CN102477856B - 煤层裂隙确定方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于指导煤炭地下气化的气化炉布局的、确定地下煤层主裂隙方向的方法，该方法包括如下步骤：在地下煤层储藏区上方钻出一个中央钻孔；在以所述中央钻孔为圆心的圆形布置线路上，打出多个周围钻孔；从所述中央钻孔向地下煤层输入加压空气，进行高压空气压裂；监测并确定出从所述每一个周围钻孔中排出的气体的流量以及气体组分；对所确定出的各个气体排出流量进行比较，确定出气体排出流量最大的第一周围钻孔的位置，并确定出气体排出流量第二大的第二周围钻孔的位置；根据本发明提供的公式进行主裂隙角度计算。本发明提供的实用而经济的方法能够缩短煤层地下气化贯通的时间，并降低煤层地下气化贯通的难度。

Description

煤层裂隙确定方法

技术领域

本发明涉及一种煤层裂隙确定方法，该方法用于煤炭地下气化领域。

背景技术

煤炭地下气化就是将处于地下的煤炭直接进行有控制地燃烧，通过对煤的热作用及化学作用产生可燃气体的过程，具有安全性好、投资少、效益高、污染少等优点，深受世界各国的重视，被誉为第二代采煤方法。

煤炭地下气化过程中，确定煤层自身业已存在的主裂隙方向，对炉型设计、炉孔布置具有指导作用，它直接影响到各炉孔之间的贯通速度、贯通效率等。而目前进行的煤炭地下气化未曾具备一套完整的确定煤层主裂隙方向的技术方法，即使采用了三维地震勘查手段，也只是通过接收地震波进行模型反演来确定煤层裂隙方向，只能对裂隙方向的确定起到参考作用，而不能直接指导生产，并且成本高、周期长。

概言之，现有技术的实现方案是三维地震勘探法，该三维地震勘探法通过现场布置地震控制点，接收地震波进行实验处理和数据分析，与当地断层发育情况相结合，能够预测煤层裂隙发育情况。

上述现有技术的缺点是成本较高，而且只是理论推导，没有经过现场实际验证，因此，其经济型和实用性都尚未能够符合业界的需要。

发明内容

本发明的目的在于：通过现场验证，确定要被实施地下气化的地下煤层本身已存在的主裂隙方向。

本发明提供一种用于确定煤层主裂隙方向的方法，该方法包括如下步骤：

在地下煤层储藏区上方钻出一个中央钻孔；

在以所述中央钻孔为圆心的圆形布置线路上，打出多个周围钻孔；

从所述中央钻孔向地下煤层输入加压空气，进行高压空气压裂；

监测并确定出从所述每一个周围钻孔中排出的气体的流量以及气体组分；

对所确定出的各个气体排出流量进行比较，确定出气体排出流量最大的第一周围钻孔的位置，并确定出气体排出流量第二大的第二周围钻孔的位置；

根据以下公式进行主裂隙角度计算：

$\frac{f_1({\mathrm{CO}}_2\%)}{f_2({\mathrm{CO}}_2\%)}=\frac{\mathrm{\θ}-i}{i}$ 公式(1)

其中：

f₁代表气体排出流量最大的第一周围钻孔，f₁(CO₂％)代表从第一周围钻孔中排出的气体组分中的CO₂含量；

f₂代表气体排出流量第二大的第二周围钻孔，f₂(CO₂％)代表从第二周围钻孔中排出的气体组分中的CO₂含量；

θ代表第一周围钻孔和第二周围钻孔之间的水平夹角，该水平夹角θ的顶点位于所述中央钻孔处(以下限定的水平夹角i和水平夹角θ-i的顶点也位于所述中央钻孔处)；

i代表主裂隙与第一周围钻孔的水平夹角；

θ-i代表主裂隙与第二周围钻孔的水平夹角。

本发明提供的方法是解决“确定煤层主裂隙方向”这一问题的一种方便实用的方法。本发明的方法通过在现场布置钻孔，进行压裂贯通，最终确定气化煤层主裂隙方向。在确定煤层主裂隙后，沿着煤层本身的自然裂隙，进行炉孔布置，这样，能够缩短煤层地下气化贯通的时间，并降低煤层地下气化贯通的难度。此外，本发明的方法所使用过的钻孔，还可作为气化炉孔，用于后续工艺操作，因此，本发明的方法还具有很高的实用性和经济性。

