一种基于随钻测量的煤层气产能预测装置及其使用方法

1.本发明涉及煤层气开发领域，具体是指一种基于随钻测量的煤层气产能预测装置及其使用方法。


背景技术：

2.煤层气的地面抽采是是防治瓦斯灾害的重要手段，也是保障国家天然气供给的重要途径。准确预测煤层气产能是获得抽采效益的关键，但是煤层气地面抽采一般须经钻井、完井、测井和试产等工艺过程，前期投资较高而往往难以获得效益产能。因此，如能在钻井过程中实现煤层气产能的随钻预测，进而根据预测结果决定是否实施后续的完井、测井和下生产管柱等工艺，将显著降低煤层气地面抽采工程的经济风险。


技术实现要素：

3.本发明要解决的技术问题是克服控制常规地面抽采工艺流程在经济性方面的风险，提供一种基于随钻测量的煤层气产能预测装置及其使用方法：煤层气产能预测的基本参数包括岩性、煤层厚度、基质孔隙度(微裂缝发育程度)、地层孔隙压力、煤变质程度(有机质类型、丰度、成熟度)、气水赋存状态(含气饱和度及气水分布情况)、储集性、渗透率(单相渗流特性、多相渗流特性)；在随钻测取上述地质参数基础上，通过数学模型来预测煤层气产能；数学模型包括煤层气渗流数学模型的建立及求解、煤岩储层单井基质-裂缝地质模型的建立、煤层气-产能测录预测及评价；其中煤层气渗流数学模型根据经典达西定律建立运动方程，将储层流体物性测录参数进行拟合和处理，最终建立煤层气渗流数学模型并进行求解；煤层储层单井基质-裂缝地质模型根据储层物性评价数据，选取典型储层基质物性参数，并综合考虑裂缝形态，建立单井分层基质-裂缝地质模型；煤层气产能测录预测及评价程序是对单井地质模型进行分层横向剖切，观察各相流体参数动态分布，进而明确生产过程中压力波及顺序及煤层气动用范围和宏观运移规律，进而对煤层气产能进行评价和预测。
4.为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案为一种基于随钻测量的煤层气产能预测装置：包括预测装置本体，所述预测装置本体的两端分别与钻杆和钻头连接，所述预测装置本体的内部嵌设有固液分流管路、主地层孔隙压力传感器、岩性测定传感器、煤层厚度测量装置、含气范围检测装置、电阻率检测装置、煤变质系数测量传感器、孔隙度探测装置、渗透率测量传感器、副地层孔隙压力传感器、地质构造分析装置、芯片、中心处理器；地层孔隙压力传感器测量地层的纵波、横波速度，预测地层孔隙压力；岩性测定传感器通过测量不同岩石中元素差异性来确定岩性；煤层厚度测量装置通过检测岩石中的自然γ射线穿透煤层的辐射强度确定煤层厚度；含气范围检测装置通过测定煤层气层中子背景值计算含气范围；电阻率检测装置测定煤层中的气水饱和度；煤变质系数测量传感器测定煤变质系数进而获得煤变质程度；孔隙度探测装置测定基质孔隙度；渗透率测量传感器应用kozeny方程并通过测定地层孔隙应力来确定渗透率；地质构造分析装置利用现场已有岩心来确定各界
面的地质特征与测井响应特征；
5.固液分流管路的两端均设有螺纹。
6.作为改进，所述地层孔隙压力传感器设置在预测装置本体中远离钻头的一端；所述地层孔隙压力传感器设置在预测装置本体中靠近钻杆的一端。
7.作为改进，所述预测装置本体与钻头之间的距离为0.1～0.5m。
8.一种基于随钻测量的煤层气产能预测装置的使用方法，至少包括以下步骤：
9.(1)通过螺纹将预测装置本体与柔性连接器和钻杆连接，预测装置本体与钻头一同转动；
10.(2)地层孔隙压力传感器测量地层的纵波、横波速度，预测地层孔隙压力；
11.(3)岩性测定传感器通过测量不同岩石中元素差异性来确定岩性；煤层厚度测量装置通过检测岩石中的自然γ射线穿透煤层的辐射强度确定煤层厚度；
12.(4)含气范围检测装置通过测定煤层气层中子背景值计算含气范围；电阻率检测装置测定煤层中的气水饱和度；煤变质系数测量传感器测定煤变质系数进而获得煤变质程度；孔隙度探测装置测定基质孔隙度；渗透率测量传感器应用kozeny方程(岩石渗透率与岩石所处的应力状态有密切联系，岩石的渗透率和孔隙度一般来讲并不存在函数关系，单有一定的统计规律，广泛应用的kozeny方程即说明了这种关系，k为岩石渗透率，ψ是孔隙度，m是水力半径，k0是无量纲常数，取值为2～3)并通过测定地层孔隙应力来确定渗透率，；
13.(5)地质构造分析装置利用现场已有岩心来确定各界面的地质特征与测井响应特征；
14.(6)步骤(2)至(5)中的仪器装置分别将获取的地质信息传输给中心处理器，中心处理器通过芯片中的内置程序计算煤层气产能。
15.本发明与现有技术相比的优点在于：
