低渗煤储层瓦斯启动压力梯度和渗透率的现场测试方法技术

本发明专利技术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。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及启动压力梯度和渗透率测试领域，尤其涉及一种基于现场的低渗煤储层瓦斯启动压力梯度和渗透率的测试方法。
技术介绍
启动压力梯度的概念自提出至今已有60多年，它表示流体在储层中流动时，流体的压力梯度必须大于某一临界值，流动才会发生，这一临界值就是启动压力梯度。后来学者研究发现瓦斯在低渗煤储层中的流动也存在着临界值，这一临界值就是煤储层瓦斯启动压力梯度。我国绝大部分煤储层具有“高储低渗”的特点，这严重制约我国煤矿井下瓦斯抽采和煤层气工业的快速发展。启动压力梯度决定了瓦斯在煤储层中的流态，影响着钻孔周围瓦斯扩散和非线性渗流的区域，它的测定对指导钻孔瓦斯抽采有着重要的意义。渗透率是判断储层渗透性的重要参数，获得准确、可靠的渗透率是进行工程实践活动的前提条件。之前有不少学者对启动压力梯度进行了测试，而且已经建立了比较成熟的实验室测试方法。实验室测试启动压力梯度一般是先制作煤样，将煤样置于启动压力梯度测试装置中进行测试，然后将测试数据用数学方法进行处理、计算，最终得到启动压力梯度。实验室测试启动压力梯度的特点是：①实验变量易控、密封性好、精细化程度高；②实验煤样大多为干燥原煤，忽略了水分的影响，且不能直接测试软煤；③实验室条件下的围压、煤体均质性、含水率等与现场有差别；④忽略了现场采动影响。所以实验室测试启动压力梯度方法有其局限性，得到的渗透率往往也不能准确反映现场实际情况。
技术实现思路
为了解决以上问题，本专利技术提供了一种基于现场的低渗煤储层瓦斯启动压力梯度和渗透率的测试方法，其特征具体的包括以下步骤：本专利技术为解决上述问题所采取的技术方案是，提供了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，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：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。所述测压钻孔C1的孔径为94毫米，所述瓦斯抽采钻孔C2的孔径为94毫米，所述测压钻孔C1与瓦斯抽采钻孔C2之间的距离L为6米。所述进口压力p1和流速v均为变量，在不同的时间点进口压力p1值和流速v值均不相同，将各个时间节点的进口压力p1值和流速v值带入式④分别求得对应的煤储层渗透率k值，并计算求出煤储层渗透率的平均值将计算得出的平均值作为整个矿井低渗煤层的煤储层渗透率的参考值。所述压力表的量程为0～1.6MPa。所述第二步中待瓦斯抽采钻孔C2打钻施工完毕后，先对瓦斯抽采钻孔C2进行水力冲孔，待水力冲孔完成后再对瓦斯抽采钻孔C2进行瓦斯抽采。所述水力冲孔出煤量为根据瓦斯抽采钻孔C2见煤段的长度不低于1t/m。本专利技术的有益效果在于：(1)该专利技术的测试方法无需加工煤样，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，且试验对象可以直接是软煤层；(2)将进、出口之间的煤体作为一个整体来测试，测试结果实际上反映的是受钻孔钻进采动影响下的煤储层瓦斯启动压力梯度。(3)在获取启动压力梯度的基础上，得到了基于启动压力梯度的煤储层渗透率计算公式④，这对今后准确评价低渗煤储层的渗透性有重要的理论意义。(4)通过该方法获得的启动压力梯度λ和煤储层渗透率k更加符合现场情况，这对于指导煤矿井下瓦斯抽采具有重要的工程意义。(5)该方法的测试过程是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。附图说明图1为本专利技术的结构示意图；图2是本专利技术实例一现场测试数据的拟合曲线；图3是本专利技术实例二现场测试数据的拟合曲线。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和有益效果更加清楚，下面结合附图对本专利技术实施方式作进一步详细描述。实施例一：如图1所示，本专利技术提供了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，具体的包括以下步骤：第一步：在煤矿井下低渗煤储层1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1，其周围10米范围内无其他钻孔干扰，在该空白区域内穿过煤层底板2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的孔径为94毫米，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3，位于测压钻孔C1内的四分铝塑管3一端管壁上沿周向设有多个透气孔4(也称为花管段)，所述花管段的长度与低渗煤储层1的厚度相同，采用煤矿常用的两堵一注全岩段5封孔的封孔工艺对测压钻孔C1进行封孔，四分铝塑管3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3的末端安装阀门6和量程为0～1.6MPa的压力表7，并观测压力表7的读数，一段时间以后压力表7的读数趋于稳定，记录其数据，该数据即本文档来自技高网...

【技术保护点】
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。...

【技术特征摘要】
1.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...

【专利技术属性】
技术研发人员：苏现波，李贤忠，宋金星，冯俊超，郭红玉，王乾，
申请(专利权)人：河南理工大学，
类型：发明
国别省市：河南;41