反转密封取样装置

直接法测定煤层瓦斯含量中,如何减少或准确推算损失瓦斯量是一个亟待解决的问题。从缩短取样过程中煤样暴露时间角度出发,设计了一种反转密封取样装置,并在祁南煤矿715底板巷24#钻场进行了现场试验。结果表明:该装置能够取到碎屑状煤样,且在取样完成时能够完成对煤样的密封,井下无需转移煤样,直接通过煤样筒利用快接装置进行井下解吸;与传统的岩芯管取芯相比,反转密封取样能够极大缩短取样过程中煤样的暴露时间,井下30 min瓦斯解吸量明显增大,减小了取样过程损失瓦斯量,能够提高直接法测定煤层瓦斯含量的准确性。     

深孔定点快速取样技术在钻屑瓦斯解析指标 K1值测试中的应用

钻屑瓦斯解析指标K1值是综合反映煤层瓦斯含量及卸压初期瓦斯解吸速度大小的指标,是确定煤层局部突出危险性程度的关键参数,对煤与瓦斯突出灾害防治起到了重要作用。本文针对煤矿采用麻花钻杆机械排渣取样方法取样测试K1值过程中存在的无法准确确定取样位置和煤样暴露时间,有效测试深度浅,现场测值与实际情况误差较大等问题,利用基于反循环钻进原理研发的深孔定点快速取样技术及装置对K1值合理有效取样测试深度进行了研究。研究结果表明：深孔定点快速取样技术利用双壁钻杆的中心管将钻孔底部煤样快速排出,所取煤样中未掺混钻孔壁上的煤粉,达到了定点取样的要求,保证了测定煤样的有效性,且取得足够数量的煤样时间不超过2min,有效降低了煤样暴露时间,可以有效提高时K1值的有效测定深度及测定结果的准确性,在仲恒煤矿和湾田煤矿采用深孔定点快速取样技术可增加钻屑解吸指标K1值有效测试深度至30m。     

钻孔风排钻屑法测试煤层瓦斯含量

基于传统井下煤层瓦斯含量直接测定法实际应用中受取芯操作工艺制约,样品暴露时间较长,影响测试结果的准确性,提出了钻孔风排钻屑煤层瓦斯含量测试方法,在不同地区的对比试验结果显示,风排法显著缩短煤样暴露时间,减少了损失气量计算误差,为研究煤层瓦斯含量井下直接测试方法进行了有意的探索。     

DGC测定瓦斯含量过程中损失量影响因素分析

瓦斯损失量推算的准确与否直接影响到瓦斯含量的测定结果。通过对瓦斯损失量推算数学模型、取样方法、煤体解吸性能等方面的分析,确定了煤层瓦斯解吸是多因素动态耦合作用的结果,应根据实际情况对数学模型进行选取。为减小损失瓦斯量的影响误差,应尽量缩短煤体暴露时间及保持煤芯的完整性与密封性。     

煤与瓦斯共采三维大尺度物理模拟实验系统的研制与应用

为了进一步优化煤岩取心工艺,建立了取心钻头钻进动力学模型,进行了钻进过程影响因素数值模拟及实施随钻取心装备核心部件研发,得出钻速、钻压及切削角度对钻进过程具有较大的影响作用。组装了完整的随钻取心成套装备,借助于井上模拟取心实验获取了ø10~50 mm的完整柱状煤岩试样岩心,开展了井下随钻取心现场实验以进行性能测试,并布置6组测点实施瓦斯含量的测定,结果显示：取心时长缩短至了少1/3, 测点的瓦斯含量误差在5%以内,验证了该成套装备性能可靠。

     

深部煤矿原位保压保瓦斯取芯原理与技术探索

煤矿瓦斯灾害防治是矿井安全生产的重点和难点,其核心是煤层瓦斯含量与压力的精准测定。目前含瓦斯煤层(或煤矿)取样普遍采用开放式或球阀密闭式取芯技术,取芯效率低,且瓦斯容易损失、测量时效性差,难以保证瓦斯含量与压力数据的准确性与有效性,不能有效评估煤层风险特征指标以指导工程实践。首先深入剖析了深部煤层原位压力内涵,阐明了原位保压保瓦斯取芯的基本目标,建议了原位瓦斯压力及含量的测定与计算方法。其次,基于牟合方盖几何原理,提出了保压保瓦斯取芯工具构想,采用多重防转的取芯结构设计和连续导管作业工艺,能够实现煤样低扰动取芯,确保所取样品瓦斯含量与原位煤层一致;设计了5种构型的自触发式保压控制器,基于自主研发的实验室保压特性试验平台开展了保压能力相关参数测试,结果表明随着保压控制器锥形角度的增加,边缘的有效支撑面增大,极限强度增加。同时,开展了连续导管抗扭特性实验,在扭矩、管长、外径一定时,连续导管扭转角随壁厚的增加逐渐变小、抗扭性能增强,岩芯受到的扰动降低。最后,研制了深部煤矿原位保压保瓦斯取芯原理样机,由煤矿坑道钻机、连续导管装备、保压保瓦斯取芯器等组成,基于仿真模拟和室内试验数据,选定了马鞍形...     

