CN111535849B - 一种瓦斯排采时间计算方法、装置及设备 - Google Patents

一种瓦斯排采时间计算方法、装置及设备 Download PDF

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Abstract

本说明书实施例提供一种瓦斯排采时间计算方法、装置及设备。所述方法包括：获取目标煤层对应于单相排水阶段的第一排水量；确定第一拟偏差系数；基于所述第一拟偏差系数确定第二拟偏差系数；利用所述第二拟偏差系数求取对应于气水两相流阶段的第二排水量；所述气水两相流阶段中包含所述临界解吸状态和所述排采完成状态；分别运算对应于单相排水阶段的第一排水速率和对应于气水两相流阶段的第二排水速率；根据所述第一排水量、第二排水量、第一排水速率和第二排水速率计算瓦斯排采时间。通过上述方法，准确地计算了排采瓦斯所需的时间，有利于针对煤矿进行相应的生产。

Description

一种瓦斯排采时间计算方法、装置及设备
技术领域
本说明书实施例涉及煤矿开采技术领域，特别涉及一种瓦斯排采时间计算方法、装置及设备。
背景技术
瓦斯是指煤矿中由煤层气所构成的以甲烷为主的气体，具有易燃的特点。当煤矿中的瓦斯含量过高时会增加煤矿生产的安全隐患。为了保证煤矿正常的生产，需要在对煤矿中的瓦斯进行抽采。
目前，除了采用地下抽采的方式，还可以采用地面排采的方式来对煤矿中的瓦斯进行抽采，即通过采出排水井中的水来降低煤层所对应的地层压力，使得吸附于煤层基岩的瓦斯由于压力下降而转化为游离态被排出。但是，在排水采气的过程中无法确定煤层中的瓦斯是否已排采至安全浓度，贸然停止瓦斯排采可能使得煤层中的瓦斯浓度仍然存在安全隐患。因此，目前亟需一种能够确定瓦斯排采时间以使煤矿能够安全生产的技术方案。
发明内容
本说明书实施例的目的是提供一种瓦斯排采时间计算方法、装置及设备，以解决如何确保排采完成时煤矿中的瓦斯处于安全浓度的问题。
为了解决上述技术问题，本说明书实施例提出一种瓦斯排采时间计算方法，包括：
获取目标煤层对应于单相排水阶段的第一排水量；
确定第一拟偏差系数；所述第一拟偏差系数用于表示在临界解吸状态时所述目标煤层中的瓦斯由吸附态至游离态的转换程度；
基于所述第一拟偏差系数确定第二拟偏差系数；所述第二拟偏差系数用于表示在排采完成状态时所述目标煤层中的瓦斯由吸附态至游离态的转换程度；
利用所述第二拟偏差系数求取对应于气水两相流阶段的第二排水量；所述气水两相流阶段中包含所述临界解吸状态和所述排采完成状态；
分别运算对应于单相排水阶段的第一排水速率和对应于气水两相流阶段的第二排水速率；
根据所述第一排水量、第二排水量、第一排水速率和第二排水速率计算瓦斯排采时间。
本说明书实施例还提出一种瓦斯排采时间计算装置，包括：
第一排水量获取模块，用于获取目标煤层对应于单相排水阶段的第一排水量；
第一拟偏差系数确定模块，用于确定第一拟偏差系数；所述第一拟偏差系数用于表示所述目标煤层在临界解吸状态时瓦斯由吸附态至游离态的转换程度；
第二拟偏差系数计算模块，用于基于所述第一拟偏差系数确定第二拟偏差系数；所述第二拟偏差系数用于表示所述目标煤层在排采完成状态时瓦斯由吸附态至游离态的转换程度；
第二排水量计算模块，用于利用所述第二拟偏差系数求取对应于气水两相流阶段的第二排水量；所述气水两相流阶段中包含所述临界解吸状态和所述排采完成状态；
排水速率计算模块，用于分别运算对应于单相排水阶段的第一排水速率和对应于气水两相流阶段的第二排水速率；
排采时间计算模块，用于根据所述第一排水量、第二排水量、第一排水速率和第二排水速率计算瓦斯排采时间。
本说明书实施例还提出一种瓦斯排采时间计算设备，包括存储器和处理器；
所述存储器，用于存储计算机指令；
所述处理器，用于执行所述计算机指令以实现以下步骤：获取目标煤层对应于单相排水阶段的第一排水量；确定第一拟偏差系数；所述第一拟偏差系数用于表示在临界解吸状态时所述目标煤层中的瓦斯由吸附态至游离态的转换程度；基于所述第一拟偏差系数确定第二拟偏差系数；所述第二拟偏差系数用于表示在排采完成状态时所述目标煤层中的瓦斯由吸附态至游离态的转换程度；利用所述第二拟偏差系数求取对应于气水两相流阶段的第二排水量；所述气水两相流阶段中包含所述临界解吸状态和所述排采完成状态；分别运算对应于单相排水阶段的第一排水速率和对应于气水两相流阶段的第二排水速率；根据所述第一排水量、第二排水量、第一排水速率和第二排水速率计算瓦斯排采时间。
由以上本说明书实施例提供的技术方案可见，本说明书实施例在计算排采瓦斯所消耗的时间时，分别计算排采瓦斯的单相排水阶段和气水两相流阶段所消耗的时间。此外，基于临界解吸状态和排采完成阶段对所述气水两相流阶段进行划分，利用不同状态下的拟偏差系数对气水两相流阶段的排水量进行计算也提高了计算结果的准确性，使得计算结果符合煤矿在实际生产中的排采状态，从而实现了对于煤矿中的瓦斯排采时间的准确计算，确保了排采结束时煤矿中的瓦斯处于安全浓度，进而保证了后续过程中煤矿的安全生产。
附图说明
为了更清楚地说明本说明书实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本说明书中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本说明书实施例一种瓦斯排采时间计算方法的流程图；
