[發(fā)明專利]煤層群瓦斯聯(lián)合抽采達(dá)標(biāo)預(yù)評(píng)判方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410755879.0
• 申請(qǐng)日: 2014-12-10
• 公開（公告）號(hào): CN104612635A
• 公開（公告）日: 2015-05-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 吳教錕;王建軍;馬宏宇;張少帥;陳勇;生凱凱;李志奎
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中煤科工集團(tuán)重慶研究院有限公司
• 主分類號(hào): E21B43/14
• 分類號(hào): E21B43/14
• 代理公司: 北京同恒源知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11275
• 代理人: 趙榮之

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及煤礦井下瓦斯抽采工程技術(shù)，特別涉及一種煤層群瓦斯聯(lián)合抽采達(dá)標(biāo)預(yù)評(píng)判方法。

背景技術(shù)

我國(guó)煤礦資源種類繁多，近距離煤層群資源豐富，采用穿層鉆孔聯(lián)合抽采煤層群瓦斯是經(jīng)濟(jì)高效的瓦斯治理技術(shù)。根據(jù)《煤礦瓦斯抽采達(dá)標(biāo)暫行規(guī)定》等相關(guān)要求，需對(duì)抽采后的煤層是否達(dá)標(biāo)進(jìn)行評(píng)判。抽采達(dá)標(biāo)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中涉及的抽采達(dá)標(biāo)預(yù)評(píng)判方法均需對(duì)各煤層瓦斯抽采量進(jìn)行單獨(dú)計(jì)量，而目前市場(chǎng)上缺少煤層群瓦斯聯(lián)合抽采鉆孔中分層計(jì)量裝置。煤層群瓦斯聯(lián)合抽采達(dá)標(biāo)預(yù)評(píng)判沒有傳統(tǒng)的裝置，類似的是井下煤層氣產(chǎn)能預(yù)測(cè)的裝置和方法。

目前井下煤層氣產(chǎn)能預(yù)測(cè)方法有許多缺陷，如以下幾個(gè)方面：僅針對(duì)單孔煤層氣抽采量，而不能對(duì)抽采鉆孔組(群)的產(chǎn)能進(jìn)行預(yù)測(cè)；煤層氣抽采模型是建立在抽采過程中滲透率不變的情況下，但根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)實(shí)際表明，在抽采過程中煤層的滲透率是不斷變化的，現(xiàn)有模型均不能滿足生產(chǎn)實(shí)際。

1972年，Price-Abdalla提出了二維、單孔隙、氣—水兩相綜合性產(chǎn)量預(yù)測(cè)的數(shù)學(xué)模型和有限差分的數(shù)值模型，該模型能求解具有不規(guī)則邊界條件和模擬工作面推進(jìn)的移動(dòng)內(nèi)邊界問題,并且開發(fā)了相應(yīng)的計(jì)算機(jī)軟件州TERCONP-1。經(jīng)過長(zhǎng)期的礦井瓦斯抽放工作的實(shí)踐，人們逐漸認(rèn)識(shí)到煤層氣既是影響煤礦生產(chǎn)的災(zāi)害性氣體，同時(shí)也是一種高效潔凈的替代能源。隨著煤層氣開發(fā)試驗(yàn)項(xiàng)目的相繼實(shí)施和實(shí)踐積累，對(duì)煤層氣的生產(chǎn)、儲(chǔ)集和運(yùn)移規(guī)律有了更深入的理解，搞清楚了煤層氣的開采機(jī)理，同時(shí)也意識(shí)到需要有一個(gè)有效的工具，來預(yù)測(cè)煤層氣井的生產(chǎn)動(dòng)態(tài)和產(chǎn)量。正是在這樣的背景下，煤層氣數(shù)值模擬研究工作，在繼續(xù)圍繞礦井瓦斯抽放研究的同時(shí)，借鑒油氣藏?cái)?shù)值模擬的理論、技術(shù)和方法，擴(kuò)展到煤層氣資源勘探、開發(fā)領(lǐng)域。

