煤层气洗井中不同粒径煤粉的分散剂优选实验

煤粉问题是煤层气排采中的重要问题之一。以韩城区块太原组11号煤的煤粉为研究对象,针对不同粒径的煤粉,采用5种不同类型阴离子分散剂,开展了煤粉分散剂优选实验研究。从分散特征、悬浮液浓度和黏度等方面探究分散剂对不同粒径煤粉和不同分散剂对相同粒径煤粉的分散稳定性的影响,优选出用于煤层气井洗井工艺的煤粉分散剂。结果表明,随煤粉粒径的增大,各分散剂对煤粉质量浓度的影响呈现不同的变化。随静置时间的增长,各分散剂悬浮液中煤粉质量浓度均呈不同程度的降低。煤粉粒径小于200μm,SDS分散剂最优;煤粉粒径为200~300μm,CMN分散剂最优。针对韩城区块煤粉特征,优选出SDS分散剂对煤粉分散效果最优,稳定性最好。     

煤层气井压裂用新型煤粉分散剂研究

煤层气储层水力压裂过程中容易产生大量的煤粉,煤粉的积聚和沉降会对压裂形成的裂缝造成严重的堵塞,从而降低裂缝的渗透率和导流能力,影响煤层气井压裂增产的效果。为此,通过大量室内实验,并结合目标煤层气区块的储层特点,研制了一种新型煤粉分散剂MFFS-2,并对其综合性能进行了评价。实验结果表明：当新型煤粉分散剂MFFS-2的质量浓度达到0.3%时,能将水溶液的表面张力降低至25 mN/m以下,并且使煤粉表面的接触角由115.3°降低至60°以下,具有良好的表面活性和润湿性能;当煤粉悬浮液静置10 h时,0.3%MFFS-2的加入能使煤粉悬浮率达到30%以上,当使用0.3%MFFS-2溶液驱替2 h时,煤粉产出率可以达到60%以上,说明其对煤粉具有良好的悬浮分散和携带效果;此外,MFFS-2对目标区块煤岩心基质渗透率的伤害率低于10%,在活性水压裂液中加入MFFS-2后,压裂液体系对煤岩心渗透率的伤害程度有所降低。煤层气井现场压裂施工结果表明：加入新型煤粉分散剂MFFS-2后,S-1井压裂施工顺利,返排液中携带出大量的煤粉,产气量较高,达到了预期的压裂施工效果,并且同区块内新型活性水压裂液的施工...     

煤层气洗井中煤粉分散剂对煤岩的影响

为了综合优选煤层气洗井液中煤粉分散剂,采用韩城矿区太原组11号煤及不同类型的阴离子分散剂,从分散剂对煤粉悬浮性、煤岩表面性质以及分散剂溶液进入煤储层的影响角度出发,开展了不同分散剂对煤粉分散稳定性、润湿性及分散剂进入煤岩中伤害的实验,探究了不同煤粉分散剂对煤岩的影响。研究结果表明,粒径300μm的贫煤煤粉在水中分散稳定性差,添加分散剂有助于提高煤粉的分散稳定性。综合不同分散剂溶液的表面张力、溶液在煤表面的接触角、铺展系数和黏附功的分析,不同分散剂对煤粉润湿程度不同,质量浓度为2 g/L的SDS溶液对煤粉表面的润湿性最好。不同分散剂溶液进入煤岩样品,煤岩样品的渗透率均发生变化,且存在水锁效应,渗透率损害程度表现为SDSCMNSN。随毛细管力的增加,分散剂溶液对煤储层的渗透率损害程度增大。针对韩城区块,在煤层气洗井液中加入SDS分散剂可使煤粉更易排出,同时也会对煤岩渗透率产生一定的伤害。因此,在洗井过程中,应保持井底流压稳定,尽量避免分散剂溶液进入近井地带的煤储层中。     

超细煤水煤浆流变特性的研究

利用不同变质程度超细煤粉进行超细煤水煤浆的成浆试验 ,研究了超细煤粉的粒度组成、制浆浓度和添加剂种类及用量对超细煤水煤浆流变特性的影响。试验结果表明 ,不同变质程度的煤成浆特性有很大的区别。另外 ,还介绍了一种评价水煤浆分散剂分散效果的方法———润湿热对比法。     