图2为本说明书实施例一种瓦斯排采时间计算装置的模块图；
图3为本说明书实施例一种瓦斯排采时间计算设备的结构图。
具体实施方式
下面将结合本说明书实施例中的附图，对本说明书实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本说明书一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本说明书中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本说明书保护的范围。
本说明书实施例提出了一种瓦斯排采时间计算方法。所述瓦斯排采时间计算方法的执行主体为计算机设备，所述计算机设备包括但不限于服务器、工控机、一体机和pc机等。如图1所示，所述瓦斯排采时间计算方法具体包括以下步骤。
S110：获取目标煤层对应于单相排水阶段的第一排水量。
为了避免煤层中的瓦斯含量过高而造成的安全隐患，确保对于煤矿进行生产的安全性，需要在正式生产之前将煤层中的瓦斯采出。目前在抽采煤层中的瓦斯时，主要通过地面排采的方式将煤层中的瓦斯排出。地面排采指煤层气井排水采气方法，主要利用设备将气井井筒中的水举升至地面后，降低井筒内的井底流压，进行逐渐形成压降漏斗并扩散至煤层中。在煤层中的承压水被抽采后，煤层压力下降。而煤层中的瓦斯主要以吸附态的形式赋存于煤层基岩中，在煤层压力降至瓦斯的解吸压力以下时，使得煤层中的瓦斯由吸附态转化为游离态，从而能够有效采出煤层中的瓦斯，实现降低煤层中的瓦斯含量的效果。
而在上述地面排采的过程中，煤层气井排水是瓦斯排采的核心环节，始终贯穿瓦斯地面排采的全过程。因此，确定排水时间即可间接确定排采瓦斯所消耗的时间。
目标煤层即为本次排采瓦斯所针对的煤层。在一些实施方式中，在计算排采所述目标煤层中的瓦斯所需时间之前，需要对所述目标煤层的地质参数进行测量。所述地质参数包括但不限于：初始煤层压力、临界解吸状态压力、煤层绝对渗透率、煤层Langmuir压力、初始含气量、煤层水体积系数、煤层水粘度、煤岩密度、煤层厚度、初始孔隙度、孔隙压缩系数、煤层水压缩系数、煤层温度、单井控制面积、裂缝半长、单相排水阶段平均生产压差、气水两相流阶段平均生产压差。
单相排水阶段是在针对瓦斯进行排采时的第一个阶段。在所述单相排水阶段中，随着煤层中的水被排出，煤层中压力逐渐下降，但压力下降的幅度较小，并未下降至瓦斯解吸所需的压力，因此在该阶段中井筒中只有单相水产出。
根据物质平衡原理，可以得到煤层气藏水相物质平衡方程为
Figure GDA0002565274790000041
其中，
Figure GDA0002565274790000042
Wp为累计产水量；Bw为地层水体积系数；A为单井控制面积；φi为初始孔隙度，小数；φ为目前孔隙度；Swi为原始含水饱和度；Sw为当前状态含水饱和度；cw为地层水压缩系数；cp为地层综合压缩系数；
Figure GDA0002565274790000043
为平均地层压力。在单相排水阶段中，地层水饱和度不会发生变化，即Sw＝Swi＝1。因此，基于该阶段中的煤层压力的变化情况可以计算得出所述单相排水阶段中井筒中所排出的第一排水量。
具体的，基于上述方程，可以利用公式
Figure GDA0002565274790000044
计算第一排水量，式中，Wp,i-d为第一排水量，A为单井控制面积，h为煤层厚度，φi为原始孔隙度，Bw为地层水体积系数，cp为孔隙压缩系数，cw为地层水压缩系数，pi为原始地层压力，pd为临界解吸状态压力。分别将对应于上述参数测得的值带入上述公式即可得到第一排水量的值。
S120：确定第一拟偏差系数；所述第一拟偏差系数用于表示在临界解吸状态时所述目标煤层中的瓦斯由吸附态至游离态的转换程度。
临界解吸状态即为随着对于井筒中的水的排出，煤层中的压力下降至瓦斯即将解除吸附于煤层的状态。在所述目标煤层处于临界解吸状态时，即标识所述单相排水阶段的技术，煤层中的吸附态气体将逐渐转化为游离态气体排出，临界解吸状态后即为对应于所述目标煤层的气水两相流阶段。
由于排采过程中煤层压力逐渐下降，因此可以通过计算确定对应于临界解吸状态的临界解吸状态压力，将煤层压力为临界解吸状态压力的时刻认定为临界解析状态。
拟偏差系数用于表示表示煤层中的吸附状态气体与游离状态气体之间的转换系数。所述第一拟偏差系数即用于表示在临界解吸状态下的拟偏差系数。根据拟偏差系数的计算公式
Figure GDA0002565274790000045
可以得到在临界解吸状态下时的拟偏差系数为
Figure GDA0002565274790000046
因此，可以利用公式
Figure GDA0002565274790000051
计算第一拟偏差系数，式中，Zd *为第一拟偏差系数，psc为标准压力，ρc为煤岩密度，T为储层温度，VL为煤层Langmuir体积，φi为原始孔隙度，Zsc为标况气体偏差系数，Tsc为标准温度，pL为煤层Langmuir压力，pd为临界解吸状态压力。
S130：基于所述第一拟偏差系数确定第二拟偏差系数；所述第二拟偏差系数用于表示在排采完成状态时所述目标煤层中的瓦斯由吸附态至游离态的转换程度。
