有益效果为：
1、设定增透钻孔间距，然后验证增透钻孔间距是否合理，即判断增透钻孔间距与增透钻孔瓦斯抽采有效作用半径的关系，根据判断结果不断调整两个增透钻孔的间距，直到找到两个增透钻孔介于相互影响和互不影响的临界状态，从而确定增透钻孔的有效作用半径，通过这种方法测定增透钻孔有效作用半径，准确度较高。
2、通过观察两个增透钻孔的日抽采量变化是否增减正好相反，即是否存在流量(即日抽采量)对拉的现象，来验证两个增透钻孔的间距是否在增透钻孔的有效作用范围之内，方法简单，有效降低了测定成本，代价小，工程上具有实现意义。
3、经准确测定增透钻孔有效半径后，再合理施钻增透钻孔进行瓦斯抽采，保证了瓦斯的充分抽采，同时可以避免抽采空白区的形成，或者减少不必要的钻孔施工量和成本负担。
4、若已施钻的两个增透钻孔之间互不影响，其中一个增透钻孔可作为下次施钻的两个增透钻孔中的一个，这样可以少施钻一个增透钻孔，减少施工量，降低成本。
5、采用可控冲击波产生设备对增透钻孔进行冲击作业时，由于含能材料具有在隔绝空气条件下发生化学反应并瞬间输出巨大功率的独特性质，借助于含能材料的化学能可以数十倍地增加冲击波能量，可控冲击波产生设备产生的冲击波可剥离煤层孔隙、裂隙和渗流通道中附着在煤岩表面的杂物，起到解除煤层堵塞作用，提高煤层渗流能力，增透效果好。
附图说明
图1为本发明冲击波在煤层及其顶板和底板的折反射示意图；
图2为本发明两个增透钻孔间距40m时的抽采曲线；
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步地说明。
利用可控冲击波增透煤层进行瓦斯抽采的原理：
如图1所示，可控冲击波以作业点为球心、以球面波的形式向煤层辐射，辐射向煤层顶板和底板的冲击波经顶板和底板反射后又回到煤层，在煤层中进行多次反射和汇聚。冲击波有效作用区域之内的煤体，在不同时刻受到不同方向的应力作用，不同方向的层理和弱面被撕裂和贯通形成网状裂隙，不同方向的应力波可以促进瓦斯解吸附。
受到煤层及其顶板和底板的声阻抗和煤层厚度空间尺寸的约束，冲击波在煤层中不同距离上还会汇聚，汇聚区的煤层增透效果更好。由于冲击波在煤层的汇聚区不是一个确定的位置，冲击波对煤层的有效作用半径截止于其最终演化成的声波不能促使煤层瓦斯解吸附的区域。
本发明的基于可控冲击波技术的增透钻孔有效作用半径测定方法，包括以下步骤：
1)设定增透钻孔间距为40±10m；
2)根据步骤1)设定的增透钻孔间距施钻两个增透钻孔；
3)利用可控冲击波对步骤2)获取的两个增透钻孔进行冲击波作业，在每个增透钻孔的孔底至孔口设定距离(即距孔口最近的作业点距离孔口至少35m)之间均设置多个作业点并进行可控冲击波作业，测定两个增透钻孔的日抽采量，并为两个增透钻孔绘制抽采曲线；
4)根据步骤3)获取的抽采曲线，判断两个增透钻孔之间是否存在相互影响；若两个增透钻孔的日抽采量变化增减正好相反，存在负相关关系，则说明两个增透钻孔间存在相互影响，此种情况为两个增透钻孔的抽采负压形成了对拉，说明两个增透钻孔之间已经完全由裂隙贯通，两个增透钻孔间距在增透钻孔有效作用范围之内；若两个增透钻孔的日抽采量变化同时增加或减小，存在正相关关系，认为该变化主要由外部因素导致，若两个增透钻孔的日抽采量变化既不存在负相关关系，也不存在正相关关系，则两个增透钻孔之间互不影响；
5)根据步骤4)的判断结果，适当增减两个增透钻孔间距，每次两个增透钻孔间距的增减范围为5±3m，重复步骤2)至4)，直至找到两个增透钻孔间距介于相互影响和互不影响的临界状态，则此时两个增透钻孔间距的一半为增透钻孔有效作用半径。
若已施钻的两个增透钻孔之间互不影响，则步骤5)中施钻增透钻孔时，其中一个增透钻孔借用已施钻互不影响的两个增透钻孔中的一个。
可控冲击波由可控冲击波产生设备产生，可控冲击波产生设备采用金属丝电爆炸等离子体驱动含能材料产生冲击波。可控冲击波产生设备为高压直流电源与储能电容器、能量控制器以及能量转换器同轴集成的一个整体。上述可控冲击波产生设备5与公布号为CN107956505A的专利文献中记载的可控冲击波产生设备结构相同，其具体结构详见该专利说明书具体实施方式部分。
当两个增透钻孔的间距设定为40m时，如图2所示，两个增透钻孔的日抽采量随时间增减情况正好相反，一个增透钻孔日抽采量增加，则另一个增透钻孔日抽采量减少，表明两个增透钻孔间距的一半小于增透钻孔有效作用半径。
