[发明专利]煤层瓦斯参数随钻快速测试的反演计算方法

权利要求书

1.一种煤层瓦斯参数随钻快速测试的反演计算方法，其特征在于，在煤层中钻孔，通过随钻实时测试孔口气体流量和瓦斯浓度，计算出孔口实时钻孔瓦斯涌出量和平均钻孔瓦斯涌出量，基于钻孔和煤层渗透率参数反演计算出钻头处的煤层瓦斯压力，根据瓦斯含量与瓦斯压力关系式计算出煤层瓦斯含量；

所述的煤层瓦斯参数随钻快速测试的反演计算方法，具体包括以下步骤：

a.钻进煤层钻孔或穿煤钻孔时，在孔口段安装防喷装置或孔口快速密封装置，在所述防喷装置或孔口快速密封装置的抽气口连接瓦斯气体综合参数测定仪、与抽放系统连接的抽放管路；

b.将钻头和钻杆连接，穿过所述防喷装置或孔口快速密封装置，开始钻进；

c.钻进到煤层时，记录见煤时间和位置，瓦斯气体综合参数测定仪自动记录气体流量和瓦斯浓度，计算出实时钻孔瓦斯涌出量和平均钻孔瓦斯涌出量；

d.钻进钻孔时，根据输入的钻孔参数、煤层渗透率、平均钻孔瓦斯流量，编制的地面监测及分析软件自动计算测试段煤层瓦斯压力，并根据煤体吸附常数和环境参数，计算出煤层瓦斯含量；

e.采用定向钻机钻进主钻孔和分支钻孔时，编制的地面监测及分析软件根据输入的钻孔参数、各煤段暴露时间、煤层渗透率、平均钻孔瓦斯涌出量，自动计算测试段煤层瓦斯压力，并根据煤体吸附常数和环境参数，计算出煤层瓦斯含量；

f.根据各段煤层瓦斯压力、煤层瓦斯含量参数预测煤层各段的突出危险性；

g.在钻进煤层钻孔过程中或钻孔结束后，停止钻进，封闭出渣口，瓦斯气体综合参数测定仪自动记录各时间段气体流量和瓦斯浓度，编制的地面监测及分析软件计算出钻孔自然瓦斯涌出速度，自动计算此段煤层的透气性系数和渗透率，并对计算的煤层瓦斯含量或压力参数进行修正；

所述煤层瓦斯压力的反演计算方法具体为：钻机在钻进过程中，孔口处的瓦斯气体综合参数测定仪实时记录钻孔过程中的孔口气体流量、瓦斯浓度和实时钻孔瓦斯涌出量，计算出平均钻孔瓦斯涌出量，根据平均钻孔瓦斯涌出量进行反演煤层不同位置处的瓦斯特征参数；孔口瓦斯抽放系统抽放的瓦斯总量由三个部分形成，分别为钻机钻进煤层过程中新形成的钻孔壁释放瓦斯量、从钻孔壁上剥落的钻屑释放的瓦斯量、在新钻孔壁形成之前的钻孔壁释放瓦斯量，钻进过程中钻头处煤层瓦斯压力为：

式中，pi为计算点的煤层瓦斯压力；Q_总为计算段测量的总瓦斯涌出量；t₀为首次见煤时间，t₁,t₂,…,t_n为选取的计算煤层瓦斯参数的时间点,Δt＝t_n-t_n-1；Q₀分别为暴露初始时刻的钻屑瓦斯涌出强度，m³/t·min；β₁为钻屑瓦斯衰减系数，min^-1；v为水流速度，m/s；V_钻为钻孔钻进速度，m/s；l_岩和l_煤分别为已经形成的岩层钻孔长度和煤层钻孔长度,m；S_断面为钻孔断面积，m²；γ为煤体容重,kg/m³；q_i为单位面积煤壁上的瓦斯涌出量m³/m²·min；β₂为钻孔壁瓦斯衰减系数min^-1；k为煤层渗透率,m²；μ为瓦斯动力粘度系数,Pa·s；p_n为瓦斯抽放绝对压力Pa；x、R_M为钻孔周围有效影响半径,m；

计算第i个煤孔段的瓦斯压力，先计算出前面i-1个煤孔段的瓦斯压力，由于每个分支孔的瓦斯压力均不一样，q_i也不一样，根据上述公式(1)可以算出任何煤孔段的瓦斯压力，然后根据公式：

来计算q_i；

钻屑瓦斯衰减系数β₁和钻孔壁瓦斯衰减系数β₂可通过实验和现场试验测得；

煤层瓦斯含量X_mi可通过瓦斯含量与瓦斯压力的关系式，根据煤层瓦斯吸附常数和环境参数计算得到。