随着排采的进行，目标煤层中的瓦斯含量逐步下降，当所述目标煤层处于排采完成状态时，即标志着此时煤层中的瓦斯含量已经处于安全的范围内，不会对煤矿的正常生产造成影响。因此，本说明书实施例中计算排采瓦斯所需的时间即为计算自排采开始至所述排采完成状态的所消耗的时间。
相应的，在预先确定煤层瓦斯安全状况含量的情况下，也可以进一步计算得到在所述煤层瓦斯安全状况含量下的排采完成状态压力，并基于煤层的压力变动情况确定所述排采完成状态。
由于在针对煤层中的瓦斯进行排采时，在单相排水阶段和气水两相流阶段中煤层气的状态不同，需要分别计算对应于排采完成状态的第二拟偏差系数。
在一些实施方式中，可以通过以下步骤计算得到所述第二拟偏差系数。
S131：计算所述目标煤层的气水两相流阶段排气量。
在确定气水两相流阶段排气量，以及所述目标煤层在不同状态下的含气量后，可以根据含气量情况和煤层压力确定所述第二拟偏差系数。
在一个具体的示例中，可以利用公式
Figure GDA0002565274790000052
计算气水两相流阶段排气量，式中，Gp,d-s为气水两相流阶段排气量，A为单井控制面积，h为煤层厚度，ρc为煤岩密度，VL为煤层Langmuir体积，pd为临界解吸状态压力，pL为煤层Langmuir压力，ps为排采完成状态压力。
在一些实施方式中，在计算所述气水两相流阶段排气量之前，还可以计算煤层Langmuir体积和排采完成状态压力。煤层Langmuir体积表示煤层在饱和吸附瓦斯的情况时所吸附瓦斯的体积，排采完成状态压力即为在排采完成状态时煤层所对应的压力。
根据Langmuir方程，可以得到临界解吸状态下的含气量计算公式为
Figure GDA0002565274790000053
将其转换为
Figure GDA0002565274790000061
即可用于实现煤层Langmuir体积的计算，式中，VL为煤层Langmuir体积，Vd为煤层初始含气量，pL为煤层Langmuir压力，pd为临界解吸状态压力。
相应的，根据Langmuir方程，也可以得到排采完成状态时所对应的压力计算公式为
Figure GDA0002565274790000062
利用该公式可以完成对应于排采完成状态的压力，式中，ps为排采完成状态压力，pL为煤层Langmuir压力，Vs为煤层安全含气量，VL为煤层Langmuir体积。
在计算得到所述煤层Langmuir体积和排采完成状态压力后，分别将上述参数的值带入计算气水两相流阶段排气量的公式中，从而完成对于气水两相流阶段排气量的计算。
S132：计算所述目标煤层的初始含气量和临界解吸状态含气量。
初始含气量即为目标煤层在未进行抽采时所测得的煤层基岩中所赋含的瓦斯的量。临界解吸状态含气量即为目标煤层在临界解吸状态下所赋含的瓦斯的量。
在一个具体的示例中，可以利用公式
Figure GDA0002565274790000063
计算初始含气量，式中，Gi为初始含气量，A为单井控制面积，h为煤层厚度，ρc为煤岩密度，VL为煤层Langmuir体积，pd为临界解吸状态压力，pL为煤层Langmuir压力，pd为临界解吸状态压力。并利用公式
Figure GDA0002565274790000064
计算临界解吸状态含气量，式中，Gd为临界解吸状态含气量，A为单井控制面积，h为煤层厚度，φi为原始孔隙度，Zsc为标况天然气偏差系数，Tsc为标准温度，psc为标准压力，T为储层温度，pd为临界解吸状态压力，Zd *为第一偏差系数。
S133：利用所述气水两相流阶段排气量、初始含气量和临界解吸状态含气量计算对应于气水两相流阶段的第二拟偏差系数。
在得到上述参数的值后，带入公式
Figure GDA0002565274790000065
以完成对于第二拟偏差系数的求取，式中，Zs *为第二拟偏差系数，ps为排采完成状态压力，pd为临界解吸状态压力，Zd *为第一偏差系数，Gi为初始含气量，Gd为临界解吸状态含气量，Gp,d-s为气水两相流阶段排气量。
S140：利用所述第二拟偏差系数求取对应于气水两相流阶段的第二排水量；所述气水两相流阶段中包含所述临界解吸状态和所述排采完成状态。
在获得所述第二拟偏差系数后，可以根据所述第二拟偏差系数计算排采完成状态含水饱和度，并利用所述排采完成状态含水饱和度，计算对应于气水两相流阶段的第二排水量。具体的，可以通过以下步骤实现。
S141：根据所述第一拟偏差系数和第二拟偏差系数，获取排采完成状态含水饱和度。
基于拟偏差系数的计算公式
Figure GDA0002565274790000071
可以得到在排采完成状态下的第二拟偏差系数的计算公式也可以表示为
Figure GDA0002565274790000072
将上述公式进行转换，可以得到含水饱和度的计算公式为
Figure GDA0002565274790000073
因此，可以利用公式
Figure GDA0002565274790000074
计算排采完成状态含水饱和度，式中，Sws为排采完成状态含水饱和度，Zs为排采完成状态气体偏差系数，Zs *为第二拟偏差系数，psc为标准压力，T为储层温度，ρc为煤岩密度，VL为煤层Langmuir体积，φi为原始孔隙度，Zsc为标况天然气偏差系数，Tsc为标准温度，pL为煤层Langmuir压力，ps为排采完成状态压力，cp为孔隙压缩系数，pi为原始地层压力。
