原位煤层气井地面预抽瓦斯消突效果井上下联合评价方法与流程

本发明涉及一种原位煤层气井地面预抽瓦斯消突效果井上下联合评价的方法，尤其是一种适用于煤矿区利用原位煤层气直井预抽规划采煤工作面内部开采煤层瓦斯时，采用井上下联合评价方法确定瓦斯预抽消突区域的方法，属于煤层气开发与煤矿瓦斯预抽消突。

背景技术：

1、煤层气规模化开发不仅能够缓解我国常规油气能源短缺形势，还可降低煤矿瓦斯突出事故发生风险，产生显著的经济、环境、安全及社会效益。

2、由于区内当前开采煤矿众多，因此实现煤矿区煤层气开发、瓦斯地面预抽与消突，是解决煤层气开发投入高、经济效益差的根本途径。长期以来，尽管开展了原位煤层气井地面预抽工作，并在一定程度上降低了原位煤层气井周边煤层瓦斯含量及瓦斯压力，但原位煤层气地面预抽瓦斯消突的效果却难以判断，导致无法较为准确的圈定原位煤层气井地面预抽瓦斯消突的范围，这在一定程度上影响到煤炭开采企业开展地面预抽瓦斯工作的积极性。为了解决上述问题，就需要综合采用多种方法合理预测原位煤层气井地面预抽瓦斯消突效果，合理圈定原位煤层气井地面预抽瓦斯消突范围，为保障煤矿安全、高效生产提供技术支撑。

技术实现思路

1、本发明的目的是要克服原位煤层气井地面预抽瓦斯消突效果难以评价，无法圈定地面瓦斯预抽消突范围的问题，提出一种井上下联合评价原位煤层气井地面预抽瓦斯消突效果的方法，合理圈定瓦斯地面预抽消突范围。

2、技术方案：为了实现上述目的，本发明的一种原位煤层气井地面预抽瓦斯消突效果井上下联合评价的方法，包括以下步骤：

3、(a)在规划的采煤工作面内安排间隔施工多口原位煤层气直井，使原位煤层气井与工作面回风顶抽巷、工作面运输顶抽巷的平面距离为60～70m；所述原位煤层气直井为二开结构，一开完钻后下入表层套管固井，形成表层套管固井水泥环，二开完钻后下入生产套管固井，形成生产套管固井水泥环；对原位煤层气直井开采煤层段射孔后进行水力压裂，使井筒周围形成水力压裂裂缝，根据地面或井中微震监测确定压裂缝网延伸优势方向与压裂缝网延伸非优势方向；在地面安装游梁式抽油机开展长期排水采气作业，使原位煤层气直井周围煤储层含气量、储层压力不断降低，逐渐扩大地面瓦斯预抽的消突范围；

4、(b)利用采煤工作面及周边区域煤炭地质勘查、煤层气勘查工作所获取包括开采煤层发育、赋存、含气性、储层物性及煤层气藏温压条件等数据，构建采煤工作面及周边区域开采煤层精细三维地质模型；

5、(c)结合原位煤层气直井水力压裂施工过程中微震监测结果，设定原位煤层气直井周边压裂改造区范围，设置压裂改造区内开采煤层渗透率，根据负指数函数设置，通过拟合原位煤层气直井稳产前的日产水量、日产气量数据，对压裂改造区内开采煤层渗透率进行优化调整；

6、(d)利用所构建的开采煤层中多物理场耦合条件下气-水两相渗流数学模型，开展煤储层数值模拟，基于原位煤层气直井排采过程中实际井底流压变化条件下日产水量、日产气量拟合，重点对压裂改造区周边开采煤层储层参数进行优化调整；在完成开采煤层储层参数的优化调整后，需要对储层参数调整效果进行评估，如果优化后的模拟结果与实际数据更为吻合，则认为优化调整有效；

7、(e)在原位煤层气直井日产水量、日产气量拟合与开采煤层孔隙度、渗透率、含气饱和度的储层参数优化调整基础上，采用储层数值模拟方法反演原位煤层气直井井控范围内开采煤层含气量、储层压力变化历史，预测长期排采过程中原位煤层气直井井控范围内开采煤层含气量、储层压力变化趋势，并以此将开采煤层储层数值模拟预测结果作为地面预抽瓦斯消突效果评价的间接依据；

8、(f)在包括工作面回风顶抽巷、工作面运输顶抽巷和工作面切眼顶抽巷的采煤工作面顶抽巷内靠近原位煤层气直井的位置，部署多个采煤工作面顶抽巷钻场，从顶抽巷钻场处岩壁开孔，分别向原位煤层气直井压裂缝网延伸优势方向、压裂缝网延伸非优势方向各施工多个穿层瓦斯检查孔，并施工相邻两个穿层瓦斯检查孔入开采煤层靶点；

9、(g)钻取开采煤层，获取煤样后测试残余瓦斯含量，钻孔压力及孔口瓦斯浓度均无变化时，测试穿层瓦斯检查孔封孔后的残余瓦斯压力，并以此确定井下穿层瓦斯检查孔残余瓦斯含量、残余瓦斯压力实测结果作为地面预抽瓦斯消突效果评价的直接依据；

