[发明专利]一种富油煤原位开采的温度控制方法及系统

说明书

一种富油煤原位开采的温度控制方法及系统，包括以下步骤：建立富油煤原位开采的热分析地质模型；向热分析地质模型注入流体通过管道出口流出；对原位开采热分析地质模型进行计算流体力学热仿真分析，建立煤层加热模型；由动态矩阵控制算法基于所获得的煤层加热模型计算得到控制信号输入。首先根据富油煤原位开采情况及地质特征进行简化构造热分析地质模型；然后基于富油煤热分析地质模型进行有限元热分析，由获得的控制对象阶跃响应数据建立富油煤层对象的加热模型；最后由加热模型依据动态矩阵控制算法计算得到模型控制信号输入，使煤层温度达到参考温度。将煤层实时温度作为反馈量计算输入控制信号，有助于提高注入流体热量利用率。

技术领域

本发明涉及富油煤资源开发领域，具体是涉及一种富油煤原位开采的温度控制方法及系统。

背景技术

目前对富油煤的开发利用主要采用地面干馏技术，尽管地面干馏技术工艺相对成熟，但是也存在许多难以解决的问题制约地面干馏技术的发展，例如开采运输煤矿的成本高、碳排放量大、干馏过程中会排放废气污水、废渣处理等。

富油煤原位开采技术是通过直接给地下煤炭储层升温的方式，使其在地下进行裂解，产生焦油、煤气等，再通过技术手段由生产井采出，后续进行分离提纯等操作，原位开采技术减少大量土地面积占用问题，减少碳排放量，合理高效地利用富油煤资源，有利于实现我国制定的碳达峰、碳中和目标。

现有的原位加热开采技术大多应用在油页岩的开发领域当中，还没有应用在富油煤开采的案例，停留在理论研究阶段，现有原位加热开采温度控制采用开环控制的方法，控制注入流体温度，存在加热效率低、对流传热慢，温度分布不均匀等问题，导致注入热能没有得到充分利用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种富油煤原位开采的温度控制方法及系统，以解决上述问题。

为实现上述目的，本发明有以下技术效果：

一种富油煤原位开采的温度控制方法，包括以下步骤：

建立富油煤原位开采的热分析地质模型；

向热分析地质模型注入流体通过管道出口流出；

对原位开采热分析地质模型进行计算流体力学热仿真分析，建立煤层加热模型；

由动态矩阵控制算法基于所获得的煤层加热模型计算得到控制信号输入。

进一步的，热分析地质模型包括实际开采过程中因压裂形成的裂隙缝；热分析地质模型中部为待加热开采的富油煤层，上部为覆盖的泥岩，下部为泥岩。

进一步的，热分析地质模型中包含竖直的注热井，生产井和监测井。

进一步的，流体通过注热井管道进入煤层，煤层的加热方法为流体对流加热。

进一步的，热分析地质模型裂缝为随机生成的纵横交错的相互连通圆柱形流体通道，缝隙连通注热井和生产井。

进一步的，注入井中的流体为高温高压空气、氮气、水蒸气和促进煤热解的化学物质。

进一步的，建立煤层加热模型步骤为：

(1)给热分析地质模型入口输入一个阶跃控制信号，仿真记录得到富油煤层监测点的阶跃响应曲线；

(2)根据阶跃响应曲线过渡过程时间选取合适的采样周期T_s，从初始时刻开始到响应曲线进入稳态值记录阶跃响应曲线上每个采样时刻对应的阶跃响应数据si，得到系统阶跃响应序列：

S＝[s₁ s₂ K s_N]^T

其中，T为矩阵转置符号，N为截断步长；