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原文传递一种高压介质注入钻孔有效影响半径的测定装置及方法

专利名称：	一种高压介质注入钻孔有效影响半径的测定装置及方法
摘要：	本发明公开了一种高压介质注入钻孔有效影响半径的测定装置及测定方法，测定装置包括煤芯夹持器、高压介质输入输出部分和压力测试部分。本发明仅需在原始煤层内施工一个取芯钻孔后收集煤芯试样，在实验室内进行测定，而不需要在煤层内施工一系列压力测试钻孔，工程量大大降低，而且测试成功率较传统的测定方法高；此外，本测定方法只需要一根尺度较小的煤芯，其煤质及煤芯中的孔隙和裂隙相对比较均匀，可避免煤质不均、地质构造对测定带来的误差，且煤芯试样密闭在煤芯夹持器内、测定准确率较高；另外，结合理论外推法，不需要测试很长的煤柱，可以大大节省测试投入和时间，测定结果能够为高压介质注入钻孔的合理布置提供理论依据及数据支持。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	江苏;32
申请人：	中国矿业大学
发明人：	朱传杰;伍厚荣;成艳英;刘谦
专利状态：	有效
申请日期：	2019-04-24T00:00:00+0800
发布日期：	2019-08-30T00:00:00+0800
申请号：	CN201910333934.X
公开号：	CN110186843A
代理机构：	徐州市淮海专利事务所
代理人：	杨晓亭
分类号：	G01N19/00(2006.01);G;G01;G01N;G01N19
申请人地址：	221000 江苏省徐州市泉山区大学路1号
主权项：	1.一种高压介质注入钻孔有效影响半径的测定装置，其特征在于，包括煤芯夹持器、高压介质输入输出部分和压力测试部分；所述的煤芯夹持器包括筒体(2)、堵头(6)和环形密封垫组件；筒体(2)是筒型结构，筒型结构沿其轴向方向的两端是高压介质注入端和高压介质输出端，筒型结构的筒型外表面上沿其轴向方向设有多个均布设置的测压口，测压口沿筒型结构的径向方向贯穿筒型结构的筒壁；堵头(6)设置为两件，两件堵头(6)分别密封固定安装在高压介质注入端和高压介质输出端上，堵头(6)沿其轴向方向上设有贯穿堵头(6)的高压介质进出通道；环形密封垫组件对应堵头(6)的数量设置为两套，环形密封垫组件设置在堵头(6)面向筒体(2)内腔的端部；所述的高压介质输入输出部分包括高压转接头(9)、高压阀门(10)和高压介质压力容器(12)，高压转接头(9)和高压阀门(10)分别对应筒体(2)的高压介质注入端和高压介质输出端设置为两套，高压阀门(10)通过高压转接头(9)与堵头(6)的高压介质进出通道连接，高压介质压力容器(12)对应筒体(2)的高压介质注入端设置、且高压介质压力容器(12)输出口与对应筒体(2)的高压介质注入端的高压阀门(10)连接；所述的压力测试部分包括压力传感器和监测计算机(14)；压力传感器对应筒体(2)的测压口的数量设置，压力传感器的压力输入端通过测压阀门(13)与筒体(2)的测压口连接，多个压力传感器分别与监测计算机(14)电连接。 2.根据权利要求1所述的高压介质注入钻孔有效影响半径的测定装置，其特征在于，对应筒体(2)的高压介质注入端的高压介质压力容器(12)与高压阀门(10)之间还设有增压泵(11)，高压介质压力容器(12)通过增压泵(11)与高压阀门(10)连接。 3.根据权利要求1或2所述的高压介质注入钻孔有效影响半径的测定装置，其特征在于，高压阀门(10)和测压阀门(13)均是电磁控制阀，高压阀门(10)和测压阀门(13)分别与监测计算机(14)电连接。 