激光粒度测定法测定煤粉粒度的影响因素研究

基于不同粒径下煤粉的SEM分析,从利用激光粒度仪测试煤粉试样粒度时的超声强度、超声分散时间、分散剂的种类及浓度等方面对煤粉粒度测试结果的影响进行实验研究,探讨了激光粒度仪测试煤粉粒度的最佳实验条件,即测定煤粉粒度时搅拌分散时间2min~4min较为合适,适宜的超声分散强度为1 200Hz,使用浓度为3%~5%的吐温80分散剂的分散效果较好,煤粉测试粒度的适宜温度为15℃~35℃。     

超细SiO2水分散体系制备的影响因素及表征手段

研究了制备超细Si02水分散体系的主要影响因素，对比研究了粘度法作为超细si02水分散体系稳定性表征手段的可靠性，分析了其影响机理。认为在超细Si02水分散体系制备时除应综合考虑pH值、温度、分散剂种类和用量等主要影响因素外，还要考虑凝胶化的影响，在不影响工艺和应用的前提下，尽量选择产生凝胶化时间较长的pH值范围。用粘度法间接表征超细Si02水分散体系的分散稳定性，仅在一定范围内具有适用性。     

不同分散剂在低阶煤制水煤浆中的作用机理研究

为了解分散剂对低阶煤成浆性的作用机理,应用氨基磺酸盐、木质素磺酸钠和萘系磺酸盐3种分散剂对鄂尔多斯东胜煤田褐煤的成浆性能进行研究。通过紫外-可见分光光度计检测了不同分散剂在煤表面的吸附量,测量了不同分散剂对煤表面Zeta电位的影响,并探讨了分散剂种类和用量对水煤浆流变性能的影响。结果表明,3种分散剂中氨基磺酸盐对低阶煤制水煤浆的分散作用最好,木质素磺酸钠与氨基磺酸盐复配也表现出优良的分散性能;分散剂的分散性能与吸附量和Zeta电位具有一致性,分散剂复配后的吸附量和Zeta电位明显增加。带电的分散剂分子吸附到煤颗粒上,既增大了煤颗粒的空间位阻,也增强了煤颗粒之间的静电斥力,静电排斥和空间位阻的共同作用显著提高了水煤浆的分散性。     

分散剂对煅烧高岭土和钛白粉分散性的影响

无机填料在水中的分散是水性涂料行业重点研究方向，添加分散剂是实现填料稳定分散的有效方法。本研究对涂料行业中两种常用填料——煅烧高岭土和钛白粉进行X射线衍射（XRD）、扫描电镜（SEM）及傅里叶红外光谱（FTIR）分析，考察六偏磷酸钠（SHMP）、聚丙烯酸钠（NaPAA）和十二烷基硫酸钠（SDS）3种分散剂对这两种分散相在水中的分散效果，采用沉降试验及zeta电位测定探究分散机理。结果表明，SHMP作为分散剂时，煅烧高岭土zeta电位绝对值达到48 mV，钛白粉zeta电位绝对值达到55 mV，在该分散剂作用下粒子表面静电斥力增强，使得分散体系稳定性得到提高；使用SHMP时分散效果显著，在沉降16 h后依然保持着良好的分散性，分散稳定性最优。     

大唐呼化褐煤水煤浆分散剂的筛选及研究

以大唐呼化现场制浆用煤为原料,使用单棒磨工艺和粒度级配工艺制浆,考察木质素系、萘系和腐殖酸系分散剂对煤样成浆性的影响,通过测定不同添加剂对煤粉悬浮液zeta电位的影响和煤粉对3种添加剂的极限吸附量的变化,研究3种分散剂的作用机理。结果表明:东明煤、金新煤和混煤的最高成浆浓度,随着分散剂使用量的增大先增加后趋于平稳,分散剂具有最佳使用量与分散剂种类、煤样性质和制浆工艺有关。添加剂分散性能优劣顺序为:腐殖酸系萘系木质素系,原因为腐殖酸系和萘系添加剂在煤粉表面吸附较少且可有效防止煤粒相互聚集沉淀。综合考虑3种分散剂的性能、最佳使用量、经济性以及对煤样最高成浆浓度的影响,最终选定萘系分散剂作为大唐呼化现场制浆用分散剂。     