16.随钻测量，减少工艺流程；
17.有助于提高煤层气开发的经济效益，降低煤炭开采过程中的瓦斯突出风险。
附图说明
18.图1是预测装置本体的安装示意图。
19.图2是图1中a处的局部放大图。
20.图3是图1中b处的局部放大图。
21.图4是图1中c处的局部放大图。
22.如图所示：1、预测装置本体，2、钻头，3、柔性连接器，4、主地层孔隙压力传感器，5、固液分流管路，6、副地层孔隙压力传感器，7、钻杆，8、岩性测定传感器，9、煤层厚度测量装置，10、含气范围检测装置，11、电阻率检测装置，12、煤变质系数测量传感器，13、孔隙度探测装置，14、渗透率测量传感器，15、固液分流管路，16、芯片，17、中心处理器
具体实施方式
23.下面结合附图1-4对本发明一种基于随钻测量的煤层气产能预测装置及其使用方
法做进一步的详细说明。
24.结合附图1-4，一种基于随钻测量的煤层气产能预测装置，包括预测装置本体1，预测装置本体1的两端分别与钻杆7和钻头2连接，预测装置本体1的内部嵌设有固液分流管路5、主地层孔隙压力传感器4、岩性测定传感器8、煤层厚度测量装置9、含气范围检测装置10、电阻率检测装置11、煤变质系数测量传感器12、孔隙度探测装置13、渗透率测量传感器14、副地层孔隙压力传感器6、地质构造分析装置15、芯片16中心处理器17；地层孔隙压力传感器6采用随钻声波测量传感器，实时测量地层的纵波、横波速度，预测地层孔隙压力；岩性测定传感器8为随钻伽马射线传感器，测量不同岩石中元素差异性从而测定岩性；煤层厚度测量装置9利用岩层中存在的自然γ射线穿过煤层后其辐射强度衰减量与煤层厚度呈函数关系的特性确定煤层厚度；煤变质系数测量传感器12为x射线衍射传感器，测定煤变质系数进而获得煤变质程度；所述固液分流管路5的两端均设有螺纹。
25.主地层孔隙压力传感器4设置在预测装置本体1中远离钻头2的一端；副地层孔隙压力传感器6设置在预测装置本体1中靠近钻杆的一端。
26.预测装置本体1与钻头2之间的距离为0.1～0.5m。
27.一种基于随钻测量的煤层气产能预测装置的使用方法，至少包括以下步骤：
28.(1)通过螺纹将预测装置本体1与柔性连接器3和钻杆7连接，预测装置本体1与钻头2一同转动，钻头21为三牙轮或pdc钻头；
29.(2)主、副地层孔隙压力传感器测量地层的纵波、横波速度，预测地层孔隙压力；
30.(3)岩性测定传感器8通过测量不同岩石中元素差异性来确定岩性；煤层厚度测量装置9通过检测岩石中的自然γ射线穿透煤层的辐射强度确定煤层厚度；
31.(4)含气范围检测装置10通过测定煤层气层中子背景值计算含气范围；电阻率检测装置11测定煤层中的气水饱和度；煤变质系数测量传感器12测定煤变质系数进而获得煤变质程度；孔隙度探测装置13测定基质孔隙度；渗透率测量传感器14应用kozeny方程并通过测定地层孔隙应力来确定渗透率；
32.(5)地质构造分析装置15利用现场已有岩心来确定各界面的地质特征与测井响应特征；
33.(6)步骤(2)至(5)中的仪器装置分别将获取的地质信息传输给中心处理器17，中心处理器17通过芯片16中的内置程序计算煤层气产能；内置程序包括煤层气渗流数学模型的建立及求解、煤岩储层单井基质-裂缝地质模型的建立、煤层气-产能测录预测及评价。
34.本发明在具体实施时，通过螺纹将预测装置本体1与柔性连接器3和钻杆7连接，预测装置本体1与钻头2一同转动，钻头21为三牙轮或pdc钻头；主、副地层孔隙压力传感器测量地层的纵波、横波速度，预测地层孔隙压力；岩性测定传感器8通过测量不同岩石中元素差异性来确定岩性；煤层厚度测量装置9通过检测岩石中的自然γ射线穿透煤层的辐射强度确定煤层厚度；含气范围检测装置10通过测定煤层气层中子背景值计算含气范围；电阻率检测装置11测定煤层中的气水饱和度；煤变质系数测量传感器12测定煤变质系数进而获得煤变质程度；孔隙度探测装置13测定基质孔隙度；渗透率测量传感器14应用kozeny方程并通过测定地层孔隙应力来确定渗透率；地质构造分析装置15利用现场已有岩心来确定各界面的地质特征与测井响应特征；上述仪器将获取的地质信息传输给中心处理器17，中心处理器17通过芯片16中的内置程序计算煤层气产能。
35.以上对本发明及其实施方式进行了描述，这种描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。总而言之如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。