韩城区块煤层气排采中煤粉产出规律研究

为了查明煤层气排采过程中煤粉的产出对煤层气开发的影响,以韩城区块为研究区,对煤层气井排采现场进行观察与监测,并进行煤岩煤粉测试和物理模拟试验,从现场实际煤粉产出状况,分析了韩城区块煤粉对煤层气井排采的影响和煤粉产出的影响因素,划分了煤层气井煤粉产出的4个阶段。结果表明:排采初期和产气量快速上升期是煤层气井卡泵的高峰期,煤粉的产出受多种因素的综合作用,指出了构造煤发育是煤粉产生的主控因素。     

煤层气井煤粉产出规律及排采管控实践

为减少煤粉对储层的伤害,分析了煤层气井煤粉产出规律及其对排采的影响。基于煤层气井煤粉浓度、产气量、产水量等监测数据,总结了煤粉产出动态规律;研究了产气初期煤粉大量产出对采气设备及储层渗流通道的影响;提出了通过提高排采设备携粉能力,增加煤粉排出量的极限煤粉浓度管控方法。实践表明该方法能减少煤粉对储层的伤害,延长检泵周期,释放煤层气井产能。     

煤层气井煤粉颗粒表观机械运移规律

煤粉颗粒在煤层气井的排采过程中会随着流体运移至井筒,研究煤粉颗粒在井筒中的运移规律,对于优化排采参数、避免煤粉在井筒内沉积甚至埋泵非常必要。自行设计了煤粉颗粒运移实验装置,开展了煤粉颗粒静态沉降实验和动态运移实验,得到了煤粉颗粒静态沉降末速和最小携带速度。结合球形颗粒自由沉降末速的理论计算公式,建立了煤粉颗粒实际沉降末速的计算模型,并确定了不同目数煤粉颗粒的最小携带速度与实际沉降末速间的关系,最终建立了煤层气井最小日排水量的计算公式。研究表明,对于产水量较小的井,流体携带煤粉颗粒的能力与煤粉颗粒的粒径、井筒内流体流速间的关系敏感,本文提出的最小排水量计算公式对于煤层气井的排采参数设计具有一定的指导作用。     

煤层气井沉砂防气泵的研究及应用

煤层气井在排采过程中煤粉等固体颗粒进入井筒后容易造成卡泵、砂埋管柱等问题。煤层气井产气后气体也会对排采设备有影响,导致排采效率下降、气锁等问题。为了解决上述问题,减少固体颗粒对排采设备的影响,研制了沉砂防气泵,该泵具有防煤粉与防气体影响的双重作用,可以防止停抽时煤粉卡泵现象的发生,同时还可以通过环形阀进行气液置换,减少气体的影响,提高排采效率。经过现场实际应用结果表明,使用该泵能够有效的降低煤粉及气体影响,减少检泵作业和捞砂工作量,提高排采效率,降低综合作业成本。     

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。     

煤层气井煤粉产生机理探讨

煤层气井在生产过程中经常发生煤粉堵塞产气通道、煤粉在井筒中淤积、煤粉卡泵等现象,渗透率的降低和频繁的检泵,严重影响了煤层气的整体开采效益。根据岩石力学的岩层破坏理论和地层出砂理论探讨了煤层气排采过程中煤层的破坏机理,分析了裂隙中煤粉的种类、产生机理及排采各阶段产出规律,并提出了一定的煤粉控制措施。     

煤层气井排采煤粉浓度预警及防控措施

为了解决煤层气井排采受煤粉干扰,造成产气量波动甚至频繁卡泵的问题,分析了煤层气井煤粉来源及产生机理。基于鄂尔多斯盆地煤层气井监测数据,确定了示范区煤粉浓度预警指标;针对煤粉产出的阶段变化特征,提出了螺杆泵接防砂尾管结合油套环空注水稀释煤粉浓度的防控措施。现场使用效果表明,该措施能降低进入生产井的煤粉浓度,延长煤层气排采井检泵周期。     

煤层气井煤粉的运移与控制

通过对煤粉进行分离、运移等模拟实验查明了煤粉的运移规律:糜棱煤遇水后容易完全分解成煤粉,是煤层气井产粉的主要来源;粒径小于0.2 mm煤粉产出量随水流速度增大而增加,粒径在0.2~0.3 mm的煤粉产出量随水流速度增大无明显变化规律;当煤粉运移介质为气液两相时,煤粉的产出量明显增多,并随着气液比的增大而增大;近井通道是垂直煤层气井煤粉产出运移的主要通道,水平分支井所穿过的煤层带决定了水平煤层气井煤粉产出运移。依据实验结果与煤层气井排采实际,提出了控制煤层气井煤粉产出的若干措施。     