分散剂对土状石墨在水中润湿分散性的影响

为筛选出能提高土状石墨在水中润湿、分散性的药剂,采用搅拌法改性,以分散率、接触角为评价指标,研究了无机电解质、阴离子表面活性剂单独及复合作用对石墨在悬浮液体系中分散稳定性和润湿性的影响,并借助红外光谱分析了改性机理.分散剂单独作用结果表明:四硼酸钠( Na2B4O7)、十二烷基苯磺酸钠(SDBS)对土状石墨基本无分散、润湿作用;羧甲基纤维素钠(CMC)、木质素磺酸钠对土状石墨分散润湿效果显著;萘磺酸盐(NNO)能显著改善土状石墨的分散性,但对其润湿性能基本无影响.分散剂复合使用研究表明,复配能够提高土状石墨在水中的分散性,CMC - Na2B4O7复合分散效果最好,二者用量分别为土状石墨质量的0.5％和2.5％时,土状石墨分散率为95.55％,润湿接触角为76.37°.     

煤粉对裂缝导流能力的伤害机理

应用FCES-100裂缝导流仪和平流泵模拟了煤层气排采过程中煤粉颗粒侵入压裂裂缝支撑剂充填层的过程,研究了煤粉在支撑剂充填层内的运移规律及其对导流能力的伤害机理、影响程度。实验表明：煤粉易侵入支撑剂充填层,不易随水排出,对导流能力伤害严重,并且随着煤粉浓度增加伤害程度急剧增大。煤粉的聚集附着、桥堵孔喉是支撑剂充填层导流能力伤害的主要原因。粒径较小的煤粉更易运移聚集伤害裂缝导流能力,使用小粒径支撑剂可以有效地俘获煤粉颗粒,有利于提高主裂缝的导流能力;压裂后快速返排有助于煤粉迅速排出,减少其在裂缝内的滞留,并保持排采稳定有利于煤粉顺利排出,避免聚集堵塞。     

煤粉对支撑裂缝导流能力的影响特征及其防控

针对煤层气井的煤粉伤害问题,运用LD-1A导流能力测试系统模拟了煤层气井变排量、恒排量及间抽过程中煤粉在支撑裂缝中的运移沉积情况,分析了不同流速下煤粉对支撑裂缝导流能力的影响特征及伤害机理。实验表明:煤粉易滞留沉积在支撑裂缝底部严重影响导流能力,导流能力伤害率可达90%以上;在没有煤粉持续进入支撑裂缝的情况下,有效排出煤粉导流能力有增大的趋势;排采制度、煤粉质量含量、煤粉粒径对导流能力的影响特征存在明显差异;煤粉随水运移时对支撑剂窄口的疏通作用和聚集堵塞作用共同影响支撑裂缝导流能力。压裂前期使用小粒径支撑剂,尾追大粒径支撑剂,合理控制排采速度,使排采速度略小于煤粉运移的临界流速,并使用煤粉分散剂,有利于适量排出煤粉减小导流能力伤害。     

中、高煤阶煤岩压裂裂缝导流能力实验研究

运用FCES-100长期裂缝导流仪,测试了中、高煤阶煤岩水力裂缝的长期导流能力,并考虑了煤粉对导流能力的伤害,提出了简易测试煤层复杂裂缝导流能力的方法。通过室内实验测试分析认为,不同煤阶煤岩由于力学性质等的不同,在相同条件下其导流能力有明显的差异,煤层水力压裂施工设计中应考虑煤阶对裂缝导流能力的影响;支撑剂嵌入对煤岩裂缝导流能力伤害严重,适当增加铺砂浓度、加大支撑剂粒径、压裂液中加入分散剂可以降低支撑剂嵌入和煤粉的伤害;裂缝形态对煤岩的导流能力也存在影响,多条裂缝与单一裂缝的导流能力不同。     

