[发明专利]利用示踪气体测试煤体渗透率的系统及方法

权利要求书

1.一种利用示踪气体测试煤体渗透率的方法，基于一种利用示踪气体测试煤体渗透率的系统，其特征在于，包括以下步骤：

A.在测试煤层内钻取两个钻孔，其中，一个钻孔用于将矿用测温计放置于孔底测试煤层温度T，另一个钻孔用于利用压力表测试煤层瓦斯压力P；同时钻取注气孔与观测孔，两孔的孔间距为L，孔径为d，并记录上述数值；

B.在注气孔内分别依次放置注气管路、注气观测管路的孔内管道，在观测孔内放置渗透观测管路的孔内管道，并利用封孔材料分别对注气孔和观测孔进行封孔；

C.将各个管路的其他设备都连接好；

D.打开主机，将主机调试到实时监测气体浓度模式；

E.打开阀门，当注气孔内压力大于煤层瓦斯压力a倍时，停止注气，a是为了保证注气孔压力大于煤层瓦斯压力设定的一个倍数，取值范围为1.1～1.5；

F.利用注气观测浓度检测仪(71)与渗透观测浓度检测仪(72)分别实时观测注气孔与观测孔内示踪气体的浓度变化，并将数据传输给主机进行记录，在每次记录浓度信息时，同时记录注气孔压力p₁，监测完后，将主机内的示踪气体浓度信息导出到计算机进行后处理；

G.计算机接收数据后，进行以下操作，

应用达西定律来计算煤体的渗透系数K和渗透率k，公式如下：

式中，v为渗流速度，单位为m/s；为压力梯度，单位为Pa；K为渗透系数，单位为m/s；

渗透系数为

式中ρ为流体密度，μ为流体的动力黏滞系数，g为加速度，k为表征裂隙介质渗透性能的常数，称为渗透率，单位为10^-3um²，它取决于岩体的性质和裂隙几何特征，而与流体的性质无关，将式(1)和式(2)结合，可以得出煤体渗透率k的计算公式：

将热力学公式及气体浓度值c带入后，煤体渗透率k转化为以气体浓度c为未知量的计算公式：

k＝cπr²Mμ/[L(t₂-t₁)(p₁M-cRT)ρg] (4)

式中，r为观测孔半径，M为示踪气体的分子量，L为注气孔与观测孔之间的距离；p₁为注气孔压力，单位为Pa，每次记录浓度信息时，同时记录注气孔压力；R为摩尔气体常数，R＝8.31Pa·m³/(mol·k)；T为煤层温度，单位为K，得到煤体渗透率；

所述利用示踪气体测试煤体渗透率的系统，包括注气管路、注气观测管路及若干条渗透观测管路，还包括孔内管道，孔内管道包括筛孔管(1)和若干根依次连接的连通管(2)，筛孔管(1)与第一根连通管相连，最后一根连通管(2)的末端为孔内管道的连接口，孔内管道的数目与注气管路、注气观测管路及渗透观测管路三条管路的数目之和相同，注气管路包括孔内管道，该孔内管道的连接口与注气三通管(41)相连，注气三通管(41)的另外两端分别连接有注气压力表(51)与通气管，通气管的另一端与储存有示踪气体的气瓶(9)相连，通气管上设置有控制示踪气体流量的阀门；注气观测管路包括孔内管道，该孔内管道的连接口与注气观测浓度检测仪(71)相连接；渗透观测管路包括孔内管道，该孔内管道的连接口与渗透观测三通管(42)相连，渗透观测三通管(42)的另外两端分别连接有渗透观测压力表(52)与渗透观测浓度检测仪(72)；注气观测浓度检测仪(71)与渗透观测浓度检测仪(72)分别与主机(11)相连，用于将测得的浓度数据传送给主机，主机(11)又与计算机(12)相连，用于将数据传送给计算机使得计算机计算气体渗透率，主机(11)为多通道主机，通道的数目与浓度检测仪的数目一一对应；通过注气管路注入示踪气体，利用注气观测管路对注气管路的孔内管道所在的孔中示踪气体含量观测，并利用渗透观测管路观测渗透的示踪气体。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤A中的观测孔为多个，观测孔以注气孔为圆心布置于注气孔周围，观测孔到注气孔的距离为1～3m，观测孔与渗透观测管路一一对应。