本發(fā)明涉及一種構(gòu)造煤儲層應(yīng)力釋放可改造性評價方法，尤其是一種適用于構(gòu)造煤儲層在應(yīng)力釋放過程中對儲層力學(xué)特征、構(gòu)造煤煤層氣滲流、解吸研究的煤系儲層的評價。

背景技術(shù)：

1、構(gòu)造煤廣泛發(fā)育和構(gòu)造煤煤層氣資源豐富是中國煤與煤層氣資源的顯著特征，構(gòu)造煤煤層氣資源量占我國煤層氣資源總量的比例較大，構(gòu)造煤具有富氣、低滲、松軟等突出特征，多為煤與瓦斯突出煤層，因危害大且抽采利用困難煤礦生產(chǎn)中多將其風(fēng)排到大氣中。因此，構(gòu)造煤煤層氣高效開發(fā)的能源、安全、生態(tài)意義十分突出。

2、構(gòu)造煤儲層應(yīng)力釋放研究對構(gòu)造煤煤層氣開發(fā)工作具有重要意義。由于構(gòu)造煤儲層滲透率極低且水力壓裂等改造方式效果很差，疏水降壓解吸采氣理論顯然不適合于構(gòu)造煤儲層，勘探開發(fā)實踐也表明，基于疏水降壓解吸采氣理論基礎(chǔ)的煤層氣勘探開發(fā)技術(shù)無法實現(xiàn)構(gòu)造煤煤層氣的高效開發(fā)。因此，通過對構(gòu)造煤儲層采動卸壓增透使煤巖應(yīng)力釋放和體積膨脹不僅可以顯著降低煤層流體壓力，同時大大改善煤層滲透性，煤層氣大量解吸和滲流到地面井井筒，從而實現(xiàn)煤礦區(qū)卸壓煤層氣地面井高效開發(fā)。

3、目前煤儲層改造方式類型多樣，針對常規(guī)煤儲層的水力壓裂方式改造以水力壓裂過程中裂縫的縫長和縫高擴展作為衡量指標(biāo)的可改造性評價方法研究較為廣泛，但構(gòu)造煤儲層應(yīng)力釋放增滲的研究相對較少，導(dǎo)致構(gòu)造煤煤層氣開發(fā)程度較淺，尚未提出可量化和可操作性強的構(gòu)造煤儲層應(yīng)力釋放可改造性評價方法，無法有效指導(dǎo)工程實踐。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、技術(shù)問題：本發(fā)明的目的是要針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足之處，提供一種構(gòu)造煤儲層應(yīng)力釋放可改造性評價方法，通過分析評價指標(biāo)對儲層氣體滲透率和氣體解吸量的影響關(guān)系，定量評價構(gòu)造煤儲層的可改造性，從而提升構(gòu)造煤煤層氣開發(fā)技術(shù)水平。

2、技術(shù)方案：為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的一種構(gòu)造煤儲層應(yīng)力釋放可改造性評價方法，其特征在于，包括以下步驟：

3、s1、篩選樣品：對可采煤層的煤種、煤質(zhì)特征及其變化規(guī)律和煤的工藝性能采集樣品，對采集的樣品進行篩選，篩選出不同煤巖煤質(zhì)的構(gòu)造煤樣品；

4、s2、進行構(gòu)造煤氣體吸附-解吸試驗：采用煤系地層結(jié)構(gòu)重構(gòu)與相似材料模擬裝置，模擬構(gòu)造煤樣品在不同儲層環(huán)境賦存條件，對構(gòu)造煤樣品進行氣體吸附-解吸試驗；地層試驗溫度設(shè)為三個溫度點分別為30℃、35℃、40℃，應(yīng)力加卸載條件下構(gòu)造煤氣體吸附-解吸試驗需要在三個不同的溫度點30℃、35℃、40℃分別進行三次試驗；