煤层气井循环补水排采工艺

针对在煤层气的排采过程中大部分井的采出液量较少,不能满足进入井筒的煤粉排出条件,导致煤粉在井筒内堆积,造成卡泵、埋泵频繁发生的问题,提出在不停产情况下,通过循环补水,增加井液流量,将进入井筒的煤粉排出地面的工艺条件和要求,延长煤层气井无故障排采周期。根据煤粉颗粒的沉降末速度,综合考虑浓度及速度分布的影响,将杆管环空煤粉颗粒排出的最小水流提升速度定为自由沉降末速的2倍,计算了不同杆管组合满足煤粉排出条件的最小排量,根据煤粉最大粒径为0.3 mm的假设,给出了沉降罐体积。通过现场连续循环补水试验,实现连续运转6个月以上不修井的良好效果。     

煤层气排采中煤粉产出量动态变化及影响因素

为了解煤层气排采过程中煤粉产出动态变化规律,对沁水盆地南部投产后的煤层气井不同排采阶段煤粉产出量进行记录和统计,分析了煤粉产出影响因素,并通过实例研究了煤粉产出量动态变化与产气量的关系。结果表明:产水阶段和产水产气两相流阶段是最易产出煤粉的阶段,其中产水产气两相流阶段煤粉产出量总体较高,且煤粉产出明显不稳定、不连续。导流裂缝发育特征、储层构造软煤带发育特征及其与导流裂缝的配置关系,地层流体携粉作用以及排采工作制度是影响煤粉产出量变化的主要因素。最后,提出了加强煤储层地质研究,避开原生煤粉源,研制便携式煤粉产出定量测定装置,制定煤粉预警措施,以及合理优化排采工作制度以减少煤粉对煤层气排采的危害。     

韩城区块煤层气井产出煤粉特征及主控因素

煤层气排采过程中的煤粉问题是制约煤层气井产能的主控因素之一,为了揭示煤粉的产出机理和查明煤粉的来源,以韩城区块为实验区,通过现场观测和描述,采用透光显微镜、激光粒度测试仪、X射线衍射和反射偏光显微镜,从浓度、粒度、成分等方面对煤层气排采中产出的煤粉特征进行分析,结合煤层气主力开发煤层特征,指出了煤粉产出的主控因素有井型、完井工艺、排采制度、煤岩特征、煤体结构和煤层结构等,而煤体结构(构造破坏)是煤粉产出的首要控制因素。     

沁水盆地柿庄地区煤粉发育特征及其对产出的影响

煤粉发育和产出特征对指导煤层气勘探开发具有重要的意义。以沁水盆地柿庄地区为研究对象，收集了钻井取心、测井信息、排采数据和煤层气井产煤粉样品等，基于测井解释、激光粒度测试和煤粉质量分数监测等方法，系统分析了煤粉发育特征及其对产出的影响。研究结果表明：研究区原生煤粉可划分为煤粉发育复杂区、煤层底部发育煤粉区、煤粉不发育区、煤粉较少发育区和煤层顶底发育煤粉区5类地区，产出煤粉粒径分布在0.4～3 300μm，质量分数集中在0～0.5；煤粉发育特征影响着煤层气井初次产粉时间，其中原生煤粉发育复杂区一般在见气之前初次产煤粉，原生煤粉底部发育区和原生煤粉顶底发育区初次产粉时间规律性较差，原生煤粉不发育区和原生煤粉较少发育区一般在见气之后初次产煤粉；排水降压阶段受井筒附近煤粉发育特征的影响，产出煤粉以中、粗颗粒煤粉为主，煤粉颗粒大，质量分数不高；提产放气阶段受排采强度和煤粉发育特征的影响，以中、细颗粒煤粉为主，煤粉颗粒较小，煤粉质量分数高且波动较大；稳定产气阶段主要产出远端裂缝中的原生煤粉或压裂工程产生的次生煤粉，煤粉颗粒更小，质量分数相对较小且波动小；产气衰减阶段的煤粉颗粒最小，煤粉产出量少。     