附图说明

图1是本发明的方法的一个例示性的示意图，其中采用6个周围钻孔作为例示。

图2是采用图1的方法所测出的主裂隙方向的示意图。

具体实施方式

本发明提供一种用于确定煤层主裂隙方向的方法，该方法包括如下步骤：

在地下煤层储藏区上方钻出一个中央钻孔；

在以所述中央钻孔为圆心的圆形布置线路上，打出多个周围钻孔；

从所述中央钻孔向地下煤层输入加压空气，进行高压空气压裂；

监测并确定出从所述每一个周围钻孔中排出的气体的流量以及气体组分；

对所确定出的各个气体排出流量进行比较，确定出气体排出流量最大的第一周围钻孔的位置，并确定出气体排出流量第二大的第二周围钻孔的位置；

根据以下公式进行主裂隙角度计算：

$\frac{f_1({\mathrm{CO}}_2\%)}{f_2({\mathrm{CO}}_2\%)}=\frac{\mathrm{\θ}-i}{i}$ 公式(1)

其中：

f₁代表气体排出流量最大的第一周围钻孔，f₁(CO₂％)代表从第一周围钻孔中排出的气体组分中的CO₂含量；

f₂代表气体排出流量第二大的第二周围钻孔，f₂(CO₂％)代表从第二周围钻孔中排出的气体组分中的CO₂含量；

θ代表第一周围钻孔和第二周围钻孔之间的水平夹角，该水平夹角θ的顶点位于所述中央钻孔处(以下限定的水平夹角i和水平夹角θ-i的顶点也位于所述中央钻孔处)；

i代表主裂隙与第一周围钻孔的水平夹角；

θ-i代表主裂隙与第二周围钻孔的水平夹角。

在本发明的方法的一种优选实施方式中，所述周围钻孔的数量可以为3-12个。在本发明的方法的一种优选实施方式中，所述周围钻孔的数量为5-7个，例如，6个，如图1所示。

在本发明的方法的一种优选实施方式中，所述多个周围钻孔在以所述中央钻孔为圆心的圆形布置线路上以均匀的角距离相互间隔开。

当所述多个周围钻孔在以所述中央钻孔为圆心的圆形布置线路上以均匀的角距离相互间隔开时，各个周围钻孔之间的角度距离θ为360°/n，其中n为周围钻孔的个数。例如：

当n＝3时，θ＝360°/3＝120°

当n＝4时，θ＝360°/4＝90°；

当n＝5时，θ＝360°/5＝72°；

当n＝6时，θ＝360°/6＝60°；

当n＝7时，θ＝360°/7≈51.4°；

当n＝8时，θ＝360°/8＝45°；

当n＝9时，θ＝360°/9＝40°；

当n＝10时，θ＝360°/10＝36°；

当n＝11时，θ＝360°/11≈32.72°；

当n＝12时，θ＝360°/11＝30°；

在本发明的方法的一种优选实施方式中，以所述中央钻孔为圆心的圆形布置线路的半径在1米至100米的范围内。如果该半径超过上述范围中的高限，则勘探精度将明显降低。而如果该半径低于上述范围中的低限，则勘探的成本将有一定程度的上升。在本发明的方法的一种优选实施方式中，以所述中央钻孔为圆心的圆形布置线路的半径在10米至20米的范围内。在一种优选实施方式中，该半径在例如15米左右。

煤炭地下气化过程中，利用地下煤层本身具有的自然裂隙进行压裂贯通，能够降低各钻孔间的压裂难度和成本。本发明是在煤炭地下气化前期确定煤层自然主裂隙方向，能够为气化炉的布置提供依据，而且，在通过本发明的方法确定了主裂隙方向之后，本发明的方法所采用的钻孔可作为后续的煤炭地下气化作业中的工艺孔，进行气化工艺操作。因而，本发明的方法具有很高的经济性和实用性。

实例1

如图1所示，本实例1中包括7个钻孔。首先，在中央处布置一个中央钻孔①。然后，在以中央钻孔①为圆心、以15米为半径的一个圆形布置线路上，以60°水平角度间隔布置6个周围钻孔，从而，在中央钻孔①周围共布置6个周围钻孔②-⑦。