5、s3、進行構(gòu)造煤氣體滲透性試驗：采用煤系地層結(jié)構(gòu)重構(gòu)與相似材料模擬裝置，模擬構(gòu)造煤樣品在不同儲層環(huán)境賦存條件，對構(gòu)造煤樣品進行氣體滲透性試驗；所述不同地層環(huán)境賦存條件包括：儲層含氣量、地應(yīng)力和地溫；應(yīng)力加卸載條件下構(gòu)造煤滲透性實驗設(shè)置三次循環(huán)加卸載，每次循環(huán)加卸載的溫度分別設(shè)為30℃、35℃、40℃；

6、s4、選擇評價指標(biāo)：根據(jù)構(gòu)造煤樣品試驗結(jié)果，選擇對氣體滲透率和氣體解吸量影響較大的評價指標(biāo)；

7、s5、計算評價指標(biāo)權(quán)重：將步驟s4篩選之后的各評價指標(biāo)進行權(quán)重計算；

8、s6、建立評價方法：利用回歸分析方法建立各評價指標(biāo)與氣體滲透率和氣體解吸量之間的回歸模型，再結(jié)合步驟s5中各評價指標(biāo)的權(quán)重，最終建立構(gòu)造煤儲層應(yīng)力釋放可改造性評價模型。

9、步驟s1中，所述的不同煤巖煤質(zhì)的構(gòu)造煤樣品為碎裂煤、碎粒煤、糜棱煤，不同煤巖類型的構(gòu)造煤樣品為光亮型煤、半亮型煤、半暗型煤、暗淡型煤。

10、步驟s2中，所述的不同儲層環(huán)境賦存條件包括：儲層含氣量、地應(yīng)力和地溫。

11、步驟s2中，所述的采用煤系地層結(jié)構(gòu)重構(gòu)與相似材料模擬裝置包括依次密封連接的氣瓶、氣壓參考缸、應(yīng)力加卸載裝置、熱風(fēng)機、真空泵、氣體流量計和計算機；所述氣瓶與氣壓參考缸連接的管線上設(shè)有壓力傳感器，氣瓶與壓力傳感器之間的管線上設(shè)有減壓閥，壓力傳感器與氣壓參考缸相連的管線上設(shè)有第一第二氣體閥門，應(yīng)力加卸載裝置與第一氣體閥門之間也設(shè)有第二壓力表和第三氣體閥門，應(yīng)力加卸載裝置與真空泵之間設(shè)有第四氣體閥門，應(yīng)力加卸載裝置與氣體流量計之間設(shè)有第三壓力表和第五氣體閥門，所述氣壓參考缸上分別設(shè)有第一壓力表和溫度計；所有加載板均能通過計算機單獨控制加載壓力，更加真實的模擬構(gòu)造煤樣品在自然環(huán)境中所處的應(yīng)力環(huán)境。

12、步驟s2中，所述的應(yīng)力加卸載裝置為真三軸加卸載裝置，真三軸加卸載裝置包括三個液壓油缸和呈立方體的前后左右上下六塊加載板，六個加載板分別與三個液壓油缸連接，其中，第一液壓油缸與加第五載板和第六加載板連接，第二液壓油缸與第一加載板和第二加載板連接，第三液壓油缸與第三加載板和第四加載板連接。

13、步驟s2中，所述對構(gòu)造煤樣品進行氣體吸附-解吸試驗：

14、將不同類型的構(gòu)造煤按照需要研究的比例放入應(yīng)力加卸載裝置中，樣品總體長、寬、高為4：3：3；使用真空泵進行抽真空至-0.1mpa，維持30min，以確保系統(tǒng)的密封性和原始煤樣中氣體排出；使用不吸附的氦氣分別注入?yún)⒖几?、氣體管道、應(yīng)力加卸載裝置壓中，計算出構(gòu)造煤樣品的空隙體積和管道自由空間；

15、待參考缸內(nèi)氣壓穩(wěn)定后，打開參考缸和應(yīng)力加卸載裝置之間的第三氣體閥門，煤樣品開始吸附，設(shè)定吸附時間為12至15小時，在吸附過程結(jié)束后的0至2小時，參考缸內(nèi)氣壓變化應(yīng)小于0.01mpa；之后，關(guān)閉第三氣體閥門并調(diào)節(jié)應(yīng)力加卸載裝置卸壓模擬有效應(yīng)力減小，同時記錄煤樣柱中的孔隙氣體壓力和應(yīng)變變化數(shù)值；