在一些实施方式中，计算所述排采完成状态含水饱和度之前，还可以计算排采完成状态气体偏差系数，并将所述排采完成状态气体偏差系数带入上述计算含水饱和度的公式中。具体的，可以先采集目标煤层的气体偏差系数和对应的煤层压力参数，并拟合所述气体偏差系数和煤层压力系数以得到对应的拟合关系式，并将步骤S130中计算得到的排采完成状态压力带入所述拟合关系式中，得到对应的排采完成状态气体偏差系数。
S142：利用所述排采完成状态含水饱和度，计算对应于气水两相流阶段的第二排水量。
在获取到所述排采完成状态含水饱和度后，基于步骤S110中提及的煤层气藏水相物质平衡方程，可以利用公式
Figure GDA0002565274790000075
计算第二排水量，式中，Wp,d-s为第二排水量，A为单井控制面积，h为煤层厚度，φi为初始孔隙度，Bw为地层水体积系数，cp为孔隙压缩系数，pi为煤层初始压力，pd为临界解吸状态压力，cw为地层水压缩系数，ps为排采完成状态压力，Sws为排采完成状态含水饱和度。
S150：分别运算对应于单相排水阶段的第一排水速率和对应于气水两相流阶段的第二排水速率。
在单相排水阶段，煤层中为单相水渗流，根据达西定律，可以得到水相产能方程为
Figure GDA0002565274790000081
式中，qw,i-d为第一排水速率，k为煤层绝对渗透率，krw为水相有效渗透率，h为煤层厚度，Δpi-d为单相排水阶段平均生产压差，μw为地层水粘度，Bw为地层水体积系数，Ra为裂缝水平方向压力传播距离，Rb为裂缝垂直方向压力传播距离，Lf为裂缝半长。因此，根据上述公式，在计算得到裂缝水平方向压力传播距离和裂缝垂直方向压力传播距离后，可以将计算得到的参数代入上述公式以得到对应于单相排水阶段的排水速率。
由于裂缝水平方向压力传播距离和裂缝垂直方向压力传播距离分别与单井控制面积和裂缝半长之间满足关系式
Figure GDA0002565274790000082
式中，Ra为裂缝水平方向压力传播距离，Rb为裂缝垂直方向压力传播距离，Lf为裂缝半长，A为单井控制面积。因此，对上述关系式进行转换后，可以得到
Figure GDA0002565274790000083
和
Figure GDA0002565274790000084
综上，可以利用公式
Figure GDA0002565274790000085
计算裂缝水平方向压力传播距离，式中，Ra为裂缝水平方向压力传播距离，Lf为裂缝半长，A为单井控制面积。并利用公式
Figure GDA0002565274790000086
计算裂缝垂直方向压力传播距离，式中，Rb为裂缝垂直方向压力传播距离，Lf为裂缝半长，A为单井控制面积。
将计算得到的参数值带入公式
Figure GDA0002565274790000087
即可实现对于第一排水速率的计算，式中，qw,i-d为第一排水速率，k为煤层绝对渗透率，krw为水相有效渗透率，h为煤层厚度，Δpi-d为单相排水阶段平均生产压差，μw为地层水粘度，Bw为地层水体积系数，Ra为裂缝水平方向压力传播距离，Rb为裂缝垂直方向压力传播距离，Lf为裂缝半长。
相应的，可以得到对应于气水两相流阶段的排水速率的公式为
Figure GDA0002565274790000091
式中，qw,d-s为第二排水速率，k为煤层绝对渗透率，krw为水相有效渗透率，h为煤层厚度，Δpd-s为气水两相流阶段平均生产压差，μw为地层水粘度，Bw为地层水体积系数，Ra为水平裂缝方向压力传播距离，Rb为垂直裂缝方向压力传播距离，Lf为裂缝半长。将计算得到的水平裂缝方向压力传播距离和垂直裂缝方向压力传播距离带入上述公式中也能够得到对应于气水两相流阶段的第二排水速率。
S160：根据所述第一排水量、第二排水量、第一排水速率和第二排水速率计算瓦斯排采时间。
在得到第一排水量和第一排水速率后，即可计算得到对应于单相排水阶段的时间，相应的，也可以利用第二排水量和第二排水速率计算得到对应于气水两相流阶段的时间。
具体的，可以利用公式
Figure GDA0002565274790000092
计算单相排水阶段时间，式中，Δt1为单相排水阶段时间，Wp,i-d为第一排水量，qw,i-d为第一排水速率，并利用公式
Figure GDA0002565274790000093
计算气水两相流阶段时间，式中，Δt2为气水两相流阶段时间，Wp,d-s为第二排水量，qw,d-s为第二排水速率。
综合单相排水阶段时间和气水两相流阶段时间后，利用公式Δt＝Δt1+Δt2计算总排水时间，式中，Δt为总排水时间，Δt1为单相排水阶段时间，Δt2为气水两相流阶段时间。由于在针对瓦斯进行地面排采的过程中，煤层气井排水是瓦斯排出的核心环节，贯通于瓦斯排采的整个阶段，因此，可以通过所述总排水时间反映瓦斯排采的时间。
利用一个具体的场景示例对上述瓦斯排采时间计算方法进行进一步的说明。在所述场景示例中，对某一实际煤矿的地质参数进行测量，如下表1所示，得到各个地质参数的实际测量值。
地质参数 取值 单位
初始煤层压力p<sub>i</sub> 8 MPa
临界解吸状态压力p<sub>d</sub> 6 MPa
煤层绝对渗透率k 0.2 mD
煤层Langmuir压力p<sub>L</sub> 3 MPa
