本發(fā)明涉及天然氣開采，具體涉及一種高效煤基固碳與增產(chǎn)的多注入?yún)?shù)協(xié)同優(yōu)化方法。

背景技術(shù)：

1、煤層甲烷cbm是引發(fā)瓦斯爆炸、煤、瓦斯突出等一系列災(zāi)害的主要危害因素，也是環(huán)境污染源，其在空氣中排放的溫室效應(yīng)是二氧化碳的25倍。然而，這種非常規(guī)天然氣可以作為一種不可再生的清潔能源加以利用。常規(guī)的cbm回收率表現(xiàn)不佳，為了提高開采效率，相關(guān)壓裂增透、注熱增產(chǎn)等方面的技術(shù)得到快速發(fā)展。

2、不可采煤層具有儲層改造難度大、ch4產(chǎn)量低等特性，通常無法通過常規(guī)開采技術(shù)獲得經(jīng)濟效益。在單獨注入co2時，容易導(dǎo)致煤層孔隙結(jié)構(gòu)膨脹、滲透率下降，從而影響甲烷的解吸與產(chǎn)出。n2注入不僅可以避免煤層滲透性下降，還能通過壓力差驅(qū)替甲烷，增加甲烷的解吸速率，從而提高煤層氣產(chǎn)量。采用co2/n2混合氣注入技術(shù)具有獨特優(yōu)勢，不僅可以將co2封存在煤層中，減少溫室氣體排放，還可以提升煤層氣產(chǎn)量。因此，co2與n2的混合注入形成了一種相對優(yōu)化的煤基增產(chǎn)與固碳途徑，實現(xiàn)資源與環(huán)境效益的雙重目標(biāo)。

3、目前的增產(chǎn)手段，均是以提升采收率或增加碳封存量為核心目標(biāo)提出的系列概念性固碳增產(chǎn)方法，如公開號為“cn115539130a”，名稱為“一種不可采煤層強化煤層氣開采及co2封存的方法”的中國專利，該發(fā)明首先通過co2泡沫脈動壓裂的方式對不可采煤層進行壓裂，為co2的封存提供廣闊的吸附空間，接著開始進行co2注入驅(qū)替煤層氣強化抽采過程，以實現(xiàn)co2封存和采收率的提升。該方法僅經(jīng)驗性地給出相應(yīng)壓裂參數(shù)、注入井與生產(chǎn)井間距等相關(guān)技術(shù)參數(shù)，未充分考慮實際儲層條件與技術(shù)參數(shù)的匹配性，其額外的壓裂將增加成本；公開號為“cn118167250a”，名稱為“一種高瓦斯低滲透煤層中瓦斯抽采方法”的中國專利，該發(fā)明通過注氣促抽煤層ch4關(guān)鍵參數(shù)的優(yōu)選，確立關(guān)鍵控制參數(shù)，基于敏感度分析優(yōu)選抽采方法。雖然該方法為co2促抽煤層ch4采注方案的設(shè)計提供了依據(jù)，但該方法更關(guān)注煤層瓦斯采收，同時未考慮成本的影響。

4、多注入?yún)?shù)協(xié)同優(yōu)化是指在煤基固碳與增產(chǎn)過程中，通過調(diào)整注入氣體混合的比例、注入壓力、溫度、井間距等，實現(xiàn)多注入?yún)?shù)和儲層物性參數(shù)的合作均衡，實現(xiàn)固碳與增產(chǎn)雙贏。因此，如何根據(jù)物性參數(shù)適配最佳注入?yún)?shù)，達(dá)到成本能效與采收率、增加碳封存量之間的平衡，是需要解決的問題。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、為了克服現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本發(fā)明提出了一種高效煤基固碳與增產(chǎn)的多注入?yún)?shù)協(xié)同優(yōu)化方法。通過注入?yún)?shù)的協(xié)同優(yōu)化，實現(xiàn)高效煤基碳封存和增加采收率，降低成本及能耗。

2、本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：一種高效煤基固碳與增產(chǎn)的多注入?yún)?shù)協(xié)同優(yōu)化方法，包括以下步驟：

3、步驟s1、測定、收集并擬合不同儲層深度h下不可采煤層的物性參數(shù)；所述物性參數(shù)包括儲層溫度t0、儲層壓力p0、儲層滲透率k0和垂直地應(yīng)力；

4、步驟s2、建立符合現(xiàn)場儲層參數(shù)與生產(chǎn)條件的常規(guī)抽采數(shù)值模型，并和現(xiàn)場產(chǎn)氣速率進行對比，以驗證模型的可靠性；

5、步驟s3、模型驗證后，根據(jù)不同儲層深度h的儲層特點，制定相應(yīng)的混合氣注入方案，其中注入?yún)?shù)包括注入壓力pinj、混合氣比例c、注入溫度tinj和井間距；

6、步驟s4、依據(jù)相應(yīng)的混合氣注入方案，建立關(guān)于注入?yún)?shù)的單一變量控制數(shù)值計算模型；

7、步驟s5、統(tǒng)計各注入方案下的數(shù)值計算結(jié)果數(shù)據(jù)，包括突破時間、ch4累計采收量、n2累計注入量、co2累計注入量和co2累計采收量，然后建立數(shù)據(jù)庫；

