[發明專利]一種穿層鉆孔水力沖孔增透效果定量評價方法

有效

• 申請號: 202010419970.0
• 申請日: 2020-05-18
• 公開（公告）號: CN111577256B
• 公開（公告）日: 2021-11-26
• 發明（設計）人: 劉清泉;褚鵬;盧彥飛;程遠平;劉嫄嫄;夏磊;鄭思文
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學
• 主分類號: E21B47/08
• 分類號: E21B47/08;E21B43/26
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 周敏

1.一種穿層鉆孔水力沖孔增透效果定量評價方法，其特征在于，具體步驟如下：

1)從巖石巷道向煤層施工穿層鉆孔穿透煤層，記錄鉆孔半徑、見煤長度，并取樣測出煤層瓦斯含量，然后封孔，在孔口安裝壓力表測定煤層原始瓦斯壓力；

2)測壓完成后打開閥門使鉆孔內壓力降至大氣壓，然后測出各個時刻鉆孔瓦斯自然排放量，再利用徑向流量法，通過相應的公式計算煤層初始滲透率；

3)對鉆孔實施水力沖孔工程，記錄沖孔后鉆孔半徑，沖孔結束后持續監測鉆孔瓦斯流量兩周以上，每天至少測量1次；

4)基于測量的鉆孔瓦斯流量，利用徑向流量法計算沖孔后的煤層滲透率，沖孔后的煤層滲透率隨瓦斯測量時間的延長逐漸降低并趨于穩定，當計算結果的變化小于5％時判斷為滲透率達到穩定，確定等效滲透率；

5)在數值仿真軟件中建立煤層瓦斯運移模型，將煤層參數和步驟4)獲得的煤層滲透率、等效滲透率輸入數值仿真軟件，先輸入預設值作為等效增透半徑，計算出模擬鉆孔瓦斯流量，并將模擬的瓦斯流量與步驟3)實測的瓦斯流量進行比對；根據比對結果調整輸入的等效增透半徑值，使模擬瓦斯流量與實測瓦斯流量相匹配，確定等效增透半徑；

上述煤層瓦斯運移模型包括煤層幾何模型和雙孔介質煤層瓦斯運移數學模型，其中雙孔介質煤層瓦斯運移數學模型的計算公式如下：

式中：p_m為孔隙瓦斯壓力，MPa；t為時間，d；V_M為氣體摩爾體積，0.0224m³/mol；p_f為裂隙瓦斯壓力，MPa；V_L為朗格繆爾體積，m³/kg；p_L為朗格繆爾壓力，MPa；τ為吸附時間，d；R為理想氣體常數，J/(mol·K)；T為煤層溫度，K；ρ_c為煤體視密度，kg/m³；φ_m為孔隙率，％；φ_f為煤體裂隙率，％；k為滲透率包括等效滲透率或煤層滲透率，mD；μ為甲烷動力學粘度，1.08×10^-5Pa·s；

6)利用等效滲透率和等效增透半徑定量評價水力沖孔的增透效果，為水力沖孔強化瓦斯抽采參數設計提供數值參考。

2.根據權利要求1所述的一種穿層鉆孔水力沖孔增透效果定量評價方法，其特征在于，步驟5)中，所述數值仿真軟件選自COMSOL Multiphysics多物理場耦合分析軟件。

3.根據權利要求1所述的一種穿層鉆孔水力沖孔增透效果定量評價方法，其特征在于，步驟5)中，所述預設值為沖孔后鉆孔半徑的三倍值。