单相流煤层气井裂隙煤粉受力分析及启动条件

为了准确地计算煤层气井出煤粉条件,基于煤层骨架煤颗粒受力,建立了煤层颗粒启动的力学模型。依据韩城煤田的资料,分析了煤层气井单相流阶段煤层骨架脱落颗粒大小与液体渗流速度、排液量以及压力差的关系。结果表明:在单相水流阶段,煤层气井煤粉产生与流体的渗流速度呈正向二次关系,当液体渗流速度大于该煤粉粒径的临界速度时,小于该颗粒粒径的煤粉将会脱落。从统计学观点,渗流速度越大,产生煤粉越多;排采中排液量越大,对煤层骨架拖拽作用越大,煤粉颗粒越容易脱落,当排液量在17m3/d以上时,大部分煤粉颗粒就会脱落。合理控制排液量在17m3/d以下有利于减少煤粉的产生。     

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。     

煤层气排采井壁出煤粉时间预测

煤层气排采过程中经常发生煤粉堵塞产气通道、煤粉在油管中沉降、煤粉埋泵卡泵等现象,对煤层气的整体开采效益产生很大的影响,研究煤层气排采井壁出煤粉时间具有重要的实际意义。首先建立煤层双重介质渗流数学模型,其次根据摩尔-库伦破坏准则确定出煤粉井底流压,根据井底压降曲线与临界井底压力最终计算出井壁煤层开始出煤粉时间。该研究对指导现场提出防止煤粉的措施、提高排采装置的寿命,减少修井次数,降低开发的成本,增加采收率具有重要意义。     

分散剂影响煤粉采出效果的实验研究

为了研究井筒中煤粉在排采过程中的产出规律,促进地层产出煤粉的有效排出,利用自主研发的CBM-WS型高压煤储层井筒模拟装置进行了模拟实验来探索井筒中煤粉采出的影响因素。实验结果表明,井筒中煤粉颗粒受地层中煤粉产出、排采速度和煤粉分散情况等因素的影响。当排采速度较低时,井筒中采出煤粉颗粒粒度<20 μm,大部分粒度40～100 μm的煤粉颗粒没有采出;随着排采速度的增加,采出煤粉数量显著增加,粒度也明显增大;在流体速度达到临界流速,煤粉采出量趋于稳定。加入FYXF-30分散剂后,能够将进入井筒中的较大颗粒煤粉分散并采出。     

高煤阶煤层气井煤粉产出对渗透率影响研究

高煤阶煤层气井在钻井、开采过程中由于机械碰撞、气液冲刷、压力波动等外力作用,不可避免的会产生煤粉,煤粉的产出一方面有利于形成气液产出通道,但另一方面如果过快、过多的产出使气水流动出现障碍,引起产气量下降,同时频繁的检泵作业导致气井的解吸一吸附过程交错进行,严重影响了气井的正常生产;本文通过煤粉产出与渗透率的关系、排采速度对煤粉产出的影响等室内模拟实验,论证了高煤阶煤层气井煤粉产出控制的重要性。     

延川南区块煤层气排采工艺技术现状及建议

延川南区块煤层气部分排采井因煤粉从煤层中析出至井筒造成螺杆泵频繁卡泵,检泵周期短,无法实现煤层气的连续性排采。文中介绍了延川南区块煤层气排采井举升工艺技术现状,找出螺杆泵排采工艺中存在的主要问题,提出相应的技术对策,对提高延川南区块煤层气整体开发水平具有一定的指导意义。     

煤层气井煤粉产生原因及控粉措施

煤粉是煤层气排水降压过程中必然产生的重要物质,成为制约煤层气连续稳定排采的关键性因素。通过分析煤储层中裂隙系统和煤体结构的发育特征,从根源上揭示煤层气井煤粉产生的主要来源,结合煤层气井的煤粉产出规律,找出相应的控粉措施,对下步煤层气排采具有重要的指导意义。     

煤层气井不同类型煤粉的静态沉降规律

为研究卡泵煤粉的粒径大小,减少卡泵事故的发生。通过煤粉粒度分析实验确定了造成卡泵的煤粉粒径主要在小于0.037 4 mm和大于3.8 mm的范围,进一步利用激光粒度分析仪分析,缩小了造成危害的细煤粉粒径范围;针对粒径小于0.037 4 mm的煤粉进行静态沉降速度测定实验,发现当煤粉浓度很小时,沉降速度随浓度的增加急剧减小,当浓度继续增大时,煤粉的沉降速度将不再变化,趋于一个常值。同时通过测定不同粒径煤粉和不同浓度煤粉的悬浮率,发现煤粉浓度越低,煤粉的悬浮率越高;在对不同煤粉的润湿性实验中发现与排采样相比,钻屑样润湿性差,但润湿改造效果较好。依据实验结果,总结了细煤粉的基本物理特性以指导预防煤层气井中卡泵等事故的生产措施。