10、(h)综合记录包括开采煤层孔隙度、渗透率、含气饱和度的储层数值，模拟煤层含气量、储层压力预测与井下穿层瓦斯检查孔残余瓦斯含量、残余瓦斯压力实测结果，建立规划采煤工作面所在瓦斯地质单元内煤层含气量与残余瓦斯的含量、煤储层压力与残余瓦斯压力之间的定量关系，通过矿井上下联合评价原位煤层气井地面预抽瓦斯消突效果。

11、步骤(a)中，所述安排间隔施工多口原位煤层气直井分两排布置，其中一排沿采煤工作面回风巷延伸方向布置，另一排沿采煤工作面运输巷延伸方向布置。

12、步骤(b)中，所述构建采煤工作面及周边区域开采煤层精细三维地质模型构建过程包括开采煤层特征数据收集与整合、数据处理与分析、三维地质框架建立、储层精细化建模、模型验证与修正五个步骤，收集地质、地球物理、地球化学多种数据，将采集的数据进行整合，建立统一的地质模型、地球物理模型、地球化学模型等数据模型，对整合后的数据进行数据清洗、数据分析、数据插值、数据模拟处理，获得更精确的地质信息，根据处理后的数据建立地质模型，地质模型包括地层模型、构造模型、岩性模型和矿化模型，对建模进行测试，修改发现的问题，达到预期效果；在精细三维地质模型构建过程中，综合运用地质学、地球物理学、计算机科学等多个学科的技术，通过对建立的地质模型进行验证，包括实际地质情况对比、模型可靠性评估，确保模型的准确性与合理性。

13、步骤(c)中，所述的微震监测结果能为原位煤层气直井周边地面微震监测结果，或为原位煤层气直井临井中微震监测结果；所设定的原位煤层气直井周边压裂改造区范围包含微震监测所确定的所有震动点和在地面的垂直投影点。

14、步骤(d)中，所述压裂改造区周边开采煤层储层参数优化调整主要包括对开采煤层孔隙度、渗透率、含气饱和度等关键储层参数的调整；所述在储层数值模拟过程中，能通过不断试错的方法，找到能够使模拟结果与实际气、水产出数据最为吻合的开采煤层储层参数组合。

15、步骤(e)中，所述的预测长期排采过程中原位煤层气直井井控范围内开采煤层含气量、储层压力变化趋势预测，需考虑包括地质条件、煤炭开采过程的多种不确定性因素，通过对煤层厚度、储层压力、渗透率以及含气量的敏感性分析和概率分析方法，评估开采煤层含气量、储层压力变化这些不确定性因素对预测结果的影响，以此提高预测结果的可靠性和准确性。

16、步骤(f)中，所述的施工多个穿层瓦斯检查孔为4-6个，所述施工相邻两个穿层瓦斯检查孔入开采煤层靶点的平面距离为28-32m；所述压裂缝网延伸优势方向、压裂缝网延伸非优势方向上距离原位煤层气直井最近的穿层瓦斯检查孔与原位煤层气直井的平面距离均为28-32m。

17、步骤(h)中，所述的定量关系包括：建立煤储层数值模拟数据与井下穿层瓦斯检查孔实测数据非线性拟合，并将煤储层数值模拟所获得的煤层含气量、煤储层压力数据转化为残余瓦斯含量、残余瓦斯压力数据，然后分别开展原位煤层气井地面预抽瓦斯消突效果评价，并分别圈定瓦斯地面预抽消突范围；最后，将煤储层数值模拟方法确定的消突范围与井下穿层瓦斯检查孔实测确定的消突范围相叠加，取两者重叠区作为最终确定的地面预抽瓦斯消突区域。

18、有益效果：由于采用上述技术方案，本发明克服了原位煤层气井地面预抽瓦斯消突效果难以评价，无法圈定地面瓦斯预抽消突范围的问题，提出一种井上下联合评价原位煤层气井地面预抽瓦斯消突效果的方法，合理圈定瓦斯地面预抽消突范围。首先，综合煤炭、煤层气勘查数据资料，构建工程尺度的开采煤层(22)精细三维地质模型，并基于前期排采数据优化模型参数取值，反演排采过程中煤层含气量、煤储层压力变化过程及趋势，采用井上储层数值模拟方法评价煤层气地面预抽消突效果，圈定消突范围；其次，自多个顶抽巷钻场(14)向原位煤层气直井(10)压裂缝网延伸优势方向(15)、压裂缝网延伸非优势方向(13)施工多个穿层瓦斯检查孔(15)，测试残余瓦斯含量、残余瓦斯压力，采用井下实测方法评价煤层气地面预抽消突效果，圈定消突范围；再次，建立规划采煤工作面(1)所在瓦斯地质单元内煤层含气量与残余瓦斯含量、煤储层压力与残余瓦斯压力之间的定量关系，综合井上下联合评价结果最终确定煤层气地面预抽瓦斯消突范围。与现有技术相比的主要优点有：

19、①综合多源信息，构建工程尺度的高精度开采煤层三维地质模型，保证储层模型的准确性；

20、②利用原位煤层气井前期排采数据进行地质模型参数优化调整，进一步提高了模型的精度及反演结果的合理性；

21、③井上下联合评价煤层气地面预抽瓦斯消突效果，综合确定瓦斯预抽消突范围，显著提高了煤矿瓦斯突出防控的安全系数；

22、④井上下联合评价技术工艺简单，工程实施成本低，经济、环境与社会效益好。