[发明专利]一种低渗储层煤系气全生命周期高效抽采方法

权利要求书

1.一种低渗储层煤系气全生命周期高效抽采方法，其特征在于：包括如下步骤：

S1：地质力学模型建立：调查煤系气典型赋存矿区地质条件，基于地质钻孔资料，应用地质力学理论，建立储层几何模型，获取储层不同层位岩性特性、物理力学性质及渗透率参数；

S2：煤层开采工艺设计：基于储层几何模型，选定煤系储层中层位较低且厚度较厚下组煤为目标开采煤层，依据岩层控制关键层理论方法，分析煤层开采区岩性特征，确定覆岩关键层层位分布，设计煤层开采工艺；

S3：抽采工作巷布置：基于经典多孔弹性介质流-固耦合模型，建立开采区采场覆岩变形损伤-渗流耦合理论模型，施加模型初始及边界条件，定量表征煤层工作面采动过程中覆岩变形-损伤-渗流时空演化特征，对比计算煤系气抽采工作巷布置在不同层位及位置时的巷道围岩变形量和煤系气渗流量大小，确定工作巷最优布置层位；

S4：关键层致裂工艺设计：试验测定不同层位关键层力学特征参数，以及在原岩应力状态下，不同岩性关键层在水压致裂及切槽定向爆破压裂下的裂缝起裂压力、裂纹扩展及其形态特征规律，理论分析主动破断关键层与煤层开采扰动作用下的顶板悬臂梁结构断裂位置及弹性薄板结构断裂位置，识别影响关键层破断结构的主要影响因素，设计不同层位关键层的压裂工艺；

S5：关键层主动破断实施：物理模拟观测不同层位关键层主动破断时，覆岩在煤层采动扰动过程中的变形损伤及裂隙发育扩展特征，统计不同层位关键层致裂时裂隙发育范围大小，识别关键层破断层位；

S6：储层氮气泡沫压裂实施：试验测定不同煤系岩石的孔隙结构和渗透性在氮气泡沫不同浸泡时间后的变化特征，并测定氮气泡沫压裂煤岩的起裂压力、裂纹扩展形态、穿层特性及多裂缝扩展的力学特征，设计钻场及钻孔排布特征、泡沫质量、排量，实施对煤储层不同层位含煤系气岩层的压裂破煤增透；

S7：煤系气流场演化模型建立：获取煤系储层不同空间层位分布与不同煤层抽、掘、采接替阶段的覆岩变形特征，融合纵向不同层次间、横向不同因素间煤系储层内浓度场、渗流场、裂隙场运移与动态变化规律，分析全生命周期煤系气流场的发展、更新、演化、迭代规律，构建多机理协同演化机制，形成多层位煤系气全生命周期抽采流场动态演化模型；

S8：动态高效抽采方法设计：基于多层位煤系气空间分布和全周期抽采工序，融合煤系地质、采煤工艺和抽采工序多源数据，建立同步数字孪生模型；基于大数据挖掘技术，研究不同抽采阶段或生命周期的煤系气流场与浓度场变化，确定以采气量与抽采效率为目标的相关影响因素及权值，设计不同生命周期的动态高效抽采方法；

S9：智能联动控制模型建立：基于煤系气抽采智能监测数据与采动物理力学模型，构建抽采钻孔与煤系气流场智能联动模型，提出深度学习技术，明晰抽采系统智能调参联动关系，建立覆盖采前、采中、采后全生命周期的智能联动控制模型；

S10：高效抽采智能化系统构建：利用数字孪生技术和知识生成机制，将抽采机理模型、经验知识和大数据有机融合，建立具备抽采方案实时优选、抽采系统智能调控、抽采系统智能诊断、抽采达标自动评判功能的煤系气高效抽采智慧平台，形成全面感知、实时互联、分析决策、自主学习、动态演化、协同控制的煤系气全生命周期高效抽采智能化系统。

2.根据权利要求1所述的一种低渗储层煤系气全生命周期高效抽采方法，其特征在于：所述步骤S1中的储层不同层位岩性特性、物理力学性质包括矿物成分、孔隙率、弹性模量、泊松比、单轴抗压强度、三轴抗压强度、内聚力、内摩擦角。

3.根据权利要求1所述的一种低渗储层煤系气全生命周期高效抽采方法，其特征在于：所述步骤S1中在地质力学模型建立过程中，通过对比不同层位煤系气压力钻孔实测数据与数值模拟数据，修正模型岩性参数，对模型进行合理校验修正。

4.根据权利要求1所述的一种低渗储层煤系气全生命周期高效抽采方法，其特征在于：所述步骤S2中的煤层覆岩关键层包括渗透率最低、起隔水阻气作用的关键层，以及力学强度最大、起岩层控制作用的关键层。