1981年，由美國(guó)天然氣研究所(GIU)主持，美國(guó)鋼鐵公司(USSteel)和賓州大學(xué)等承擔(dān)，開始了煤層氣產(chǎn)量模擬器與數(shù)學(xué)模型開發(fā)項(xiàng)目的研究工作。在該項(xiàng)目中，Pavone和Schwerer基于雙孔隙、擬穩(wěn)態(tài)、非平衡吸附模型，建立了描述煤儲(chǔ)層煤層中氣、水兩相流動(dòng)的偏微分方程組，采用全隱式進(jìn)行求解，并開發(fā)了相應(yīng)的計(jì)算機(jī)軟件ARRAYS。與此同時(shí)，賓州大學(xué)的Ertekin和King，開發(fā)了類似于ARRAYS模型的單井模型PSU—1。該模型對(duì)方程組在空間和時(shí)間上進(jìn)行差分離散，按全隱式、NEWTON—R方法進(jìn)行求解。后來，PSU—1模型和ARRAYS模型組合在一起形成了GRUSSP軟件包，被推廣應(yīng)用。

1984年，Remner把PSU—1模型升級(jí)為PSU—2模型，使其能夠處理多個(gè)煤層氣井(全氣田規(guī)模)。1987年Sung開發(fā)的PSU—4模型，包括了有限導(dǎo)流裂縫、水平鉆孔和生產(chǎn)煤礦工作面1521。

1989年，美國(guó)天然氣研究所與國(guó)際先進(jìn)能源公司等13個(gè)公司和工業(yè)財(cái)團(tuán)聯(lián)合，在COMETPC模型的基礎(chǔ)上進(jìn)一步開發(fā)出了COMETPC—3D模型，它是一個(gè)強(qiáng)大、三維、氣—水兩相流的計(jì)算機(jī)模型，可模擬多井、多層和壓裂井，考慮了重力效應(yīng)、溶解氣、孔隙壓縮系數(shù)、煤基質(zhì)收縮系數(shù)以及應(yīng)力對(duì)滲透率的影響。

與此同時(shí)，S.A.Holditch&Associates,Inc.(SAH)獨(dú)立開發(fā)了另一個(gè)可模擬煤層氣和非常規(guī)氣的儲(chǔ)層模擬器C0ALGAS。其煤層氣模擬的特性與GRUSSP和COMET煤層氣數(shù)值模擬的研究工作，最早都是圍繞預(yù)測(cè)礦井瓦斯涌出量、為開采規(guī)化和通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)奠定工程基礎(chǔ)、建立合理有效的通風(fēng)系統(tǒng)展開的，目的是控制瓦斯災(zāi)害，解決煤礦安全問題。

在1907年美國(guó)學(xué)者Chamberlin和Darton研究概括出了煤層氣(瓦斯)聚集和運(yùn)移的機(jī)理。1910年，為促進(jìn)安全生產(chǎn)，減少煤層氣(瓦斯)災(zāi)害，美國(guó)成立了礦業(yè)局這一專門的政府機(jī)構(gòu)。1928年，Rice提出了在采煤前采用垂直鉆孔從煤層中除去煤層氣的設(shè)想。然而，在隨后的40年里，控制煤層氣的通用做法仍然是降低煤炭產(chǎn)量和建立復(fù)雜的通風(fēng)系統(tǒng)。

1964年，Lindine等根據(jù)所觀測(cè)的到氣含量和殘余氣含量與深度之間存在的非線性函數(shù)關(guān)系,提出了第一個(gè)預(yù)測(cè)生產(chǎn)礦井瓦斯涌出量的經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ汀irey從理論上推導(dǎo)出第一個(gè)預(yù)測(cè)礦井靜止工作面瓦斯釋放量的偏微分方程，采用解析法求解，建立了一維、單孔隙、氣相的產(chǎn)量預(yù)測(cè)解析模型。

模擬器類似。該模擬器具有平衡吸附和擬穩(wěn)態(tài)非平衡吸附兩種選項(xiàng)，以及圖示化、菜單式的前處理和后處理功能，因而操作方便，顯式結(jié)果直觀。