16、當(dāng)壓力表壓力讀數(shù)變化幅度小于0.01mpa時認(rèn)為壓力穩(wěn)定，打開出第五口閥，煤樣柱開始解吸，此時記錄尾端的氣體流量計中的氣體實時流速及累積流量；解吸時間設(shè)定為6-8小時，當(dāng)溫度和大氣壓力的變化分別小于0.1℃和0.01kpa時，試驗數(shù)據(jù)可靠，進行數(shù)據(jù)記錄，根據(jù)原位地層條件，應(yīng)力加卸載條件下構(gòu)造煤氣體吸附-解吸試驗需要在三個不同的溫度點30℃、35℃、40℃分別進行三次試驗；

17、根據(jù)實驗需求設(shè)定參考缸吸附氣體壓力為2-4mpa，構(gòu)造煤樣品有效應(yīng)力設(shè)置為2-3mpa,應(yīng)力加卸載裝置的壓力最低從6mpa開始加載，加/卸載梯度為3mpa，最大圍壓應(yīng)力為21mpa。

18、步驟s3中，所述的應(yīng)力加卸載條件下構(gòu)造煤滲透性實驗：

19、基于煤系地層結(jié)構(gòu)重構(gòu)與相似材料模擬裝置進行應(yīng)力變化條件下的構(gòu)造煤滲透性試驗，分析應(yīng)力釋放條件下不同煤體結(jié)構(gòu)、煤巖類型、含氣量、溫度對構(gòu)造煤儲層氣體滲透性變化的影響；

20、打開氣瓶和應(yīng)力加卸載裝置之間的第一第三第五氣體閥門，關(guān)閉第二第四氣體閥門,打開并調(diào)節(jié)減壓閥，待減壓閥顯示的氣體壓力達(dá)到2-6mpa后，觀察氣體流量計的讀數(shù)，等待氣體流量計的讀數(shù)跳動幅度小于0.1cm3/min時，此時認(rèn)為氣體流量讀數(shù)穩(wěn)定，開始操作計算機對應(yīng)力加卸載裝置進行加壓動作；

21、應(yīng)力加卸載裝置壓力最小從2mpa開始最大加至17mpa每3mpa為一個壓力梯度，每次加載動作完成之后需等待氣體流量計讀數(shù)穩(wěn)定后，記錄當(dāng)前氣體流量計數(shù)據(jù)，接著開始下一步加壓測試；

22、當(dāng)應(yīng)力加卸載裝置壓力加至17mpa時，記錄完成當(dāng)前數(shù)據(jù)后，開始卸壓操作，每3mpa為一個壓力梯度，直至卸載至2mpa；每次卸壓操作完成之后，需等待氣體流量計讀數(shù)穩(wěn)定，記錄當(dāng)前氣體流量計數(shù)據(jù)，接著開始下一步卸壓測試；

23、應(yīng)力加卸載裝置壓力從2mpa加至17mpa，再從17mpa卸至2mpa，如此為一次循環(huán)加卸載；應(yīng)力加卸載條件下構(gòu)造煤滲透性實驗設(shè)置三次循環(huán)加卸載，每次循環(huán)加卸載的溫度分別設(shè)為30℃、35℃、40℃。

