煤层气水平井井筒煤粉迁移规律试验研究

为研究煤层气水平井井筒煤粉迁移特征及规律,有效控制煤粉产出,开展了多相流驱替状态下的水平圆管煤粉迁移物理模拟试验。通过调节流量、控制压差的方式,分析了不同粒径大小的煤粉在不同圆管倾角下的迁移特征及规律。结果表明:生产条件下井筒流态以紊流为主,应重点研究了雷诺数为4 000~6 000下的流态;两相流煤粉迁移模式为滑动、滚动、层移和悬移,三相流煤粉迁移主要受不同流型的影响;煤粉迁移模型表明煤粉迁移制约因素主要有流量、流型(气液比)、煤粉粒径、管道倾角和压差。综上认为,钻井阶段选择合适造斜点,控制井斜角变化;考虑煤粉性质及排采阶段变化,适时调整排水强度和井底压降,有效控制井筒流态,可保证井筒内煤粉适度产出。     

煤层气井关井井底压力恢复模型

为了准确拟合煤层气井关井井底压力变化,基于煤层流体渗流规律和流体稳定流动能量方程,依据煤层气井情况分阶段建立了井底压力恢复模型。依据韩城WL1井地层参数,得到了关井时井底压力动态变化规律。结果表明:井底压力恢复双对数曲线中气水两相流阶段和单相水流动阶段斜率不同,分别为0.3919和0.0682,其后期曲线趋于水平,类似于压裂井二开二关压力恢复试井双对数曲线。随着井底压力的恢复,储层渗透率和解吸半径逐渐减少。当井底压力由1.1MPa恢复到2.36MPa时,解吸半径由11.97m减少到4.46m,产气量由3200m3/d减少到444.25m3/d。     

煤层气井压裂缝壁面稳定性研究

为了揭示煤层气压裂井在排采过程中裂缝壁面剪切失稳产生煤粉的机理,根据叠加原理,采用弹性力学和渗流力学理论,构建了排采过程中压裂缝的总应力场计算模型。基于D-P剪切破坏准则,提出了一种计算井底流动压力安全窗的方法,以有效避免煤岩压裂缝壁面失稳。研究结果表明:井底流动压力越小,压裂缝壁面净压力越大,在压裂缝壁面附近产生的诱导应力也越大;另外,井底流动压力越小,由于孔弹效应影响,形成的诱导应力也越大。在排采过程中,保证井底流动压力在安全窗口内,可以避免压裂缝壁面剪切失稳形成煤粉。     

基于模糊数学方法优化煤层气井底流压下降制度

合理的煤层气井井底流压初期下降制度是决定煤层气井高产和稳产的重要因素,应用模糊数学的基本方法分析柿庄南区块煤层气排采初期高产井井底流压下降制度,将影响煤层气排采初期井底流压下降制度的因素记作一个模糊集合,确定其权重分配并构造隶属函数,为调整煤层气低产井的井底流压压降制度或为未投入运行井制定合理的井底流压下降制度提供依据.通过某高产井L-1的验证,该方法确定的压降制度在区域7内与实际压降制度符合较好,压降特征参数的相对误差均小于20％,说明模糊数学方法能够用以优化煤层气排采初期井底初期流压下降制度.     

煤储层排采液流携粉运移模型与产出规律

基于液固两相流理论建立煤层液流渗流数学模型,并给出描述煤岩产气通道流动状态的偏微分方程和煤层液流携粉运移特征的数学模型,依据数值求解结果分析产气通道中的液流压力和流速以及煤粉随液流运移的浓度分布情况。结果表明,煤储层近井区域液流高流速状态使得通道液流中的含煤粉量达到最高值,排采初期较大的排液量和压差波动使得其煤粉产出较多,而稳产阶段的产液量减小且煤储层与井底间的生产压差降低使得通道中煤粉浓度较低,生产压差由2.05 MPa提高到3.05 MPa后,产气通道各节点最大含煤粉量由0.112%迅速升至0.608%;且稳产阶段煤层泄流体产气通道孔径的增大,会进一步降低通道中煤粉浓度,产气通道高度由0.30 mm扩大到0.90 mm,产气通道各节点最大含煤粉量则由0.759%降至0.160%。该算法提出煤储层泄流体煤岩产气通道管流的概念并定量描述排采液流携煤粉运移的特征,为准确预测煤层气井排采中的煤粉产出情况和制定合理的防煤粉措施提供了依据。     