初始含气量V<sub>d</sub> 20 m<sup>3</sup>/t
排采完成状态含气量V<sub>s</sub> 8 m<sup>3</sup>/t
煤层水体积系数B<sub>w</sub> 1 m<sup>3</sup>/sm<sup>3</sup>
煤层水粘度μ<sub>w</sub> 1 mPa·s
煤岩密度ρ<sub>c</sub> 1.25 t/m<sup>3</sup>
煤层厚度h 10 m
原始孔隙度φ<sub>i</sub> 0.02 小数
孔隙压缩系数c<sub>p</sub> 0.01 MPa<sup>-1</sup>
煤层水压缩系数c<sub>w</sub> 4×10<sup>-4</sup> MPa<sup>-1</sup>
标准压力p<sub>sc</sub> 0.101 MPa
标准温度T<sub>sc</sub> 293.15 K
煤层温度T 303.15 K
标况下气体偏差系数Z<sub>sc</sub> 1 无因次
单井控制面积A 4×10<sup>4</sup> m<sup>2</sup>
裂缝半长L<sub>f</sub> 80 m
单相排水阶段平均生产压差Δp<sub>i-d</sub> 1.5 MPa
气水两相流阶段平均生产压差Δp<sub>d-s</sub> 1.5 MPa
表1
接着，利用公式
Figure GDA0002565274790000101
计算得到煤层Langmuir体积VL＝30m3/t，利用公式
Figure GDA0002565274790000102
计算得到排采完成状态压力ps＝1.09MPa。
根据针对该煤矿测量得到的气体偏差系数和压力的值，利用多项式进行拟合得到气体偏差系数和压力之间拟合关系式为Z＝4.18×10-8·p4-1.002×10-6·p3+3.05×10-4·p2-1.041×10-2·p+1，将上述排采完成状态压力ps＝1.09MPa带入所述拟合关系式，得到排采完成状态气体偏差系数Zs＝0.98900537。
将表1中的单井控制面积、煤层厚度、初始孔隙度、煤层水体积系数、孔隙压缩系数、水的等温压缩系数、初始煤层压力、临界解吸状态压力的值代入公式
Figure GDA0002565274790000103
中，计算得到单相排水阶段的总排水量为Wp,i-d＝166.4m3。
将表1中的单井控制面积、煤层厚度、煤岩密度、临界解吸状态压力、煤层Langmuir压力和计算得到的Langmuir体积、排采完成状态压力的数值代入公式
Figure GDA0002565274790000111
中，可以计算得到气水两相流阶段排气量Gp,d-s＝600×104m3。
将表1中的标准压力、标准温度、初始孔隙度、标准状态下气体偏差系数、煤层Langmuir压力、临界解吸状态压力和计算得到的Langmuir体积的数值代入公式
Figure GDA0002565274790000112
中，计算得到第一拟偏差系数Zd *＝0.04596。
将单井控制面积、煤层厚度、煤岩密度、煤层Langmuir体积、煤层Langmuir压力、临界解吸状态压力的值分别代入公式
Figure GDA0002565274790000113
和
Figure GDA0002565274790000114
中，分别计算得到初始含气量Gi＝1000×104m3，以及临界解吸状态含气量Gd＝1000×104m3。
将排采完成状态压力、临界解吸状态压力、第一拟偏差系数、初始含气量、气水两相流阶段排气量代入公式
Figure GDA0002565274790000115
中，计算得到第二拟偏差系数Zs *＝0.02089。
将标准压力、标准温度、煤层温度、原始地层压力、煤岩密度、煤层Langmuir体积、煤层Langmuir压力、排采完成状态压力、孔隙压缩系数、排采完成状态偏差系数和第二拟偏差系数的数值代入公式
Figure GDA0002565274790000116
中，计算得到排采完成状态含水饱和度Sws＝0.9266。根据气水相渗数据可知，该饱和度所对应的水相相对渗透率为krw＝0.9041。
将单井控制面积、煤层厚度、初始孔隙度、煤层水体积系数、孔隙压缩系数、初始煤层压力、临界解吸状态压力、煤层水等温压缩系数、排采完成状态压力、排采完成状态含水饱和度的值代入公式
Figure GDA0002565274790000117
中，计算得到第二排水量Wp,d-s＝954.772m3。
将裂缝半长、单井控制面积的值代入公式
Figure GDA0002565274790000118
和
Figure GDA0002565274790000119
中，计算得到裂缝水平方向压力传播距离Ra＝127.78m，裂缝垂直方向压力传播距离Rb＝99.64m。
将煤层绝对渗透率、水相有效渗透率、煤层厚度、单相排水阶段平均生产压差、地层水粘度、地层水体积系数、裂缝水平方向压力传播距离、裂缝垂直方向压力传播距离和裂缝半长的值代入公式
Figure GDA0002565274790000121
中，计算得到第一排水速率为qw,i-d＝1.56m3/d。
相应的，将煤层绝对渗透率、水相有效渗透率、煤层厚度、气水两相流阶段平均生产压差、地层水粘度、地层水体积系数、裂缝水平方向压力传播距离、裂缝垂直方向压力传播距离和裂缝半长的值代入公式
