[发明专利]一种低渗储层煤系气全生命周期高效抽采方法

说明书

本发明提供一种低渗储层煤系气全生命周期高效抽采方法，属于低渗储层煤系气抽采技术领域；解决了低渗储层煤系气全生命周期抽采效率低的问题；以垂向呈叠置发育的低渗煤系储层为对象，建立储层地质力学模型，获取储层岩性，设计煤层开采工艺，分析煤层采动导致的覆岩变形‑损伤‑渗流时空演化规律，通过对比优选，在开采煤层顶部布设一条煤系气专用抽采工作巷，并设计关键层致裂工艺，对关键层进行主动破断，与煤层开采一并形成对煤系储层的卸压扰动，结合氮气泡沫压裂技术，设计钻场及钻孔排布特征，实现对煤储层多层位含煤系气岩体的高效破岩增透，以此为基础，建立煤系气流场演化模型，设计动态高效抽采方法；本发明应用于低渗储层煤系气抽采。

技术领域

本发明属于低渗煤系储层开发利用技术领域，涉及采用低位煤层开采卸压扰动、高位关键层主动致裂，采用氮气泡沫压裂构成多储层缝网，并通过构建全生命周期智能联动抽采系统实现对低渗煤储层煤系气的高效抽采。

背景技术

煤系气以煤系内生内储腐殖型气为主，包括煤层气和煤系砂岩气、页岩气以及煤系碳酸盐岩气等。由于煤系气不同储层流体能量、力学性质和孔渗条件的差异会影响不同煤系气系统共采的兼容性，使得常规地面开采方法难以实现煤系气共采目标。

因此，亟需开发一种煤系气新型开采模式，实现不同层位煤系气共采，提高煤系气开采效率。低孔、低渗透率的非常规天然气储层，煤系气自然抽采难度很大，必须采取卸压抽采的技术方法。目前主要通过在地面布置钻井，采用钻孔水力压裂增透方法。然而，受沉积环境影响，储层在垂向上呈叠置发育，横向上连续性较差，不仅增加了水平井钻井及水力压裂的难度，而且导致地面钻井压裂难以满足多层煤系气共采的目标。考虑到煤层开采导致上覆地层变形卸压，而卸压扰动会促进煤系气释放，且岩层破裂产生的裂隙通道会为含煤地层煤系气运移提供更为有利的条件，利用煤层开采在含煤地层中所产生的卸压增透作用，通过在卸压扰动区周围布设专门的煤系气抽采巷道，可实现对含煤地层煤系气的联合开采。目前，虽然通过顶抽巷或高抽巷等抽采巷道可实现回采工作面瓦斯高放抽放，降低瓦斯浓度，但是这却无法有效抽采煤层顶板内页岩层或砂岩层内的其他煤系气。此外，目前的瓦斯抽采巷还存在诸多不足，如：1）巷道随工作面采动而发生破坏，只服务于采动过程中煤层气抽采，而不能有效抽采工作面采动后在采空区及裂隙带富集的煤系气；2）巷道抽采效果受工作面覆岩裂隙发育程度影响，在裂隙不发育时抽采效果很差；3）巷道抽采调控大多靠人为经验，通常导致采气量低、抽采效率低下等。因此，亟需开发一种煤系气新型开采模式，克服以上不足，实现不同层位煤系气共采，提高煤系气开采效率。

发明内容

本发明为了克服现有技术中存在的不足，所要解决的技术问题为：提供一种低渗储层煤系气全生命周期高效抽采方法的改进。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种低渗储层煤系气全生命周期高效抽采方法，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；