煤层气井井筒流动状态研究

煤层气井在开采过程中必定经历气液两相流动阶段,气液两相流动的结果,必然导致煤层气藏压力动态发生变化。论文针对生产井井筒气泡段现象进行描述,分析其产生原因,以及如何通过套压、流量、产量等参数变化识别气泡段;适当控制套压对初见气时井筒流动状态以及气泡段的影响;不同套压对井筒流动状态和对气泡段的影响;针对不同生产阶段的井,依其状态优选合理的套压,总结出煤层气井生产过程中,井筒内气液两相的流动规律,定量地研究井筒内气液两相各参数相互之间的影响和变化,以及这些变化对井筒流态稳定性的影响。     

煤层气井两相流多参数探测技术

为充分认识煤层气排采过程中井筒气水两相流参数变化特征及流动规律,研制了煤层气井流体参数监测仪。该监测仪可对煤层气垂直井下油套环形空间气水两相流体压力、温度、液位、流速、密度分布以及气泡形态进行实时监测,为预测井下流体参数变化特征,研究气藏及井筒气水两相流动规律提供实测值。从监测仪的原理与结构出发,建立了井筒两相流关键参数(密度分布、气泡形态、流速)的探测方法。基于此,煤层气井流体参数监测仪在煤层气/页岩气排采,智能调控排采工况方面具有应用前景。     

煤层气开发适度携煤粉理论

在煤层气开采中,一般采用减少煤粉产出、阻止煤粉运移的方式来减轻煤粉对储层的伤害。但是如果储层中流体携带煤粉过多,大量煤粉停留在井筒周围则会堵塞渗流通道,严重影响煤层气的产出。因此,通过控制生产压差,使煤层骨架上的煤粉不被排出,而返排出储层渗流通道中已有的自由煤粉,即达到适度携煤粉的效果,就可以大大的改善储层的渗透率,从而提高煤层气井产量。     

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。     

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。     

单相流驱替物理模拟实验的煤粉产出规律研究

为研究煤层气井排采过程中煤粉的产出机理及其影响因素,开展了单相流驱替状态下煤粉产出物理模拟实验。通过改变单相流驱替流速及煤砖样品上、下围压的大小,分析不同实验条件下煤粉产出量、煤粉粒度分布特征以及裂隙导流系统的渗透率变化等参数,归纳煤粉的动态产出规律。实验结果表明：在围压稳定的实验条件下,煤粉的产出具有一定的启动运移速率;煤粉的产出量与驱替液流速呈正相关、与围压呈负相关;煤粉在裂隙系统中的存在与运移会对其渗透率产生显著的影响;间断后重启单相流驱替作用会使煤粉产出量瞬间剧增。根据模拟实验结果可以认为,优化煤层气井的排采制度、控制井底流压降压速率的变化、稳定控制排水强度,将会有效地控制煤粉的产出量。     

煤层气井产气机理及排采控压控粉研究

煤层气吸附/解吸特征、渗流机理和排采控制是煤层气井生产的重要因素。为此,进行了煤层气吸附解吸实验和渗流特征实验,结果表明:煤层气吸附/解吸是可逆的,存在"解吸滞后现象";煤层气渗流呈现二级渗流特征,即煤的基质孔隙内流体的渗流呈非达西渗流和天然裂隙及大孔隙内流体的渗流呈达西渗流;煤层气排采过程中,随着排水降压,规模开发可导致"气水分异",局部高点气产量高、水产量低,相对低点产水量高、产气量低。同时,煤层气井排采过快、洗井修井、停抽关井、液面低于煤层顶面等易造成污染,致使气水产量锐减,其伤害机理主要是煤粉堵塞伤害、应力敏感伤害和气锁/水锁伤害。基于伤害特点及伤害机理,结合多年的排采经验,确立了以定压排采、控制合理工作压差和控制煤粉适度产出等排采工作制度。     

沁水盆地南部煤层气井排采动态过程与差异性

针对沁水盆地南部煤储层变质变形的特点,通过对沁水盆地南部某井组的排水采气动态过程与差异性进行分析,结果表明：井组单井之间气产量变化大,排采效果差异性明显,单井产水能力不一;在煤层气井排采过程中,为防止吐砂和压敏效应,排采强度、制度调整不易过大、过频;在煤层气井排采的不同时期应采用不同的工作制度,在以排水为主的前期排采阶段,排采工作制度以控制动液面为核心来制定,在产气为主的中后期稳定生产阶段,排采工作制度以控制套压（井底流压）为核心来制定;煤层气井生产过程中,在保持一定回压确保煤储层安全的前提下,应尽可能降低套压生产,以利于煤储层平均压力的降低,扩大煤层气的解吸范围,获得高产气。     

