高西平
云南省煤炭地质勘查院 昆明 650218
摘要：本文分别介绍了主动密封型和被动密封型两种钻孔瓦斯压力测试仪的工作原理及优缺点，分析了使用工程中影响测试成果的几个主要因素，认为在钻孔瓦斯压力测试过程中，对测试成功率影响最大，也是最难控制的因素就是钻孔的密封。在地质条件好的地区，更适宜进行钻孔瓦斯压力的测试，其结果也更具有实际的评价意义。
关键词：瓦斯压力；影响因素；主动密封；被动密封
前言
现今煤矿安全工作是煤矿生产中的最首要的问题，矿井瓦斯灾害成为影响煤矿生产的主要因素之一，防治煤与瓦斯突出就成为煤矿安全生产中的首要任务。如何在开采之前就尽可能的将一些不安定因素排除掉，是煤矿工作者探索的方向，勘探钻孔瓦斯压力测试就是其中比较重要的一项工作。
但是在实际测试过程中，我们发现勘探钻孔瓦斯压力的测试受到很多不确定因素的影响，如测试方法，密封条件，测试时间，岩层气，泥浆，孔下局部环境的保存条件等，使我们很难得到满意的测试结果。由于目前钻孔瓦斯压力的测试还处于探索阶段，没有统一的执行标准可依，全国各地皆有自己摸索得来的一套测试方法，且其中多有借鉴石油天然气上的压力测试方法，在煤矿瓦斯事故频发的今天，更亟待我们去研究开发出更加确实可行的测试方法来为煤矿安全保驾护航。
1工作原理
目前生产中常用的测试设备，根据密封方法的不同，大致可分为主动密封型和被动密封型两大类。两种类型设备的测压过程基本相同，主要区别在于对钻孔的密封是否可控上。
1.1主动密封型
主动密封型装置主要由地面观测及控制仪、缆绳、密封囊等部件组成。首先将钻杆提起到所测煤层顶板位置，再将测试设备从钻杆中放入钻孔指定位置，通过地面控制投入钻孔中的设施，在所需部位进行充气、注水等操作使密封囊膨胀来实现密封，主动密封法不需要支撑杆，受钻孔堵塞等的影响小，这种方法可以通过传感器对密封囊的膨胀收缩进行有效控制。主动密封法可以使用一个密封囊封隔煤层顶板，也可以使用双密封囊同时封隔煤层顶板和底板。
主动密封法更容易实现煤层底板、顶板同时密封的方法，这样可最大程度的降低受其它岩层气的影响。在条件好的地方，顶底板同时密封法甚至可以在多个煤层全部打穿后，再逐层测试。该方法对测试环境的适应性强，密封效果较好，由于它所提供的可控、可视、及时反馈、可靠性高等特性，必将成为钻孔瓦斯压力测试的未来主要研究方向。
1.2被动密封型
被动密封型是目前生产中使用最广泛的一种测压设施。其主体由卸压阀、测压仪、封隔胶筒、筛管等部件组成。
卸压阀用于解除隔离测试井段承压井液压力对测试结果的影响，使测试井段压力值降至压力零值时打开测压装置，开始测压。该机构属活动部件，主要是从钻杆内部对钻孔进行封隔用，也有部分设备不使用卸压机构，而是直接将测试机构顶部进行密封。
封孔胶筒是被动型设施的核心部件，属于特制部件，主要作用在于隔离测试井段与钻孔其他井段，隔断钻孔其他井段井液水柱压力及其他非测量介质压力对测试层位的影响，取得一个相对封闭的瓦斯压力测试空间。
2因素分析
一个煤层的钻孔瓦斯压力测试能否获得较理想的数据，受到诸多因素的影响，测试方法、密封条件、测试时间、岩层气、泥浆等等，笔者对所测试的22个钻孔，50层煤所得的测试结果统计后发现，测试成功率不足50%,下表为其中101钻孔的顶板性状与测试成果情况(表1)。
表1 ZK101号孔顶板性状与测试成果表
在顶板破碎的情况下，基本无法获得测试成果。而顶板相对完好的钻孔，其测试成果与井下直接法测得成果基本一致。下面就涉及到的几个主要因素进行简单分析。
2.1地质条件
云南省境内的几个主要产煤区都不同程度的存在地质情况复杂，断层多，煤层顶底板破碎，煤层与煤层之间间隔较近等情况，因此要在破碎的顶板上找到一处适合封隔的地方就很困难，顶板的破碎导致胶筒即便完全膨胀也打不到密封效果，这是此项测试工作的大背景，无法改变，顶板的完整程度，直接关系到测试成果的质量。一旦碰到顶板破碎者，几乎可以宣布测试失败。
2.2封孔胶筒
钻孔瓦斯压力测试最重要的一项工作就是测试钻孔的密封，这是对测试结果影响最大的一个方面，密封不好的情况下，难以获得准确的测试结果。被动密封一般通过在测试设施上装载诸如橡皮套管一类的装置，计算好密封位置后，需通过支撑杆，将该设施放到密封位置后，通过钻机或者钻杆自重对橡皮套进行施压，使其膨胀，来对钻孔进行密封，该类方法受钻孔堵塞、垮塌等影响大，且胶筒的膨胀收缩无法准确控制。
封孔胶筒是完成密封的主要手段，有事需要通过加长伸缩杆，同时安装两只不同的胶筒，来提升密封的可靠性。胶筒需根据不同的钻孔深度来选用不同承压能力的胶筒，这是钻孔是否密封完全，测试能否成功的关键。对于较深的钻孔，若胶筒承压能力过低，则会在下钻过程中因遭受阻力而提前膨胀，致使胶筒磨损崩裂，影响密封效果；对于较浅的钻孔，若胶筒承压能力过强，则可能由于钻机施压能力不足而无法完全膨胀，导致无法完成封隔。
2.3封隔位置
在钻孔壁完整的情况下，密封位置一般选择在煤层顶板处。而在地质情况复杂的钻孔，孔壁比较破碎时，为达到密封要求，只能将密封位置向顶板以上移动，这就有可能增大煤层瓦斯压力受其它岩层气影响的可能性，离所测煤层越远，测试结果偏离越大。
2.4测试时间
在钻孔允许的情况下，一般打穿一层可采煤层后便应立即停钻进行瓦斯压力测试，打穿煤层后间隔的时间越长，测试结果偏离越大。
经过多次的测试表明，当封隔条件达成之后，煤层部的压力会在一个较短的时间内达到平衡，因此测试装置在孔下停留的时间对于测试结果的影响不大。
3结论
在钻孔瓦斯压力测试过程中，对测试成功率影响最大，也是最难控制的因素就是钻孔的密封。在地质条件好的地区，更适宜进行钻孔瓦斯压力的测试，其结果也更具有实际的评价意义。在地质情况复杂的地方，单个钻孔的测试结果所能代表区域越小，因此对于测试条件不理想的区域，钻孔瓦斯压力测试结果只能作为参考，在评价瓦斯情况时，仍应以井下直接法实测结果为准。
而在测试工作的同时，我们还需考虑的是，密封胶筒膨胀后会对孔壁施加一个较大的压力，这有可能导致比较破碎的孔壁进一步崩裂，造成垮孔事故，笔者在工作过程中便多次遇到类似情况，必须引起重视。
参考文献：
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