分析流量对拉出现的原因为：抽采初期，增透钻孔的负压未及时传递到煤层各处，煤体内吸附的瓦斯还未及时解吸，此时冲击波作业造成的裂隙导通两个增透钻孔，形成负压对拉。
随着负压逐渐平衡到煤体各处，吸附在煤层的瓦斯在负压的作用下失去吸附平衡，解吸作用明显加快，瓦斯日抽采量随之增大。随着瓦斯日抽采量的增大，负压对拉逐渐被抵消，最终会达到稳定高产状态，一个增透钻孔的平均日抽采量为0.2m3/min，另一个增透钻孔的平均日抽采量为0.48m3/min。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，对于本领域的普通专业技术人员来说，可以对前述各实施例所记载的具体技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明所保护技术方案的范围。
Claims (4)
1.一种基于可控冲击波技术的增透钻孔有效作用半径测定方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)设定增透钻孔间距为40±10m；
2)根据步骤1)设定的增透钻孔间距施钻两个增透钻孔；
3)利用可控冲击波对步骤2)获取的两个增透钻孔进行冲击波作业，测定两个增透钻孔的日抽采量，并为两个增透钻孔绘制抽采曲线；
4)根据步骤3)获取的抽采曲线，判断两个增透钻孔之间是否存在相互影响；若两个增透钻孔的日抽采量变化增减正好相反，存在负相关关系，则两个增透钻孔之间存在相互影响；若两个增透钻孔的日抽采量变化同时增加或减小，存在正相关关系，若两个增透钻孔的日抽采量变化既不存在负相关关系，也不存在正相关关系，则两个增透钻孔之间互不影响；
5)根据步骤4)的判断结果，适当增减两个增透钻孔间距，重复步骤2)至4)，直至找到两个增透钻孔介于相互影响和互不影响的临界状态，则此时两个增透钻孔间距的一半为增透钻孔有效作用半径；
每次两个增透钻孔间距的增减范围为5±3m。
2.根据权利要求1所述的基于可控冲击波技术的增透钻孔有效作用半径测定方法，其特征在于：若步骤4)中，判断已施钻的两个增透钻孔之间互不影响，则步骤5)中施钻增透钻孔时，其中一个增透钻孔借用已施钻互不影响的两个增透钻孔中的一个。
3.根据权利要求1所述的基于可控冲击波技术的增透钻孔有效作用半径测定方法，其特征在于：步骤3)中，所述可控冲击波由可控冲击波产生设备产生，所述可控冲击波产生设备采用金属丝电爆炸等离子体驱动含能材料产生冲击波。
4.根据权利要求3所述的基于可控冲击波技术的增透钻孔有效作用半径测定方法，其特征在于：步骤3)中，所述可控冲击波产生设备为高压直流电源与储能电容器、能量控制器以及能量转换器同轴集成的一个整体。
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|---|---|---|---|---|
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| CN113123785B (zh) * | 2021-03-18 | 2022-06-21 | 太原理工大学 | 一种煤矿瓦斯抽采达标有效抽采半径测算方法 |
| CN117708469B (zh) * | 2024-02-06 | 2024-04-16 | 天津矿智科技有限公司 | 基于瓦斯抽采空白区识别的补充钻孔轨迹计算方法和系统 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107035366A (zh) * | 2017-04-27 | 2017-08-11 | 中国平煤神马能源化工集团有限责任公司 | 一种测定煤层液态二氧化碳相变致裂增透范围的方法 |
| CN107575204A (zh) * | 2017-10-26 | 2018-01-12 | 重庆大学 | 一种煤矿井下割缝保压导向压裂增透方法 |
| CN108757010A (zh) * | 2018-06-06 | 2018-11-06 | 西安闪光能源科技有限公司 | 干式可控冲击波煤层增透器 |
Family Cites Families (15)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2343275C2 (ru) * | 2006-02-22 | 2009-01-10 | Шлюмбергер Текнолоджи Б.В. | Способ интенсификации добычи природного газа из угольных пластов |