水分对卧龙湖煤矿8~#煤层钻屑瓦斯解吸指标的影响研究

为了研究水分对钻屑瓦斯解吸指标的影响规律,通过实验室注水实验,记录并分析煤样在不同水分含量下的钻屑瓦斯解吸指标。结果表明:钻屑瓦斯解吸指标随着瓦斯吸附平衡压力的增大而增大,且与瓦斯压力呈幂函数关系;钻屑瓦斯解吸指标随着含水量的增加而降低,且水分初始增加时,对其影响较大;不同水分含量下的钻屑瓦斯解吸指标临界值不同,现场应用时需要考虑煤层的实际水分含量,从而提高突出预测准确率。     

煤层气损失气含量及其影响因素分析

为验证现行煤层气损失气含量估算结果的准确性,选取铜川地区1~3 mm,30~50 mm,φ89 mm柱样和柳林地区30~50 mm粒级的煤样进行了煤层气损失气含量模拟试验,模拟绳索取芯,包括钻孔提芯、地面暴露和解吸罐中3个阶段的全过程,实测了煤层气损失量和解吸量,并与美国矿业局直接法作了对比分析。试验结果表明:实测的煤层气损失气含量为采用美国矿业局直接法估算值的2.79~16.49倍,且煤的粒级和煤阶对煤层气损失量有着显著影响;同等条件下,对于铜川三种粒级煤样1~3 mm,30~50 mm和柱样,其损失率(损失量占总含气量的比例)分别为75%,49%和26%;相同粒级,低变质铜川1-2煤的损失气量为中变质柳林1-2煤的1.67倍,且粒级的影响显著于煤阶的影响。     

碎屑状煤芯瓦斯解吸规律研究

对不同粒度煤样瓦斯解吸衰减系数以及解吸强度进行了实验室考察,探讨了粒度对解吸强度的影响。通过对街洞矿区碎屑状煤芯瓦斯解吸规律的非线性拟合,对各解吸模式的损失量与用计算方法所求得的损失量进行了比较。最后,对各解吸模式测得的瓦斯含量与间接法所测瓦斯含量进行误差比较,提出了适合街洞矿区碎屑状煤芯的瓦斯解吸模式。     

豫西煤层瓦斯解吸特征与时间关系的研究

为了进一步了解煤层瓦斯解吸过程,更好地掌握瓦斯解吸特征,利用现场不同的取样方法,并在不同的暴露时间情况下,对豫西煤层残余瓦斯含量和甲烷组分变化进行了系统研究。研究结果表明,煤层残余瓦斯含量在煤样罐密封效果好的情况下,煤样测试结果与暴露时间无直接关系;煤样罐插上穿刺针头导通大气的情况下,煤样分别存留1,2,3,4,5 d,瓦斯含量遗失分别为15.13%、30.73%、68.17%、73.63%、76.29%,甲烷组分遗失分别为33.23%、59.71%、86.19%、90.98%、93.09%;煤样在完全暴露2 h和4 h的情况下,瓦斯含量遗失分别为24.80%、68.33%,甲烷含量遗失分别为54.53%、83.12%,甲烷遗失速度较快。     

可解吸瓦斯含量的影响因素及修正补偿研究

针对定点取样过程中压风进钻的风压扰动对煤层瓦斯原始含量的影响以及停风后取样测定含量的时间,采用现场测定和实验室研究相结合的方法展开研究。压风进钻见煤后直接取煤样测定含量过程中,破碎解吸量会小于停风一段时间后的解吸量,在停止压风进钻后破碎解吸量迅速上升,2 h后上升的速度逐渐减小直至趋于恒定;井下直接解吸量的测定在压风进钻停风1.5 h后开始用取芯管取煤样为宜。为了加快进度,也可以在直接测定后采用y=24.74+0.26x(其中,y为恒定后的井下直接煤层瓦斯解吸量,x为修正时间)对井下煤层瓦斯解吸量进行修正;实验室破碎解吸量的测定在压风进钻停风后2 h取煤样测定为宜,也可以在不停风测定的基础上加上瓦斯含量为0.2 m³/t的修正量。     

瓦斯损失量补偿模型推算准确度的试验研究

针对直接解吸法测定煤层瓦斯含量过程中难以精准推算瓦斯损失量的难题,采用气体吸附测定仪与解吸仪相结合的方法,试验测定了煤样暴露过程中的瓦斯损失量,对比分析了地勘补偿模型和孙重旭补偿模型的推算精度。研究发现：对于同一煤样,瓦斯损失量与煤样暴露时间及块度有关,煤样块度越大,瓦斯损失量越小,当块度大到一定程度后,瓦斯损失量增加幅度不再明显;与实测的煤层瓦斯损失量相比,孙重旭补偿模型对瓦斯损失量的补偿效果要优于地勘补偿模型,煤样暴露时间越短,瓦斯损失量的推算精度越高。当煤样块度小于等于20 mm时,其暴露时间应小于20 min;当煤样块度大于20 mm时,其暴露时间应小于30 min。     