然后，从中央钻孔①输入高压压缩空气(如图1中的指向中央钻孔①的箭头所示)，进行高压空气压裂。被输入中央钻孔①的高压压缩空气将克服地下煤层的阻力、并穿过地下煤层，以不同的流量流出周围钻孔②-⑦(如图1中的从中央钻孔①到各个周围钻孔②-⑦的各个箭头所示)。对从周围钻孔②一⑦排出的气体流量及气体组分进行监测和计量，测出周围钻孔③为气体流量最大的周围钻孔(第一周围钻孔③)，而与周围钻孔③相邻的周围钻孔②为气体流量第二大的周围钻孔(第二周围钻孔②)。此时，可以确定：地下煤层的主裂隙存在于第一周围钻孔③和第二周围钻孔②之间。

采用下列公式(2)计算第一周围钻孔③和第二周围钻孔②之间的主裂隙方向：

$\frac{f_3({\mathrm{CO}}_2\%)}{f_2({\mathrm{CO}}_2\%)}=\frac{\mathrm{\θ}-i}{i}$ 公式(2)

其中：f₃代表流量最大的第一周围钻孔③，f₃(CO₂％)代表从第一周围钻孔中③排出的气体组分中的CO₂含量

f₂代表流量第二大的第二周围钻孔②，f₂(CO₂％)代表从第二周围钻孔②中排出的气体组分中的CO₂含量；

θ代表第一周围钻孔③和第二周围钻孔②之间的水平夹角，该水平夹角θ的顶点位于所述中央钻孔处，此时水平夹角θ为360°/n，其中n＝6，因而，在本实例1中，θ＝360°/6＝60°；

i代表主裂隙与第一周围钻孔③的水平夹角，该水平夹角i的顶点位于所述中央钻孔处；

θ-i代表主裂隙与第二周围钻孔②的水平夹角，该水平夹角θ-i的顶点位于所述中央钻孔处。

上述公式(2)与公式(1)基本上相同，不同之处在于：公式(1)等号左边的分子f₁(CO₂％)被调整为f₃(CO₂％)(换言之，仅仅下标“1”被调整为下标“3”)，从而与图1和图2中示出的流量最大的第一周围钻孔③的序号相对应，以便于对照附图进行阅读理解。

通过采用上述公式(2)进行计算，得到地下煤层的主裂隙方向(如图2中的第一周围钻孔③和第二周围钻孔②之间的斜线所示)。

进而，可以沿着通过本发明的该实例1所确定的主裂隙方向，进行地下煤炭气化炉的炉孔布置。

Claims (5)

1.一种用于确定煤层主裂隙方向的方法，包括如下步骤：

在地下煤层储藏区上方钻出一个中央钻孔；

在以所述中央钻孔为圆心的圆形布置线路上，打出多个周围钻孔；

从所述中央钻孔向地下煤层输入加压空气，进行高压空气压裂；

监测并确定出从所述每一个周围钻孔中排出的气体的流量以及气体组分；

对所确定出的各个气体排出流量进行比较，确定出气体排出流量最大的第一周围钻孔的位置，并确定出气体排出流量第二大的第二周围钻孔的位置；

根据以下公式进行主裂隙角度计算：

$\frac{f_1({\mathrm{CO}}_2\%)}{f_2({\mathrm{CO}}_2\%)}=\frac{\mathrm{\θ}-i}{i}$ 公式(1)

其中：

f₁代表气体排出流量最大的第一周围钻孔，f₁(CO₂％)代表从第一周围钻孔中排出的气体组分中的CO₂含量；

f₂代表气体排出流量第二大的第二周围钻孔，f₂(CO₂％)代表从第二周围钻孔中排出的气体组分中的CO₂含量；

θ代表第一周围钻孔和第二周围钻孔之间的水平夹角，该水平夹角θ的顶点位于所述中央钻孔处；

i代表主裂隙与第一周围钻孔的夹角，该水平夹角i的顶点位于所述中央钻孔处；

θ-i代表主裂隙与第二周围钻孔的夹角，该水平夹角θ-i的顶点位于所述中央钻孔处；

以所述中央钻孔为圆心的圆形布置线路的半径在1米至100米的范围内。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述周围钻孔的数量为3-12个。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述周围钻孔的数量为5-7个。

4.如权利要求1-3中的任一项所述的方法，其特征在于：所述多个周围钻孔在以所述中央钻孔为圆心的圆形布置线路上以均匀的角距离相互间隔开。

5.如权利要求1-3中的任一项所述的方法，其特征在于：以所述中央钻孔为圆心的圆形布置线路的半径在10米至20米的范围内。