Figure GDA0002565274790000122
中，计算得到第二排水速率为qw,d-s＝1.41m3/d。
将第一排水量、第一排水速率和第二排水量、第二排水速率分别代入式
Figure GDA0002565274790000123
和式
Figure GDA0002565274790000124
中，计算得到单相排水阶段时间Δt1＝107天，气水两相流阶段时间为Δt2＝677天。
综上，可以计算得到总排水时间Δt＝Δt1+Δt2＝784天，即在该场景示例中将对应煤层中的瓦斯排采至可以安全生产的含量范围所需要的时间为784天。
综上，根据上述方法实施例和场景示例的介绍，可以看出，所述瓦斯排采时间计算方法通过对瓦斯排采过程中各个阶段的划分，分别计算不同状态下的排水量和排水时间，此外，分别确定不同状态下的拟偏差系数的值也明确了煤层中瓦斯由吸附态转换为游离态的转化程度，从而能够更为精确地确定排水量的变化情况。因此，上述瓦斯排采时间计算方法精确计算了瓦斯排采过程所需要消耗的时间，有利于在煤层中的生产的进行。
基于上述瓦斯排采时间计算方法，本说明书还提出一种瓦斯排采时间计算装置的实施例。如图2所示，所述瓦斯排采时间计算装置具体包括以下模块。
第一排水量获取模块210，用于获取目标煤层对应于单相排水阶段的第一排水量；
第一拟偏差系数确定模块220，用于确定所述目标煤层在临界解吸状态时的第一拟偏差系数；
第二拟偏差系数计算模块230，用于根据所述第一拟偏差系数计算对应于排采完成状态的第二拟偏差系数；
第二排水量计算模块240，用于根据所述第二拟偏差系数计算对应于气水两相流阶段的第二排水量；所述气水两相流阶段中包含所述临界解吸状态和所述排采完成状态；
排水速率计算模块250，用于分别计算对应于单相排水阶段的第一排水速率和对应于气水两相流阶段的第二排水速率；
排采时间计算模块260，用于根据所述第一排水量、第二排水量、第一排水速率和第二排水速率计算瓦斯排采时间。
基于上述瓦斯排采时间计算方法，如图3所示，本说明书实施例还提供一种瓦斯排采时间计算设备。所述瓦斯排采时间计算设备可以包括存储器和处理器。
在本实施例中，所述存储器可以按任何适当的方式实现。例如，所述存储器可以为只读存储器、机械硬盘、固态硬盘、或U盘等。所述存储器可以用于存储计算机指令。
在本实施例中，所述处理器可以按任何适当的方式实现。例如，处理器可以采取例如微处理器或处理器以及存储可由该(微)处理器执行的计算机可读程序代码(例如软件或固件)的计算机可读介质、逻辑门、开关、专用集成电路(Application SpecificIntegrated Circuit，ASIC)、可编程逻辑控制器和嵌入微控制器的形式等等。所述处理器可以执行所述计算机指令实现以下步骤：获取目标煤层对应于单相排水阶段的第一排水量；确定所述目标煤层在临界解吸状态时的第一拟偏差系数；根据所述第一拟偏差系数计算对应于排采完成状态的第二拟偏差系数；根据所述第二拟偏差系数计算对应于气水两相流阶段的第二排水量；所述气水两相流阶段中包含所述临界解吸状态和所述排采完成状态；分别计算对应于单相排水阶段的第一排水速率和对应于气水两相流阶段的第二排水速率；根据所述第一排水量、第二排水量、第一排水速率和第二排水速率计算瓦斯排采时间。
上述实施例阐明的系统、装置、模块或单元，具体可以由计算机芯片或实体实现，或者由具有某种功能的产品来实现。一种典型的实现设备为计算机。具体的，计算机例如可以为个人计算机、膝上型计算机、蜂窝电话、相机电话、智能电话、个人数字助理、媒体播放器、导航设备、电子邮件设备、游戏控制台、平板计算机、可穿戴设备或者这些设备中的任何设备的组合。
通过以上的实施方式的描述可知，本领域的技术人员可以清楚地了解到本说明书可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现。基于这样的理解，本说明书的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本说明书各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。
本说明书可用于众多通用或专用的计算机系统环境或配置中。例如：个人计算机、服务器计算机、手持设备或便携式设备、平板型设备、多处理器系统、基于微处理器的系统、置顶盒、可编程的消费电子设备、网络PC、小型计算机、大型计算机、包括以上任何系统或设备的分布式计算环境等等。
本说明书可以在由计算机执行的计算机可执行指令的一般上下文中描述，例如程序模块。一般地，程序模块包括执行特定任务或实现特定抽象数据类型的例程、程序、对象、组件、数据结构等等。也可以在分布式计算环境中实践本说明书，在这些分布式计算环境中，由通过通信网络而被连接的远程处理设备来执行任务。在分布式计算环境中，程序模块可以位于包括存储设备在内的本地和远程计算机存储介质中。
虽然通过实施例描绘了本说明书，本领域普通技术人员知道，本说明书有许多变形和变化而不脱离本说明书的精神，希望所附的权利要求包括这些变形和变化而不脱离本说明书的精神。

Claims (13)

1.一种瓦斯排采时间计算方法，其特征在于，包括：
获取目标煤层对应于单相排水阶段的第一排水量；