8、步驟s6、設(shè)計一個達(dá)到突破時間的經(jīng)濟目標(biāo)函數(shù)，所述經(jīng)濟目標(biāo)函數(shù)包括二氧化碳供應(yīng)成本、氮氣供應(yīng)成本、混合氣壓縮成本、建井成本、注入成本、ch4收益、碳封存收益和氣體分離成本；目標(biāo)函數(shù)公式如下：

9、

10、式中，表示氣體量，m3，下標(biāo)p代表生產(chǎn)，inj代表注入，h表示儲層厚度，m代表米；表示突破時間，d代表天；代表生產(chǎn)氣體總量，m3；

11、步驟s7、以儲層深度h及對應(yīng)注入方案下的注入?yún)?shù)為自變量，以各注入方案下的數(shù)值計算結(jié)果數(shù)據(jù)為因變量，構(gòu)建并驗證bp神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)；編寫遺傳算法尋求最優(yōu)經(jīng)濟目標(biāo)函數(shù)，并確定不同儲層深度h條件下最優(yōu)注入?yún)?shù)組合及各因素的影響權(quán)重。

12、作為本發(fā)明的進一步改進，在步驟s1中，所述測定、收集并擬合不同儲層深度h下不可采煤層的物性參數(shù)，具體為：

13、步驟s11、建立坐標(biāo)系，以儲層深度為橫坐標(biāo)，以物性參數(shù)為縱坐標(biāo)；

14、步驟s12、將測試、收集的物性參數(shù)繪制在坐標(biāo)系中，并進行參數(shù)擬合。

15、作為本發(fā)明的進一步改進，在步驟s2中，在建立符合現(xiàn)場儲層參數(shù)與生產(chǎn)條件的常規(guī)抽采數(shù)值模型中，生產(chǎn)條件包括生產(chǎn)井壓力和溫度，生產(chǎn)井壓力為0.15mpa，生產(chǎn)溫度為儲層初始溫度，以采氣速率數(shù)值解與現(xiàn)場實際值平均誤差率不大于15%為模型驗證閾值。

16、作為本發(fā)明的進一步改進，在步驟s3中，注入的混合氣為co2和n2，所述注入方案具體為：

17、步驟s31、儲層深度h為300~1200m，增加步長為a1；

18、步驟s32、注入壓力pinj分別為儲層壓力p0的1.1~2.0倍，增加步長為a2；

19、步驟s33、co2、n2混合氣中co2所占比例c，c取值為0.0~1.0之間，增加步長為a3；

20、步驟s34、注入溫度tinj大于等于儲層溫度t0，兩者差值不超過儲層溫度30℃，增加步長為a4；

21、步驟s35、井間距在150~500m之間，增加步長為a5；

22、作為本發(fā)明的進一步改進，增加步長中的a1、a2、a3、a4、a5分別取值為50、0.1、0.1、5、50。

23、作為本發(fā)明的進一步改進，在步驟s4的數(shù)值計算模型中設(shè)置突破時間，具體為：

24、步驟s41、為保證生產(chǎn)井側(cè)有足夠濃度的ch4，以混合氣產(chǎn)氣速率與ch4產(chǎn)率之比等于50%作為突破時間；

25、步驟s42、當(dāng)生產(chǎn)>7000d或ch4產(chǎn)氣速率<1000m3/d，則對應(yīng)生產(chǎn)的時間強制性設(shè)為突破時間,d代表天。

26、作為本發(fā)明的進一步改進，在步驟s6中，注入成本包括注入壓力成本和注入溫度成本，具體公式如下：

27、=10+2(tinj-t0)($/d)

28、=10+50(p-p0)($/d)

29、式中，$/d為美元/天。

30、作為本發(fā)明的進一步改進，在步驟s7中，所述bp神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具體為：bp神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)包含10個隱含層，迭代次數(shù)為100，均方差小于0.1終止迭代，模型訓(xùn)練組為所有注入方案數(shù)量的80%，預(yù)測組為所有注入方案數(shù)量的20%。

31、本發(fā)明的有益效果是：

32、（1）本發(fā)明基于多注入?yún)?shù)的協(xié)同作用，在考慮儲層參數(shù)的基礎(chǔ)上，發(fā)揮不同注入?yún)?shù)的影響差異性，在包含不同類別成本、效益等因素的經(jīng)濟目標(biāo)函數(shù)的約束下，實現(xiàn)注入?yún)?shù)間的合作均衡，保障增產(chǎn)-煤基固碳效益最大化，進一步降低注入、生產(chǎn)等流程的能耗，節(jié)能環(huán)保；

33、（2）本發(fā)明適用性與可拓展性強，可以在儲層開采設(shè)計規(guī)劃時，根據(jù)儲層參數(shù)的非均勻性對不同區(qū)域的注入?yún)?shù)，包括注入壓力、混合氣比例、注入溫度、井間距，進行分區(qū)化設(shè)置。既可以在儲層開采設(shè)計規(guī)劃時對注入?yún)?shù)進行協(xié)同優(yōu)化，又可以在生產(chǎn)過程中根據(jù)儲層參數(shù)變化進行一次或多次優(yōu)化，如每生產(chǎn)500天或1000天優(yōu)化一次；同時，經(jīng)濟目標(biāo)函數(shù)涉及的成本參數(shù)并不是固定不變的，可隨市場波動發(fā)生變化，如不同ch4價格、co2封存效益等因素的變化將導(dǎo)致不同的最優(yōu)注入方案。