| GB2436576B (en) * | 2006-03-28 | 2008-06-18 | Schlumberger Holdings | Method of facturing a coalbed gas reservoir |
| CN102155254B (zh) * | 2011-02-28 | 2013-05-22 | 中国矿业大学 | 一种低透气性煤层脉冲压裂增透抽采瓦斯方法 |
| US9062545B2 (en) * | 2012-06-26 | 2015-06-23 | Lawrence Livermore National Security, Llc | High strain rate method of producing optimized fracture networks in reservoirs |
| US9181788B2 (en) * | 2012-07-27 | 2015-11-10 | Novas Energy Group Limited | Plasma source for generating nonlinear, wide-band, periodic, directed, elastic oscillations and a system and method for stimulating wells, deposits and boreholes using the plasma source |
| CN103336050A (zh) * | 2013-06-06 | 2013-10-02 | 重庆大学 | 可控大功率声波作用下煤层气渗流实验装置 |
| CN104061014B (zh) * | 2014-07-07 | 2016-03-02 | 太原理工大学 | 一种基于高压电脉冲的煤层增透实验装置 |
| CN104121011A (zh) * | 2014-07-16 | 2014-10-29 | 中煤科工集团重庆研究院有限公司 | 基于瓦斯含量法测定钻孔有效抽采半径的方法 |
| CN104696004B (zh) * | 2015-01-30 | 2017-05-24 | 河南理工大学 | 基于残余瓦斯含量的钻孔抽采瓦斯有效半径测定法 |
| CN105138029B (zh) * | 2015-08-03 | 2016-06-29 | 陈信平 | 注氮增产煤层气的压力控制方法 |
| CN106285608A (zh) * | 2016-10-28 | 2017-01-04 | 中国矿业大学 | 一种煤层气井脉冲爆震致裂增渗方法 |
| CN106503357B (zh) * | 2016-11-02 | 2019-07-05 | 河南理工大学 | 基于穿层钻孔瓦斯涌出特征测定有效抽采半径的方法 |
| CN106703873B (zh) * | 2016-12-08 | 2018-08-21 | 重庆大学 | 确定水力冲孔有效抽采半径的方法 |
| CN107956505A (zh) * | 2017-10-18 | 2018-04-24 | 西安交通大学 | 基于可控冲击波技术的煤矿井下钻孔增透方法 |
| CN108086901A (zh) * | 2017-12-12 | 2018-05-29 | 中煤科工集团重庆研究院有限公司 | 一种穿层钻孔网状割缝增透方法 |
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Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107035366A (zh) * | 2017-04-27 | 2017-08-11 | 中国平煤神马能源化工集团有限责任公司 | 一种测定煤层液态二氧化碳相变致裂增透范围的方法 |
| CN107575204A (zh) * | 2017-10-26 | 2018-01-12 | 重庆大学 | 一种煤矿井下割缝保压导向压裂增透方法 |
| CN108757010A (zh) * | 2018-06-06 | 2018-11-06 | 西安闪光能源科技有限公司 | 干式可控冲击波煤层增透器 |
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