[發明專利]煤層瓦斯參數隨鉆快速測試的反演計算方法

有效

• 申請號: 201910551854.1
• 申請日: 2019-06-24
• 公開（公告）號: CN110424949B
• 公開（公告）日: 2021-06-22
• 發明（設計）人: 王恩元;汪皓;歐建春;沈榮喜;李忠輝;劉曉斐
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學
• 主分類號: E21B47/01
• 分類號: E21B47/01;E21B47/06;E21F7/00;G06Q50/02
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 朱小兵

1.一種煤層瓦斯參數隨鉆快速測試的反演計算方法，其特征在于，在煤層中鉆孔，通過隨鉆實時測試孔口氣體流量和瓦斯濃度，計算出孔口實時鉆孔瓦斯涌出量和平均鉆孔瓦斯涌出量，基于鉆孔和煤層滲透率參數反演計算出鉆頭處的煤層瓦斯壓力，根據瓦斯含量與瓦斯壓力關系式計算出煤層瓦斯含量；

所述的煤層瓦斯參數隨鉆快速測試的反演計算方法，具體包括以下步驟：

a.鉆進煤層鉆孔或穿煤鉆孔時，在孔口段安裝防噴裝置或孔口快速密封裝置，在所述防噴裝置或孔口快速密封裝置的抽氣口連接瓦斯氣體綜合參數測定儀、與抽放系統連接的抽放管路；

b.將鉆頭和鉆桿連接，穿過所述防噴裝置或孔口快速密封裝置，開始鉆進；

c.鉆進到煤層時，記錄見煤時間和位置，瓦斯氣體綜合參數測定儀自動記錄氣體流量和瓦斯濃度，計算出實時鉆孔瓦斯涌出量和平均鉆孔瓦斯涌出量；

d.鉆進鉆孔時，根據輸入的鉆孔參數、煤層滲透率、平均鉆孔瓦斯流量，編制的地面監測及分析軟件自動計算測試段煤層瓦斯壓力，并根據煤體吸附常數和環境參數，計算出煤層瓦斯含量；

e.采用定向鉆機鉆進主鉆孔和分支鉆孔時，編制的地面監測及分析軟件根據輸入的鉆孔參數、各煤段暴露時間、煤層滲透率、平均鉆孔瓦斯涌出量，自動計算測試段煤層瓦斯壓力，并根據煤體吸附常數和環境參數，計算出煤層瓦斯含量；

f.根據各段煤層瓦斯壓力、煤層瓦斯含量參數預測煤層各段的突出危險性；

g.在鉆進煤層鉆孔過程中或鉆孔結束后，停止鉆進，封閉出渣口，瓦斯氣體綜合參數測定儀自動記錄各時間段氣體流量和瓦斯濃度，編制的地面監測及分析軟件計算出鉆孔自然瓦斯涌出速度，自動計算此段煤層的透氣性系數和滲透率，并對計算的煤層瓦斯含量或壓力參數進行修正；

所述煤層瓦斯壓力的反演計算方法具體為：鉆機在鉆進過程中，孔口處的瓦斯氣體綜合參數測定儀實時記錄鉆孔過程中的孔口氣體流量、瓦斯濃度和實時鉆孔瓦斯涌出量，計算出平均鉆孔瓦斯涌出量，根據平均鉆孔瓦斯涌出量進行反演煤層不同位置處的瓦斯特征參數；孔口瓦斯抽放系統抽放的瓦斯總量由三個部分形成，分別為鉆機鉆進煤層過程中新形成的鉆孔壁釋放瓦斯量、從鉆孔壁上剝落的鉆屑釋放的瓦斯量、在新鉆孔壁形成之前的鉆孔壁釋放瓦斯量，鉆進過程中鉆頭處煤層瓦斯壓力為：

式中，pi為計算點的煤層瓦斯壓力；Q_總為計算段測量的總瓦斯涌出量；t₀為首次見煤時間，t₁,t₂,…,t_n為選取的計算煤層瓦斯參數的時間點,Δt＝t_n-t_n-1；Q₀分別為暴露初始時刻的鉆屑瓦斯涌出強度，m³/t·min；β₁為鉆屑瓦斯衰減系數，min^-1；v為水流速度，m/s；V_鉆為鉆孔鉆進速度，m/s；l_巖和l_煤分別為已經形成的巖層鉆孔長度和煤層鉆孔長度,m；S_斷面為鉆孔斷面積，m²；γ為煤體容重,kg/m³；q_i為單位面積煤壁上的瓦斯涌出量m³/m²·min；β₂為鉆孔壁瓦斯衰減系數min^-1；k為煤層滲透率,m²；μ為瓦斯動力粘度系數,Pa·s；p_n為瓦斯抽放絕對壓力Pa；x、R_M為鉆孔周圍有效影響半徑,m；

計算第i個煤孔段的瓦斯壓力，先計算出前面i-1個煤孔段的瓦斯壓力，由于每個分支孔的瓦斯壓力均不一樣，q_i也不一樣，根據上述公式(1)可以算出任何煤孔段的瓦斯壓力，然后根據公式：

來計算q_i；

鉆屑瓦斯衰減系數β₁和鉆孔壁瓦斯衰減系數β₂可通過實驗和現場試驗測得；

煤層瓦斯含量X_mi可通過瓦斯含量與瓦斯壓力的關系式，根據煤層瓦斯吸附常數和環境參數計算得到。