确定第一拟偏差系数；所述第一拟偏差系数用于表示在临界解吸状态时所述目标煤层中的瓦斯由吸附态至游离态的转换程度；
基于所述第一拟偏差系数确定第二拟偏差系数；所述第二拟偏差系数用于表示在排采完成状态时所述目标煤层中的瓦斯由吸附态至游离态的转换程度；
利用所述第二拟偏差系数求取对应于气水两相流阶段的第二排水量；所述气水两相流阶段中包含所述临界解吸状态和所述排采完成状态；
分别计算对应于单相排水阶段的第一排水速率和对应于气水两相流阶段的第二排水速率；
根据所述第一排水量、第二排水量、第一排水速率和第二排水速率计算瓦斯排采时间。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取目标煤层对应于单相排水阶段的第一排水量，包括：
利用公式
Figure FDA0003004990180000011
计算第一排水量，式中，Wp,i-d为第一排水量，A为单井控制面积，h为煤层厚度，φi为原始孔隙度，Bw为地层水体积系数，cp为孔隙压缩系数，cw为地层水压缩系数，pi为原始地层压力，pd为临界解吸状态压力。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述确定第一拟偏差系数，包括：
利用公式
Figure FDA0003004990180000012
计算第一拟偏差系数，式中，Zd *为第一拟偏差系数，psc为标准压力，ρc为煤岩密度，T为储层温度，VL为煤层Langmuir体积，φi为原始孔隙度，Zsc为标况气体偏差系数，Tsc为标准温度，pL为煤层Langmuir压力，pd为临界解吸状态压力。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于所述第一拟偏差系数确定第二拟偏差系数，包括：
计算所述目标煤层的气水两相流阶段排气量；
确定所述目标煤层的初始含气量和临界解吸状态含气量；
利用所述气水两相流阶段排气量、初始含气量和临界解吸状态含气量计算对应于气水两相流阶段的第二拟偏差系数。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述计算所述目标煤层的气水两相流阶段排气量，包括：
利用公式
Figure FDA0003004990180000021
计算气水两相流阶段排气量，式中，Gp,d-s为气水两相流阶段排气量，A为单井控制面积，h为煤层厚度，ρc为煤岩密度，VL为煤层Langmuir体积，pd为临界解吸状态压力，pL为煤层Langmuir压力，ps为排采完成状态压力；
相应的，所述确定所述目标煤层的初始含气量和临界解吸状态含气量，包括：
利用公式
Figure FDA0003004990180000022
计算初始含气量，式中，Gi为初始含气量，A为单井控制面积，h为煤层厚度，ρc为煤岩密度，VL为煤层Langmuir体积，pd为临界解吸状态压力，pL为煤层Langmuir压力，pd为临界解吸状态压力；
利用公式
Figure FDA0003004990180000023
计算临界解吸状态含气量，式中，Gd为临界解吸状态含气量，A为单井控制面积，h为煤层厚度，φi为原始孔隙度，Zsc为标况天然气偏差系数，Tsc为标准温度，psc为标准压力，T为储层温度，pd为临界解吸状态压力，Zd *为第一偏差系数；
所述利用所述气水两相流阶段排气量、初始含气量和临界解吸状态含气量计算对应于气水两相流阶段的第二拟偏差系数，包括：
利用公式
Figure FDA0003004990180000024
计算第二拟偏差系数，式中，Zs *为第二拟偏差系数，ps为排采完成状态压力，pd为临界解吸状态压力，Zd *为第一偏差系数，Gi为初始含气量，Gd为临界解吸状态含气量，Gp,d-s为气水两相流阶段排气量。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述利用所述第二拟偏差系数求取对应于气水两相流阶段的第二排水量，包括：
根据所述第一拟偏差系数和第二拟偏差系数，获取排采完成状态含水饱和度；
利用所述排采完成状态含水饱和度，计算对应于气水两相流阶段的第二排水量。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述根据所述第一拟偏差系数和第二拟偏差系数，获取排采完成状态含水饱和度，包括：
利用公式
Figure FDA0003004990180000031
计算排采完成状态含水饱和度，式中，Sws为排采完成状态含水饱和度，Zs为排采完成状态气体偏差系数，Zs *为第二拟偏差系数，psc为标准压力，T为储层温度，ρc为煤岩密度，VL为煤层Langmuir体积，φi为原始孔隙度，Zsc为标况天然气偏差系数，Tsc为标准温度，pL为煤层Langmuir压力，ps为排采完成状态压力，cp为孔隙压缩系数，pi为原始地层压力；
相应的，所述利用所述排采完成状态含水饱和度，计算对应于气水两相流阶段的第二排水量，包括：
利用公式
Figure FDA0003004990180000032
