[发明专利]一种煤层瓦斯压力和渗透率同步反演方法

说明书

本发明提供了一种煤层瓦斯压力和渗透率同步反演方法，属于煤矿地质和安全技术领域。解决了现有测试方法无法同步获取煤层瓦斯压力和渗透率的问题。其技术方案为：在井下施工钻孔并封孔，测试孔口瓦斯流量，构建一种双孔/双渗透气固耦合数学模型，并根据几何模型和边界条件进行数值计算得出钻孔瓦斯流量模拟值，根据钻孔瓦斯流量的实测值和模拟值构建目标函数，利用代理优化算法反演得出煤层原始瓦斯压力和渗透率。本发明的有益效果为：其实施步骤简单，反演结果稳定准确、能更准确反映钻孔流量实际变化、测试周期短、节省人力物力、自动化程度高、对穿层、顺层工况条件下的钻孔均适用等优点。

技术领域

本发明涉及一种煤层瓦斯压力和渗透率同步反演方法，属于煤矿地质和安全技术领域。

背景技术

煤层瓦斯压力和渗透率是影响煤层气开发和煤层突出危险性程度的两个关键参数。目前煤层瓦斯压力井下测试方法主要分为通过封孔测压的直接法和通过瓦斯含量、瓦斯解吸特性或钻孔瓦斯流量等参数反算得出的间接法，煤层渗透率井下测试主要为通过钻孔瓦斯压力或钻孔瓦斯流量等参数计算得出的间接法。

公开号为CN110424949A的现有技术，一种煤层瓦斯参数随钻快速测试的反演计算方法，在煤层中钻孔时，通过随钻实时测试孔口气体流量和瓦斯浓度，计算出孔口钻孔瓦斯涌出量，基于钻孔和煤层渗透率参数反演计算出钻头处的煤层瓦斯压力，根据瓦斯含量与瓦斯压力关系式计算出煤层瓦斯含量。基于钻孔瓦斯流量信息的煤层瓦斯压力或渗透率间接测试法均以瓦斯径向流动方程为理论依据，忽略了煤层变形、孔隙率和渗透率动态演化对瓦斯流动的影响，导致这些方法无法准确反映钻孔瓦斯流量的实际变化，且要求测试钻孔必须垂直于煤层施工，给现场测点选择和钻孔施工带来了很大挑战。且这些方法的测试结果不稳定，精确度很难保证。目前煤层渗透率测试均是在已知煤层瓦斯压力的条件下进行，利用现有方法无法同步获取煤层的瓦斯压力和渗透率。

发明内容

针对现有技术的不足之处，提供一种煤层瓦斯压力和渗透率同步反演方法，其步骤简单，计算速度快，反演准确率高，解决了现有的测试方法无法同步获取煤层瓦斯压力和渗透率的问题。

为实现上述技术目的，本发明的一种煤层瓦斯压力和渗透率同步反演方法，在井下施工钻孔并封孔，测试孔口瓦斯流量，构建双重孔隙/双重渗透率气固耦合数学模型，并通过试验确定双重孔隙/双重渗透率气固耦合数学模型的参数，生成地质模拟几何模型结合地质模拟几何模型的边界条件计算得出对应钻孔瓦斯流量的模拟值，利用钻孔瓦斯流量的实测值和模拟值构建目标函数，通过代理优化算法反演得出煤层原始瓦斯压力和渗透率；

具体步骤如下：

a.在目标煤层施工测试钻孔，钻孔施工完成后对钻孔进行密封，通过孔口流量计测试不同时间的钻孔瓦斯流量值；

b.构建双重孔隙/双重渗透率气固耦合数学模型，并基于实验室和现场试验，确定双重孔隙/双重渗透率气固耦合数学模型的所有参数；

c.根据钻孔布置和钻孔周围煤岩层赋存情况，建立目标煤层相应的地质模拟几何模型并确定地质模拟几何模型的边界条件；

d.将目标煤层原始瓦斯压力和渗透率作为输入变量，并根据上述双重孔隙/双重渗透率气固耦合数学模型、双重孔隙/双重渗透率气固耦合数学模型参数、地质模拟几何模型及地质模拟几何模型边界条件，调用COMSOL Multiphysics with MATLAB软件中的固体力学和达西定律模块仿真计算出对应钻孔瓦斯流量的模拟值；

e.根据钻孔瓦斯流量实测值和模拟值构建目标函数，给定优化参数约束条件和优化停止条件，调用COMSOL Multiphysics with MATLAB软件中的代理优化求解器反演得出煤层原始瓦斯压力和渗透率；

f.根据煤层原始瓦斯压力以及现场采集到的信息：煤层孔隙率、煤层密度、煤层温度和煤体吸附常数，进一步计算出煤层瓦斯含量，根据煤层原始瓦斯压力、煤层瓦斯含量预测出地质模拟几何模型范围内煤层的突出危险性。