24、步驟s4中，所述的評價指標(biāo)包括煤體結(jié)構(gòu)、煤巖類型、含氣量、加載應(yīng)力和溫度五個評價指標(biāo)。

25、步驟s5中，所述計算評價指標(biāo)權(quán)重所采用的方法為層次分析法：

26、建立兩兩比較判斷矩陣：

27、

28、

29、表中：a、b、c、d、e、f、g、h、i、j為判斷矩陣元素；

30、采用方根法計算權(quán)重向量；

31、基于層次判斷矩陣an×n得到列向量m＝(m1,m2,m3…,mn)，其中：

32、

33、歸一化處理列向量m＝(m1,m2,m3…,mn)，得到特征向量w＝(w1,w2,w3…,wn)；

34、

35、計算判斷矩陣的最大特征根λmax：

36、

37、計算判斷矩陣的一致性指標(biāo)ci和一致性比例cr

38、

39、式中：a—層次判斷矩陣、aij—判斷矩陣元素、mi—列向量的分量、m—列向量、w—特征向量、wi—權(quán)重值、λmax—最大特征值、bi為判斷矩陣的第i個行向量、ci為一致性指標(biāo)、ri為平均一致性指標(biāo)、cr為一致性比例、n為維數(shù)；

40、再判斷矩陣的一致性檢驗,當(dāng)一致性比例cr小于0.1，各指標(biāo)間的相對重要性判別可以接受；

41、 含氣-物性系統(tǒng) 煤巖類型 煤體結(jié)構(gòu) 儲層含氣量 地應(yīng)力 地溫 權(quán)重值 <![cdata[w₁]]> <![cdata[w₂]]> <![cdata[w₃]]> <![cdata[w₄]]> <![cdata[w₅]]>

42、步驟s6中，所述利用回歸分析方法建立各評價指標(biāo)與氣體滲透率和氣體解吸量之間的回歸模型，再結(jié)合步驟s5中各評價指標(biāo)的權(quán)重，最終建立構(gòu)造煤儲層應(yīng)力釋放可改造性評價模型：

43、首先收集包含評價指標(biāo)與氣體滲透率、氣體解吸量的數(shù)據(jù)點，將數(shù)據(jù)點繪制在平面直角坐標(biāo)系中，根據(jù)散點圖的形狀大致判斷和之間的關(guān)系類型；如果散點圖呈現(xiàn)出直線形狀，適合線性模型；如果是曲線形狀，如二次曲線、指數(shù)曲線，就需要考慮非線性模型；

44、線性模型擬合方程：

45、y＝β0+β1x+∈

46、多項式模型擬合方程：

47、y＝β0+β1x+β2x2+∈

48、指數(shù)模型擬合方程：

49、y＝αeβx+∈

50、式中：y—擬合方程、β0、β1、β2—方程系數(shù)、∈—常數(shù)；

51、使用最小二乘法使得平方差和最小，得出各項方程系數(shù)；最后進行模型評估，使用決定系數(shù)r2、均方誤差mse來評估模型擬合程度；決定系數(shù)r2越接近1，表示模型擬合得越好，mse越小，模型預(yù)測精度越高；

52、將上述五個評價指標(biāo)擬合的方程乘以各自得權(quán)重值再加起來，得到最終的評價模型。

53、有益效果：由于采用了上述技術(shù)方案，本發(fā)明通過模擬試驗研究構(gòu)造煤儲層中不同因素對儲層氣體滲透率和氣體解吸量的影響程度，選擇對儲層氣體滲透率和氣體解吸量影響較大的因素作為可改造性評價指標(biāo)，利用層次分析法確定各個評價指標(biāo)權(quán)重，結(jié)合回歸分析方法，建立構(gòu)造煤儲層應(yīng)力釋放可改造性評價方法，綜合評價構(gòu)造煤儲層的可改造性。彌補了現(xiàn)有煤儲層可改造性評價方法不適用于構(gòu)造煤儲層的空白，其方法靈活，可操作性強，根據(jù)不同研究區(qū)儲層特征調(diào)整評價指標(biāo)。評價方法與實際工程情況高度吻合，可操作性強、可量化、可真實有效的評估構(gòu)造煤儲層開發(fā)煤層氣的潛能，通過分析評價指標(biāo)對儲層氣體滲透率和氣體解吸量的影響關(guān)系，定量評價構(gòu)造煤儲層的可改造性，從而提升構(gòu)造煤煤層氣高效開發(fā)技術(shù)水平及煤炭安全開采具有良好的工程應(yīng)用前景；對提升我國構(gòu)造煤煤層氣高效開發(fā)技術(shù)水平及煤炭安全開采具有重要意義。