[發(fā)明專利]一種低滲儲(chǔ)層煤系氣全生命周期高效抽采方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202210414931.0
• 申請日: 2022-04-20
• 公開（公告）號(hào): CN114809992B
• 公開（公告）日: 2023-08-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 梁衛(wèi)國;陳躍都;閆紀(jì)偉;郭紅光;武鵬飛;王莉;趙國貞;姜玉龍;李文達(dá);宋曉夏
• 申請（專利權(quán)）人: 太原理工大學(xué)
• 主分類號(hào): E21B43/00
• 分類號(hào): E21B43/00;E21B43/26;G06F30/20
• 代理公司: 太原高欣科創(chuàng)專利代理事務(wù)所(普通合伙) 14109
• 代理人: 崔浩;冷錦超

1.一種低滲儲(chǔ)層煤系氣全生命周期高效抽采方法，其特征在于：包括如下步驟：

S1：地質(zhì)力學(xué)模型建立：調(diào)查煤系氣典型賦存礦區(qū)地質(zhì)條件，基于地質(zhì)鉆孔資料，應(yīng)用地質(zhì)力學(xué)理論，建立儲(chǔ)層幾何模型，獲取儲(chǔ)層不同層位巖性特性、物理力學(xué)性質(zhì)及滲透率參數(shù)；

S2：煤層開采工藝設(shè)計(jì)：基于儲(chǔ)層幾何模型，選定煤系儲(chǔ)層中層位較低且厚度較厚下組煤為目標(biāo)開采煤層，依據(jù)巖層控制關(guān)鍵層理論方法，分析煤層開采區(qū)巖性特征，確定覆巖關(guān)鍵層層位分布，設(shè)計(jì)煤層開采工藝；

S3：抽采工作巷布置：基于經(jīng)典多孔彈性介質(zhì)流-固耦合模型，建立開采區(qū)采場覆巖變形損傷-滲流耦合理論模型，施加模型初始及邊界條件，定量表征煤層工作面采動(dòng)過程中覆巖變形-損傷-滲流時(shí)空演化特征，對比計(jì)算煤系氣抽采工作巷布置在不同層位及位置時(shí)的巷道圍巖變形量和煤系氣滲流量大小，確定工作巷最優(yōu)布置層位；

S4：關(guān)鍵層致裂工藝設(shè)計(jì)：試驗(yàn)測定不同層位關(guān)鍵層力學(xué)特征參數(shù)，以及在原巖應(yīng)力狀態(tài)下，不同巖性關(guān)鍵層在水壓致裂及切槽定向爆破壓裂下的裂縫起裂壓力、裂紋擴(kuò)展及其形態(tài)特征規(guī)律，理論分析主動(dòng)破斷關(guān)鍵層與煤層開采擾動(dòng)作用下的頂板懸臂梁結(jié)構(gòu)斷裂位置及彈性薄板結(jié)構(gòu)斷裂位置，識(shí)別影響關(guān)鍵層破斷結(jié)構(gòu)的主要影響因素，設(shè)計(jì)不同層位關(guān)鍵層的壓裂工藝；

S5：關(guān)鍵層主動(dòng)破斷實(shí)施：物理模擬觀測不同層位關(guān)鍵層主動(dòng)破斷時(shí)，覆巖在煤層采動(dòng)擾動(dòng)過程中的變形損傷及裂隙發(fā)育擴(kuò)展特征，統(tǒng)計(jì)不同層位關(guān)鍵層致裂時(shí)裂隙發(fā)育范圍大小，識(shí)別關(guān)鍵層破斷層位；

S6：儲(chǔ)層氮?dú)馀菽瓑毫褜?shí)施：試驗(yàn)測定不同煤系巖石的孔隙結(jié)構(gòu)和滲透性在氮?dú)馀菽煌輹r(shí)間后的變化特征，并測定氮?dú)馀菽瓑毫衙簬r的起裂壓力、裂紋擴(kuò)展形態(tài)、穿層特性及多裂縫擴(kuò)展的力學(xué)特征，設(shè)計(jì)鉆場及鉆孔排布特征、泡沫質(zhì)量、排量，實(shí)施對煤儲(chǔ)層不同層位含煤系氣巖層的壓裂破煤增透；