水岩反应中泥质夹层生成固相微粒的实验研究

在煤储层地质条件和煤层气开发工程的双重控制下,以煤粉为主的固相微粒生成和运移对煤层气井连续稳定排采的制约作用尤为严重。为查明复杂煤层结构对煤层气开发中固相微粒生成规律的影响,以叠置发育煤层和泥质夹层的岩芯样品为研究对象,应用单相液流岩芯驱替仪,开展了水岩反应物理模拟实验,对比分析了在不同浓度的KCl溶液环境中泥质夹层与煤层生成固相微粒的数量、类型、运移特征及其对玻璃珠层导流能力的伤害程度。结果表明:在相同的物理模拟实验条件下,与煤层相比,泥质夹层在水岩反应中易于生成数量更多、粒径更小的黏土矿物型固相微粒;KCl溶液浓度影响着泥质夹层中固相微粒的产出规律,低浓度的KCl溶液与泥质夹层会发生高强度的水岩反应,从而使固相微粒的生成量和迁移率增大;固相微粒的黏滞状态会伤害玻璃珠层的导流能力,随着溶液浓度升高,固相微粒的生成强度和运移距离减小,渗透率降低幅度的波动变化持续时间相应缩短。结合渭北石炭—二叠纪煤田韩城矿区煤层气开发实践研究认为,以复杂结构煤层为煤层气井排采对象会使煤中夹矸的层数增加、厚度变大、岩性多样和矿物复杂,这将导致泥质夹层等敏感岩层的矿物组分和岩石结构稳定性因水岩反应和应力破坏的综合作用而相应降低,造成煤储层固相微粒的产出类型趋于复杂多样化,使固相微粒的生成强度升高和运移距离增大,进而引起更加严重的储层伤害和频繁发生的设备故障,直接影响着煤层气井排采效果。通过查明煤层气井开发层内夹矸的空间发育特征、敏感矿物类型及其含量,可在钻井、压裂和修井等生产环节中适当使用防膨剂和稳定剂来降低黏土矿物的膨胀分散程度、增强煤岩表面疏水性和提高煤粉在裂隙面的黏附力,以此减少固相微粒的生成量和迁移率,从而有效防治煤储层固相微粒的产出问题。     

矿浆预处理设备的应用进展

矿浆预处理是浮选之前必不可少的作业，对实现目的矿物的充分矿化、分散，与浮选药剂的充分反应，提高浮选指标有重要意义。矿浆搅拌槽应用范围最为广泛，近年来其结构改进后也更加节能高效；叶轮搅拌式混合器和矿浆准备器起源较早，但是由于易造成环境污染、药剂混合效果差等原因逐渐淡出市场；雾化跌落箱和管道混合器主要应用在选煤领域，具有节能、操作简单等优点，应用较广泛，但是跌落箱庞大的体积以及管道混合器混合时间短、作用不充分等劣势也制约了其发展；矿浆改质机由于可以高效分散药剂和混合矿浆，使其成为近年来的研究热点，应用领域也由非金属矿逐渐向金属矿拓展，具有广阔的前景。指出缺少矿浆预处理器搅拌效果的直接评价方法，现有搅拌器专用性差，今后可以从药剂分散程度、矿浆和药剂的混合程度或者药剂吸附的状态等方面对搅拌槽的效果提出更直接的判断。不同的矿石，需要的搅拌条件不同，需进行有针对性的改进。     

顾桥井田煤层气井生产周期性波动问题原因分析与预防

在煤层气井生产中,生产周期性波动现象在顾桥井田地面煤层气井排采过程中被观测到,是何原因导致这种现象的产生以及如何进行预防,目前国内外还鲜有报道,开展这一问题的深入研究对碎软、低渗煤层高效开发具有重要意义。通过对煤层气井井底流压、地层产气量等生产数据的深入分析,将周期性波动内生产阶段划分为地层产量(井底流压)平稳阶段、地层产量(井底流压)下降阶段和地层产量(井底流压)升高阶段3个阶段;从气管线集输、数据采集仪器和煤储层3个角度出发,结合煤储层特征、储层改造及修井作业结果,分析得到气阻效应是导致生产周期性波动的主要原因,气阻效应的出现又引起了固阻效应,在两者的综合作用下,导致煤层中流体(水、气)流动不畅,出现生产周期性波动特征,并通过数值模拟方法验证了分析的正确性,最后针对造成生产周期性波动现象的原因,建议在该地区下一步的煤层气开发中,采用煤层顶板岩层代替煤层直接压裂,同时通过表面活性剂的优选、分层控压联合排采技术以及支撑裂缝中煤粉的适度产出等预防措施,达到减小气阻效应和固阻效应的目的。     