4.根据权利要求1或2所述的高压介质注入钻孔有效影响半径的测定装置，其特征在于，环形密封垫组件是组合密封垫结构，包括自内向外依次设置的耐高压密封耐高压密封胶涂层(3)、VITON垫圈(4)和铜垫圈(5)。 5.根据权利要求3所述的高压介质注入钻孔有效影响半径的测定装置，其特征在于，堵头(6)的内侧端设有小径段，环形密封垫组件还包括套接安装在堵头(6)的小径段上的聚四氟乙烯密封环(8)，聚四氟乙烯密封环(8)的外径尺寸与筒体(2)内腔的内径尺寸配合，聚四氟乙烯密封环(8)设置为两件、且位于内侧端的聚四氟乙烯密封环(8)顶靠在铜垫圈(5)上，两件聚四氟乙烯密封环(8)的相邻端面上设有“O”型密封圈安装槽、且“O”型密封圈安装槽位于聚四氟乙烯密封环(8)的端面圆周边缘位置，“O”型密封圈安装槽内安装“O”型密封圈(7)，通过挤压“O”型密封圈(7)达到密封效果。 6.根据权利要求1或2所述的高压介质注入钻孔有效影响半径的测定装置，其特征在于，筒体(2)上的测压口的数量不少于5个。 7.一种高压介质注入钻孔有效影响半径的测定方法，其特征在于，包括以下步骤： a.在待测定原始煤层利用矿用钻机施工取芯钻孔，利用取芯钻杆取完整煤芯试样(1)一段，然后将煤芯试样(1)快速置入煤芯夹持器中，并通过环形密封垫组件和堵头(6)进行稳固定位，封堵堵头(6)的高压介质进出通道对煤芯试样(1)进行密闭封存以保持煤芯试样(1)的原始湿度后，测量原始煤层的原始温度并记录，然后将封装有煤芯试样(1)的筒体(2)运输至地面实验室； b.调整地面实验室的室温至煤层原始温度并恒定后，将封装有煤芯试样(1)的筒体(2)与高压介质输入输出部分和压力测试部分安装连接，然后调节增压泵(8)的定压输出压力为针对原始煤层的高压介质设计注入压力，打开高压介质压力容器(12)和增压泵(11)，待增压泵(11)的输出压力稳定后依次开启对应高压介质注入端高压阀门(10)和对应高压介质输出端的高压阀门(10)、并控制对应高压介质输出端的高压阀门(10)的开度，设计注入压力的高压介质自筒体(2)的高压介质注入端注入煤芯试样(1)、并经筒体(2)的高压介质输出端以设定流量排出； c.打开全部的测压阀门(13)，控制监测计算机(14)对各个压力传感器反馈的压力数值进行间歇统计并记录，并以各个测压口到高压介质注入端的距离为横坐标、以各个测压口的压力数值为纵坐标绘制散点图，利用指数函数P＝P0－ae-bx(其中，P为某测压口处的介质压力，P0为设计注入压力，a和b是拟合参数，x是测压口到高压介质注入端的距离)对数据进行拟合； d.根据拟合获得的指数函数获得介质压力P和距离x的定量关系，通过计算任一距离处的介质压力，同时根据原始煤层内部的预定有效注入压力，反推距离x，即为有效影响半径； e.根据原始煤层高压注入介质的设计天数，对应计算获得注入天数的有效影响半径； f.达到最大设计天数后，关闭高压介质压力容器(12)和增压泵(11)，完成测定。 8.根据权利要求7所述的高压介质注入钻孔有效影响半径的测定方法，其特征在于，步骤c中拟合的指数函数的方差大于90％。 9.根据权利要求7或8所述的高压介质注入钻孔有效影响半径的测定方法，其特征在于，步骤a中煤芯试样(1)的长度不低于2m、直径不低于5cm，且煤芯试样(1)的端面打磨平整。 10.根据权利要求7或8所述的高压介质注入钻孔有效影响半径的测定方法，其特征在于，步骤a中煤芯试样(1)是整块一体结构、或是由若干不同长度的试样段共同组成的结构，且煤芯试样(1)或试样段的端面均打磨平整。
所属类别：	发明专利