S7：煤系氣流場演化模型建立：獲取煤系儲(chǔ)層不同空間層位分布與不同煤層抽、掘、采接替階段的覆巖變形特征，融合縱向不同層次間、橫向不同因素間煤系儲(chǔ)層內(nèi)濃度場、滲流場、裂隙場運(yùn)移與動(dòng)態(tài)變化規(guī)律，分析全生命周期煤系氣流場的發(fā)展、更新、演化、迭代規(guī)律，構(gòu)建多機(jī)理協(xié)同演化機(jī)制，形成多層位煤系氣全生命周期抽采流場動(dòng)態(tài)演化模型；

S8：動(dòng)態(tài)高效抽采方法設(shè)計(jì)：基于多層位煤系氣空間分布和全周期抽采工序，融合煤系地質(zhì)、采煤工藝和抽采工序多源數(shù)據(jù)，建立同步數(shù)字孿生模型；基于大數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)，研究不同抽采階段或生命周期的煤系氣流場與濃度場變化，確定以采氣量與抽采效率為目標(biāo)的相關(guān)影響因素及權(quán)值，設(shè)計(jì)不同生命周期的動(dòng)態(tài)高效抽采方法；

S9：智能聯(lián)動(dòng)控制模型建立：基于煤系氣抽采智能監(jiān)測數(shù)據(jù)與采動(dòng)物理力學(xué)模型，構(gòu)建抽采鉆孔與煤系氣流場智能聯(lián)動(dòng)模型，提出深度學(xué)習(xí)技術(shù)，明晰抽采系統(tǒng)智能調(diào)參聯(lián)動(dòng)關(guān)系，建立覆蓋采前、采中、采后全生命周期的智能聯(lián)動(dòng)控制模型；

S10：高效抽采智能化系統(tǒng)構(gòu)建：利用數(shù)字孿生技術(shù)和知識(shí)生成機(jī)制，將抽采機(jī)理模型、經(jīng)驗(yàn)知識(shí)和大數(shù)據(jù)有機(jī)融合，建立具備抽采方案實(shí)時(shí)優(yōu)選、抽采系統(tǒng)智能調(diào)控、抽采系統(tǒng)智能診斷、抽采達(dá)標(biāo)自動(dòng)評判功能的煤系氣高效抽采智慧平臺(tái)，形成全面感知、實(shí)時(shí)互聯(lián)、分析決策、自主學(xué)習(xí)、動(dòng)態(tài)演化、協(xié)同控制的煤系氣全生命周期高效抽采智能化系統(tǒng)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種低滲儲(chǔ)層煤系氣全生命周期高效抽采方法，其特征在于：所述步驟S1中的儲(chǔ)層不同層位巖性特性、物理力學(xué)性質(zhì)包括礦物成分、孔隙率、彈性模量、泊松比、單軸抗壓強(qiáng)度、三軸抗壓強(qiáng)度、內(nèi)聚力、內(nèi)摩擦角。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種低滲儲(chǔ)層煤系氣全生命周期高效抽采方法，其特征在于：所述步驟S1中在地質(zhì)力學(xué)模型建立過程中，通過對比不同層位煤系氣壓力鉆孔實(shí)測數(shù)據(jù)與數(shù)值模擬數(shù)據(jù)，修正模型巖性參數(shù)，對模型進(jìn)行合理校驗(yàn)修正。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種低滲儲(chǔ)層煤系氣全生命周期高效抽采方法，其特征在于：所述步驟S2中的煤層覆巖關(guān)鍵層包括滲透率最低、起隔水阻氣作用的關(guān)鍵層，以及力學(xué)強(qiáng)度最大、起巖層控制作用的關(guān)鍵層。