基于漏失量测定的采空区覆岩裂隙带高度探测技术

煤矿井下采空区的形成导致采场周围岩体的应力重新分布，覆岩在垂向上形成冒落带、裂隙带和弯曲下沉带3个不同变形特征的分带，裂隙带高度是瓦斯抽采、矿井防治水等工作的重要参数。分析了煤矿井下采空区覆岩破坏理论和裂隙带高度确定方法研究现状，研究了基于井下钻孔岩层漏失量测定的采空区覆岩裂隙带高度探测技术与方法，研制了水压膨胀式封隔器和双通道式测试管柱等测试设备，水压膨胀式封隔器膨胀系数大，与钻孔壁贴合紧密，实现钻孔分段严密封堵，且体积小、耐磨；双通道式测试管柱，一路用于膨胀孔内封隔器，另一路用于注水测定岩层漏失量，解决了以往采用橡胶软管耐压差、易损坏、软管与钻杆缠绕导致输送困难等问题。黄陵某矿现场应用表明，采用水压膨胀式封隔器和双通道式测试管柱等测试设备、基于漏失量测定的煤矿采空区覆岩裂隙带高度探测技术，可方便、快速、准确地测定采空区覆岩裂隙带高度，为矿井高位孔瓦斯抽采及顶板防治水提供技术依据。     

基于示功图监测的煤粉相关井下故障预警

为了防治煤粉产出导致的煤层气井排水不畅、抽油泵漏失、卡泵等井下故障,进行了应用示功图预警煤粉产出对排采设备伤害程度的研究。基于鄂尔多斯盆地韩城地区煤层气生产实践,对煤粉相关井下故障的典型示功图进行了载荷分析与形状对比,提出了示功图监测预警煤粉相关井下故障的定量参数:卸载线滞后幅度R与载荷线偏差夹角θ。根据R与θ的变化范围,将相应井下故障强度划分为4个等级。排水不畅与卡泵生产实例的分析结果表明,示功图形状特征对煤粉聚集及其相关井下故障的严重程度具有指示预警作用。综合分析单井示功图形状及载荷比、变频器电流波动、日产水量变化等生产数据,可准确查明井下设备的功能状态与煤粉造成的伤害强度。对出现故障苗头的煤层气井及时采取回注排采与高效洗井等治理措施,可有效稀释煤粉浓度,扰乱煤粉聚集,加速煤粉运移,进而缓解煤粉伤害及相关井下故障。     

叠后地震多属性分析在煤层裂缝识别中的应用

针对山西新元矿煤层中的裂缝发育问题，以地震属性分析理论为指导，研究了相干、曲率、蚂蚁体等单一地震属性、多属性叠合、多属性神经网络运算裂缝概率等在裂缝识别中的应用效果，地震属性的走向确定了裂缝的方位信息，多属性分析圈定了裂缝发育区域。结合邻区已采掘区域揭露的断裂发育情况，表明以相干、曲率和蚂蚁体等叠后多属性对于裂缝的应用识别效果较好。地震多属性分析对于煤层裂缝的识别有着较好的应用价值，可推广至其他煤矿应用。     

煤粉在支撑裂缝中的运移与沉积规律

针对煤储层压裂过程中易产生大量煤粉问题,应用LD-1A导流能力测试系统进行了支撑裂缝中不同流速、不同煤粉含量的流体流动物模实验,分析了流体在变流速、恒流速和间断流动下,煤粉在支撑剂充填层中的运移、沉积及产出规律。实验表明:煤粉运移具有一定的临界流速,不同条件下,临界流速差别较大,在20~40目石英砂支撑裂缝中,过60目煤粉临界流速可达5.20 cm/min,而过140目煤粉临界流速为2.01 cm/min;流体流速、支撑剂粒径、煤粉粒径、煤粉含量、排采制度等多重因素共同控制煤粉产出量;煤粉容易沉积在支撑裂缝中堵塞支撑剂构建的孔隙,对支撑裂缝导流能力的伤害严重。压裂后有效排出煤粉,可减小堵塞伤害;排采过程中控制流体流速,有利于减少煤粉运移及产出。