计算第二排水量，式中，Wp,d-s为第二排水量，A为单井控制面积，h为煤层厚度，φi为初始孔隙度，Bw为地层水体积系数，cp为孔隙压缩系数，pi为煤层初始压力，pd为临界解吸状态压力，cw为地层水压缩系数，ps为排采完成状态压力，Sws为排采完成状态含水饱和度。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述根据所述第一拟偏差系数和第二拟偏差系数，获取排采完成状态含水饱和度之前，还包括：
获取目标煤层的气体偏差系数和对应的煤层压力参数；
拟合所述气体偏差系数和煤层压力参数得到拟合关系式；
根据所述拟合关系式和排采完成状态压力，获取排采完成状态气体偏差系数。
9.如权利要求5或7所述的方法，其特征在于，所述确定第一拟偏差系数之前，还包括：
利用公式
Figure FDA0003004990180000033
计算煤层Langmuir体积，式中，VL为煤层Langmuir体积，Vd为煤层初始含气量，pL为煤层Langmuir压力，pd为临界解吸状态压力；
利用公式
Figure FDA0003004990180000034
计算排采完成状态压力，式中，ps为排采完成状态压力，pL为煤层Langmuir压力，Vs为煤层安全含气量，VL为煤层Langmuir体积。
10.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述分别确定对应于单相排水阶段的第一排水速率和对应于气水两相流阶段的第二排水速率，包括：
利用公式
Figure FDA0003004990180000041
计算裂缝水平方向压力传播距离，式中，Ra为裂缝水平方向压力传播距离，Lf为裂缝半长，A为单井控制面积；
利用公式
Figure FDA0003004990180000042
计算裂缝垂直方向压力传播距离，式中，Rb为裂缝垂直方向压力传播距离，Lf为裂缝半长，A为单井控制面积；
利用公式
Figure FDA0003004990180000043
计算第一排水速率，式中，qw,i-d为第一排水速率，k为煤层绝对渗透率，krw为水相有效渗透率，h为煤层厚度，Δpi-d为单相排水阶段平均生产压差，μw为地层水粘度，Bw为地层水体积系数，Ra为裂缝水平方向压力传播距离，Rb为裂缝垂直方向压力传播距离，Lf为裂缝半长；
利用公式
Figure FDA0003004990180000044
计算第二排水速率，式中，qw,d-s为第二排水速率，k为煤层绝对渗透率，krw为水相有效渗透率，h为煤层厚度，Δpd-s为气水两相流阶段平均生产压差，μw为地层水粘度，Bw为地层水体积系数，Ra为水平裂缝方向压力传播距离，Rb为垂直裂缝方向压力传播距离，Lf为裂缝半长。
11.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述第一排水量、第二排水量、第一排水速率和第二排水速率计算瓦斯排采时间，包括：
利用公式
Figure FDA0003004990180000045
计算单相排水阶段时间，式中，Δt1为单相排水阶段时间，Wp,i-d为第一排水量，qw,i-d为第一排水速率；
利用公式
Figure FDA0003004990180000046
计算气水两相流阶段时间，式中，Δt2为气水两相流阶段时间，Wp,d-s为第二排水量，qw,d-s为第二排水速率；
利用公式Δt＝Δt1+Δt2计算总排水时间，式中，Δt为总排水时间，Δt1为单相排水阶段时间，Δt2为气水两相流阶段时间；其中，所述总排水时间用于反映瓦斯排采时间。
12.一种瓦斯排采时间计算装置，其特征在于，包括：
第一排水量获取模块，用于获取目标煤层对应于单相排水阶段的第一排水量；
第一拟偏差系数确定模块，用于确定第一拟偏差系数；所述第一拟偏差系数用于表示所述目标煤层在临界解吸状态时瓦斯由吸附态至游离态的转换程度；
第二拟偏差系数计算模块，用于基于所述第一拟偏差系数确定第二拟偏差系数；所述第二拟偏差系数用于表示所述目标煤层在排采完成状态时瓦斯由吸附态至游离态的转换程度；
第二排水量计算模块，用于利用所述第二拟偏差系数求取对应于气水两相流阶段的第二排水量；所述气水两相流阶段中包含所述临界解吸状态和所述排采完成状态；
排水速率计算模块，用于分别计算对应于单相排水阶段的第一排水速率和对应于气水两相流阶段的第二排水速率；
排采时间计算模块，用于根据所述第一排水量、第二排水量、第一排水速率和第二排水速率计算瓦斯排采时间。
13.一种瓦斯排采时间计算设备，其特征在于，包括存储器和处理器；
所述存储器，用于存储计算机指令；
所述处理器，用于执行所述计算机指令以实现以下步骤：获取目标煤层对应于单相排水阶段的第一排水量；确定第一拟偏差系数；所述第一拟偏差系数用于表示所述目标煤层在临界解吸状态时瓦斯由吸附态至游离态的转换程度；基于所述第一拟偏差系数确定第二拟偏差系数；所述第二拟偏差系数用于表示所述目标煤层在排采完成状态时瓦斯由吸附态至游离态的转换程度；利用所述第二拟偏差系数求取对应于气水两相流阶段的第二排水量；所述气水两相流阶段中包含所述临界解吸状态和所述排采完成状态；分别计算对应于单相排水阶段的第一排水速率和对应于气水两相流阶段的第二排水速率；根据所述第一排水量、第二排水量、第一排水速率和第二排水速率计算瓦斯排采时间。
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