潘河15号煤层煤层气的生产特征及其影响因素分析

为了掌握潘河区块15号煤层煤层气的生产动态特征,确定影响产能释放的主要因素,实现区域内产气量的平稳接替和潘河区块煤层气的稳定有序开发,本文以潘河区块所实施的15号煤层煤层气试验井为研究对象,统计分析了生产动态参数,全面研究了排采过程中的产水、产气和产煤粉的变化趋势和特征以其影响因素。研究结果表明：15号煤煤层气储层具有产水量低、高产气井少、煤粉产出量大的特点,产水和煤粉量对产气量有明显的抑制作用;区内煤层气井适宜部署在煤层气保存较好的包括背斜等构造高点及斜坡,且含气量超过20m_³/d,水动力条件弱的滞留水区;施工液量对压裂效果影响较大,尤其是造缝功能的前置液,在压裂正常情况下以及前置液量在110-210m_³范围内,液量和产气量同步变化;在排采过程中,排采初期的降液速度、见气初期的控制以及排采的连续性是影响区内煤层气井产能释放的主要原因。     

祁东井田71煤层煤层气开发潜力评价

针对煤层气开发潜力评价过程中的常规参数难以定量描述气体解吸完整过程的缺点,以祁东井田为例,在对该区地质特点和储层特征进行分析的基础上,结合等温吸附曲线提取临储压差、临废压差、有效解吸量、解吸效率等指标,分析了研究区煤层气的解吸过程并建立了煤层气开发潜力的定量评价方法。结果表明:祁东井田71煤层为碎粒结构煤,塑性大,渗透率低,需要通过水平井分段压裂的方式进行开发;该储层产气过程中只经历敏感解吸阶段,最大解吸效率为8.23 m³/（t·MPa）,见气后短时间内可获得较高产量的工业性气流,解吸量最高可达7.5 m³/t,具有较高的产气潜力;该煤层临储压差高达4.83 MPa,表示井底见气前要经历长时间的降压过程,随后产气量快速上升,应该采用平稳缓慢的排采方式,避免压力波动和煤粉产出。     

沁南煤层气井产能影响因素分析及开发建议

通过比较山西沁水盆地南部57口煤层气井在1.5 a时间内的产气产水特征,分析了影响该区煤层气井产能变化的地质及工程特征因素,并提出相应的开发建议。结果显示:煤层埋深及地下水动力条件、含气量以及气井所处的构造部位是影响沁南煤层气井产能的主控地质因素;开发前的煤储层压裂改造规模、井底流压下降速度以及排采速度是重要工程因素。同时,提出了相应的参数指标:500~700 m的埋深,大于15 m3/t的含气量;早期排水期,采取比较大的降压幅度和比较大的排采冲次,分别为0.022 MPa/d和3.0次/min;出现产气高峰后,开始缓慢降压和降低冲次,分别为0.002 MPa/d和0.4次/min。     

煤粉工业锅炉的耐压泄爆仓安全设计探讨

为保证煤粉燃料在粉仓内的安全、可靠存储并解决煤粉工业锅炉系统粉仓设计不完善问题,需提高泄压防爆装置设计的可行性。采用泄压面积计算及仓体抗爆安全设计,并结合实例对用于动力煤煤粉燃料的储仓防爆安全设计提出具体要求和建议,以达到规范化及标准化之目的。参照国内外相关规范并分析研究煤粉储仓的防爆设计方法可知,其关键之处为泄压防爆面积设计计算,若当1000 m 3煤粉储仓的仓体设计耐压强度为0.2 MPa时,计算所需的泄压面积为4.56 m 2,远小于非耐压仓体所需的泄压面积108.6 m 2。研究表明,实时填充CO 2或N 2的惰化保护仓以及设计耐压强度大于最大爆炸压力时全抗爆仓的安全性最高,但其存在实施困难与经济性差的问题,工程实践中宜采用耐压泄爆仓设计以保证设备安全,推荐仓体设计的耐压强度为(0.2~0.4)MPa;根据GB 12476《可燃性粉尘环境用电气设备》中对可燃性粉尘环境防爆区域划分及释放源的定义,对煤粉储仓的防爆区域划分提出了相应建议。