煤层瓦斯含量测定方法优化及现场应用

针对现有瓦斯含量测定过程中存在问题进行了分析,研制出了反循环定点快速取样装置,该装置包括取样钻头、双套管钻杆、双通道汽水龙头、煤样收集装置等。装置采用端头杆一端与取样钻头相连,另一端与双套管钻杆连接;通过钻机驱动双壁钻杆带动取样钻头旋转产生煤渣,利用压风在钻孔底形成压风涡流,将煤样带入双壁钻杆内管吹出进入采样装置。同时利用CHP50M煤层瓦斯含量快速测定仪对收集的煤样进行测定,通过对煤层瓦斯含量测定进行优化的现场应用结果表明：取样时间小于3 min,取样深度大于100 m,取样成功后3~5 min后立刻得到煤层瓦斯含量结果,优化了煤层瓦斯含量测定方法。     

大口径绳索取心钻具在特厚软煤中的取心应用

煤层气参数井因需准确获取煤层及其气体含量参数,绳索取心技术因结构简单、钻进效率高、岩矿心质量好、钻获煤心时间短等显著优点已在煤层气井取心中广泛应用。主要介绍了大口径绳索取心钻具在鹤壁六矿某煤层气参数井+生产井的应用中,根据选用大口径取心工具的结构特点,针对目的煤层为特厚软煤的客观地质条件,总结出了较为合理的取心钻进工艺参数和技术保障措施,取得了较好的效果。     

汶川地震断裂带科学钻探项目WFSD-4孔钻探施工概况和关键技术

介绍了汶川地震断裂带科学钻探项目WFSD-4孔钻探施工概况及采用的关键技术,包括螺杆马达-液动锤-长半合管取心钻进技术、偏心扩孔取心技术、防冲蚀取心钻头技术、大斜度定向钻进技术、活动套管技术、新型钻井液体系和新型深孔取心钻机等。     

新建矿井煤与瓦斯突出危险性评估

新建矿井瓦斯资料缺乏,尤其是瓦斯含量与瓦斯压力数据。基于新建矿井勘探期间勘探钻孔取得的煤样,利用勘探钻孔煤芯解吸法测定了煤层瓦斯含量等参数,依据计算煤层瓦斯含量的朗格缪尔方程,推导出原始煤层瓦斯压力。根据计算得到的煤层瓦斯压力及周边生产矿井资料,对宝达煤矿K2煤层煤与瓦斯突出危险性进行了评估。     

SLB56／75型“三合一”取心钻进系统

论述了将绳索取心、螺杆钻、不提钻换钻头三项技术结合在一起的新型取心钻进系统。介绍了系统的结构、工作原理及其技术性能参数和操作要点。     

TKP194-80型密闭保压取心工具的研制与应用

密闭保压取心是一种能够保持或接近地层压力的特殊取心技术,可使岩心中流体、气体保持在原始状态。这种技术对于正确认识地质情况、计算油田可采储量、分析页岩气藏和煤层气藏机理,制定勘探开发方案有着十分重要的意义。研制TKP194-80型密闭保压取心工具,采用大通径高压球阀密封、密闭液封堵、液压差动、活塞压力补偿等关键技术,配有岩心冷冻、切割、集气等岩心后处理工艺,钻头外径215 mm,保压能力50 MPa,岩心直径80 mm。在山西晋中某煤层气资源地质探井开展保压取心应用,共进行保压取心8筒,总进尺37.51 m,岩心采取率84.4%,保压成功率87.5%。研究结果表明,该取心工具保压性能可靠,技术方案可行,可为常规油气及非常规油气藏勘查开发提供技术装备支撑。     

井下钻屑解吸瓦斯时瓦斯损失量的探讨

为了测定煤屑在解吸时的瓦斯损失量,对淮南矿区丁集矿做了井下煤屑瓦斯解吸实验,采样方法采用风力排屑,直接从孔口接取煤样,在采样地点对采样煤屑做等压解吸实验,取煤屑自然解吸初期前20 min作为参考时间段;从而推导出在解吸初期煤屑解吸初速度与解吸时间段关系为q=0.035 t-0.45,瓦斯损失量与暴露时间的经验公式为Qs=0.064t00.55。     

汶川地震断裂带科学钻探项目深孔取心钻探设备的研制与应用

深孔取心钻探设备是为满足汶川地震断裂带科学钻探项目(WFSD)3000 m深部取心钻探需要而自主研制的我国首套科学钻探专用设备,包括KZ3000型全液压钻机以及深部钻探配套用高压泥浆泵和钻杆钻具等。该套设备集全液压、高速顶驱、大口径、深部取心于一身,具有综合能力强、工艺适应性广、操控智能程度高等特点,在WFSD-2孔深部取心钻探中,各项功能满足设计要求,应用情况良好。该套设备作为我国深部钻探装备的阶段性创新成果,在科学钻探、深部找矿和浅层油气钻采中,具有一定的推广价值。