[發明專利]一種低滲儲層煤系氣全生命周期高效抽采方法

有效

• 申請號: 202210414931.0
• 申請日: 2022-04-20
• 公開（公告）號: CN114809992B
• 公開（公告）日: 2023-08-08
• 發明（設計）人: 梁衛國;陳躍都;閆紀偉;郭紅光;武鵬飛;王莉;趙國貞;姜玉龍;李文達;宋曉夏
• 申請（專利權）人: 太原理工大學
• 主分類號: E21B43/00
• 分類號: E21B43/00;E21B43/26;G06F30/20
• 代理公司: 太原高欣科創專利代理事務所(普通合伙) 14109
• 代理人: 崔浩;冷錦超

本發明提供一種低滲儲層煤系氣全生命周期高效抽采方法，屬于低滲儲層煤系氣抽采技術領域；解決了低滲儲層煤系氣全生命周期抽采效率低的問題；以垂向呈疊置發育的低滲煤系儲層為對象，建立儲層地質力學模型，獲取儲層巖性，設計煤層開采工藝，分析煤層采動導致的覆巖變形?損傷?滲流時空演化規律，通過對比優選，在開采煤層頂部布設一條煤系氣專用抽采工作巷，并設計關鍵層致裂工藝，對關鍵層進行主動破斷，與煤層開采一并形成對煤系儲層的卸壓擾動，結合氮氣泡沫壓裂技術，設計鉆場及鉆孔排布特征，實現對煤儲層多層位含煤系氣巖體的高效破巖增透，以此為基礎，建立煤系氣流場演化模型，設計動態高效抽采方法；本發明應用于低滲儲層煤系氣抽采。

技術領域

本發明屬于低滲煤系儲層開發利用技術領域，涉及采用低位煤層開采卸壓擾動、高位關鍵層主動致裂，采用氮氣泡沫壓裂構成多儲層縫網，并通過構建全生命周期智能聯動抽采系統實現對低滲煤儲層煤系氣的高效抽采。

背景技術

煤系氣以煤系內生內儲腐殖型氣為主，包括煤層氣和煤系砂巖氣、頁巖氣以及煤系碳酸鹽巖氣等。由于煤系氣不同儲層流體能量、力學性質和孔滲條件的差異會影響不同煤系氣系統共采的兼容性，使得常規地面開采方法難以實現煤系氣共采目標。

因此，亟需開發一種煤系氣新型開采模式，實現不同層位煤系氣共采，提高煤系氣開采效率。低孔、低滲透率的非常規天然氣儲層，煤系氣自然抽采難度很大，必須采取卸壓抽采的技術方法。目前主要通過在地面布置鉆井，采用鉆孔水力壓裂增透方法。然而，受沉積環境影響，儲層在垂向上呈疊置發育，橫向上連續性較差，不僅增加了水平井鉆井及水力壓裂的難度，而且導致地面鉆井壓裂難以滿足多層煤系氣共采的目標。考慮到煤層開采導致上覆地層變形卸壓，而卸壓擾動會促進煤系氣釋放，且巖層破裂產生的裂隙通道會為含煤地層煤系氣運移提供更為有利的條件，利用煤層開采在含煤地層中所產生的卸壓增透作用，通過在卸壓擾動區周圍布設專門的煤系氣抽采巷道，可實現對含煤地層煤系氣的聯合開采。目前，雖然通過頂抽巷或高抽巷等抽采巷道可實現回采工作面瓦斯高放抽放，降低瓦斯濃度，但是這卻無法有效抽采煤層頂板內頁巖層或砂巖層內的其他煤系氣。此外，目前的瓦斯抽采巷還存在諸多不足，如：1）巷道隨工作面采動而發生破壞，只服務于采動過程中煤層氣抽采，而不能有效抽采工作面采動后在采空區及裂隙帶富集的煤系氣；2）巷道抽采效果受工作面覆巖裂隙發育程度影響，在裂隙不發育時抽采效果很差；3）巷道抽采調控大多靠人為經驗，通常導致采氣量低、抽采效率低下等。因此，亟需開發一種煤系氣新型開采模式，克服以上不足，實現不同層位煤系氣共采，提高煤系氣開采效率。

發明內容

本發明為了克服現有技術中存在的不足，所要解決的技術問題為：提供一種低滲儲層煤系氣全生命周期高效抽采方法的改進。

為了解決上述技術問題，本發明采用的技術方案為：一種低滲儲層煤系氣全生命周期高效抽采方法，包括如下步驟：

S1：地質力學模型建立：調查煤系氣典型賦存礦區地質條件，基于地質鉆孔資料，應用地質力學理論，建立儲層幾何模型，獲取儲層不同層位巖性特性、物理力學性質及滲透率參數；

S2：煤層開采工藝設計：基于儲層幾何模型，選定煤系儲層中層位較低且厚度較厚下組煤為目標開采煤層，依據巖層控制關鍵層理論方法，分析煤層開采區巖性特征，確定覆巖關鍵層層位分布，設計煤層開采工藝；

S3：抽采工作巷布置：基于經典多孔彈性介質流-固耦合模型，建立開采區采場覆巖變形損傷-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過程中覆巖變形-損傷-滲流時空演化特征，對比計算煤系氣抽采工作巷布置在不同層位及位置時的巷道圍巖變形量和煤系氣滲流量大小，確定工作巷最優布置層位；

S4：關鍵層致裂工藝設計：試驗測定不同層位關鍵層力學特征參數，以及在原巖應力狀態下，不同巖性關鍵層在水壓致裂及切槽定向爆破壓裂下的裂縫起裂壓力、裂紋擴展及其形態特征規律，理論分析主動破斷關鍵層與煤層開采擾動作用下的頂板懸臂梁結構斷裂位置及彈性薄板結構斷裂位置，識別影響關鍵層破斷結構的主要影響因素，設計不同層位關鍵層的壓裂工藝；