低渗煤储层瓦斯启动压力梯度和渗透率的现场测试方法

摘要

本发明涉及一种低渗煤储层瓦斯启动压力梯度和渗透率的现场测试方法，通过在煤矿井下低渗煤储层选择有代表性的空白区域施工穿层测压钻孔和瓦斯抽采孔，并分别对测压钻孔和瓦斯抽采孔进行封孔，观察并记录测压钻孔的压力表读数和瓦斯抽采孔的瓦斯流量读数，利用气体渗流方程和启动压力梯度等公式推导求出煤储层的渗透率。该方法无需加工煤样，试验测试煤体的粒径、含水率、均质性、围压等均为真实状态下煤储层的特征，经过长期现场观测计算得出的煤储层渗透率的平均值更加的精确，能够作为整个矿井低渗煤层的煤储层渗透率的参考值，同时该方法提供了一种理论准确、方法可行的测试低渗煤储层瓦斯启动压力梯度和渗透率的新思路。

主权项

低渗煤储层瓦斯启动压力梯度和渗透率的现场测试方法，其特征在于，具体的包括以下步骤：第一步：在煤矿井下低渗煤储层选择有代表性的空白区域，所述空白区域是指没有遭到开采破坏的完整低渗煤储层，其周围10米范围内无其他钻孔干扰，在该空白区域内施工一个穿层钻孔作为测压钻孔，将该测压钻孔记为C₁，测压钻孔C₁内封入与测压钻孔C₁深度等长度的四分铝塑管，位于测压钻孔C₁内的四分铝塑管一端管壁上沿周向设有多个透气孔，采用煤矿常用的两堵一注全岩段封孔的封孔工艺对测压钻孔C₁进行封孔，四分铝塑管的另一端在测压钻孔C₁外预留30厘米～50厘米，并在四分铝塑管的末端安装阀门和压力表，并观测压力表的读数，一段时间以后压力表的读数趋于稳定，记录其数据，该数据即为测压钻孔C₁周围的低渗煤储层瓦斯压力；第二步：待测压钻孔C₁的压力表读数稳定以后，在与测压钻孔C₁之间的距离为L处施工一个与测压钻孔C₁平行的瓦斯抽采钻孔，将瓦斯抽采钻孔记为C₂，瓦斯抽采钻孔C₂内与瓦斯抽采钻孔C₂深度等长度的瓦斯抽采管，位于瓦斯抽采钻孔C₂内的瓦斯抽采管一端管壁上沿周向设有多个透气孔，采用煤矿常用的两堵一注全岩段封孔的封孔工艺对瓦斯抽采钻孔C₂进行封孔，瓦斯抽采管的另一端与瓦斯抽采泵站相连通，瓦斯抽采管与瓦斯抽采泵站之间设有流量计；用煤矿常用的两堵一注的封孔工艺对瓦斯抽采钻孔C₂进行封孔，并采用负压抽采的方式对瓦斯抽采钻孔C₂进行瓦斯抽采，实时观测记录瓦斯抽采钻孔C₂的瓦斯流量读数、抽采负压读数及相同时刻测压钻孔C₁的压力表的读数变化；第三步：根据气体渗流方程：可知，存在启动压力梯度时的气体渗流方程为：v＝a(p₁²‑p₂²)‑b    ②则启动压力梯度的计算公式为：随着瓦斯抽采钻孔C₂不断的抽采瓦斯，测压钻孔C₁的压力表读数会不断的减小，通过测量得到一系列v与p₁²‑p₂²的值，然后线性回归二者之间关系，求出常数a和b，代入式③就可得到低渗煤储层瓦斯启动压力梯度λ的值；其中p₀为标准大气压力，通常p₀取101325Pa；p₁为进口压力，即测压钻孔C₁处煤储层瓦斯压力，此处为测压钻孔C₁压力表读数，Pa；p₂为出口压力，即标准大气压与瓦斯抽采钻孔C₂的抽采负压的差值，Pa；v为瓦斯抽采钻孔C₂煤壁面上的瓦斯流速，m/s；L为瓦斯气体流经长度，此处为测压钻孔C₁和瓦斯抽采钻孔C₂之间的距离；μ为瓦斯气体动力粘度，通常取1.107×10^‑5Pa·s；k为煤储层渗透率，m²；其中上述公式及符号中的上标或下标仅仅作为上标或下标区别，并不代表其它实际的意义；第四步：根据式①和式②，得到基于启动压力梯度下的煤储层渗透率k的计算公式为：将第三步中计算得出的b值代入式④即可得到基于启动压力梯度的低渗煤储层渗透率k的值。