基于瓦斯压力恢复曲线的煤层透气性系数测定方法研究

摘要

煤层透气性系数是衡量煤层瓦斯流动难易程度的标志，是研究煤层瓦斯抽采、瓦斯突出危险性预测和煤层气开发的重要技术参数。通过运用瓦斯压力自动测定技术得到瓦斯压力恢复曲线，并对瓦斯压力恢复过程的特性进行分析，得出煤储层和油气储层中流体流动的差别。以此为基础，通过分析和总结煤层瓦斯流动规律，从瓦斯流动的基本方程入手，得出瓦斯流动微分方程。通过运用Polubarinova-Kochina方法、波兹曼变换等方法求解微分方程，得出瓦斯压力恢复曲线的数学模型，运用半对数分析法推导出煤层透气性系数的计算公式。最后，通过现场应用，并与径向流量法进行对比，验证压力恢复曲线法和简化的压力恢复曲线法的准确定和可靠性。得出以下结论：
　　(1)煤层瓦斯压力自动测定仪相比传统的测压方法更加准确记录瓦斯压力恢复过程，且能够连续、动态的监测瓦斯压力恢复过程，时间间隔小，不受人为因素的影响；
　　(2)瓦斯压力恢复的初始阶段，瓦斯压力增长速率缓慢，受钻孔扰动带的影响，瓦斯流动不稳定，且存在瓦斯吸附。上升阶段，瓦斯径向流动速率和瓦斯压力上
　　升速率稳定，受钻孔扰动带的干扰较小，能反映煤层瓦斯流动的真实状态，利用该阶段的瓦斯压力恢复过程计算煤层透气性系数是准确和可靠的；
　　(3)煤储层与油气储层，在流体组成成分、赋存状态、储层特征及孔隙裂隙系统、流体流动特征及描述流体流动的方程等方面，都存在着很大的差别，因此油气储层中的流体流动微分方程和压力恢复曲线不能应用于描述煤层瓦斯流动；
　　(4)建立了瓦斯压力恢复曲线的数学模型，并推导出该模型的基本解。利用瓦斯压力恢复曲线数学模型，推导出煤层透气性系数的计算公式，并介绍了压力恢复曲线法的测定步骤。考虑到压力恢复曲线法需要测定钻孔瓦斯流量，降低了应用的便捷性，利用瓦斯压力恢复曲线，得出不需要测定钻孔瓦斯流量的简化的压力恢复曲线法；
　　(5)通过现场应用，压力恢复曲线法的平均相对误差为30.66％，当煤层的透气性系数较小时简化的压力恢复曲线法的平均相对误差为37.64%。测定结果同径向流量法的测定结果趋势基本相同，证明这两种方法理论上可行，误差对于测定煤层的透气性系数是可以接受的。

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1 引言

1.1 选题目的和意义

1.2 国内外研究现状

1.3主要研究内容及技术路线

1.4 创新点

2 煤层瓦斯压力恢复曲线自动测定技术研究

2.1 囊袋式“两堵一注”快速封孔技术

2.2 CPD8M型瓦斯压力自动测定仪

2.3 瓦斯压力恢复曲线测定

2.4 本章小结

3 煤层瓦斯压力恢复曲线数学模型研究

3.1 煤层瓦斯流动规律

3.2 煤层瓦斯压力恢复特性分析

3.3 煤层瓦斯压力恢复曲线数学模型建立

3.4 本章小结

4 基于瓦斯压力恢复曲线的煤层透气性系数测定方法

4.1煤层透气性系数计算方法

4.2 压力恢复曲线计算透气性系数的简化算法

4.3 本章小结

5 现场应用及分析

5.1 现场应用

5.2 应用结果分析

5.3 本章小结

6 结论及展望

6.1 结论

6.2 展望

参考文献

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