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。     

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。     

煤层气井产气阶段临界排采参数分析

依据煤层气排采实际,基于煤岩破坏出煤粉机理,建立了煤层气井产气通道较近井地带、近井和远井地带破坏出煤粉模型。分析得出较近井地带主要是降压程度大引起的压实破坏,而近井和远井地带主要是流体拖拽引起的拉伸破坏,由此给出了产气通道破坏出煤粉的临界排采参数。结合井筒压力分布模型,建立了煤层气单井多层合采的井底压力和产水量模型,分析了单井多层合采井底压力和排水量,优选多层合采时排采参数。     

排采制度对煤粉运移的影响原因浅析——以某区块B1煤层气井为例

本文结合某煤层气区块内B1井的实际排采资料,应用煤储层岩石学和渗流力学理论,分析了排采制度对煤粉运移的影响,认为影响原因包括储层粘土矿物的含量、流体渗流速度、孔隙结构变形和割理闭合、气水两相流等;并建议在煤层气井的排采过程中,应做到缓慢、稳定、连续,延缓气水两相流的出现时间,尽量在临界解析压力之上扩大解析半径,避免因渗流速度过快而导致煤粉运移、孔隙结构变形和割理闭合,最终实现煤层气的大面积解析和产出。     

煤粉对储层的伤害机理与防治措施研究

煤粉产出是煤层气开发过程中亟待解决的难题,其不仅堵塞产气通道,而且易造成卡泵/埋泵等事故。采用筛分实验和激光粒度分析实验,通过对比郑庄区块煤层气井排采产出和井筒打捞的煤粉的粒径分布特征,分析正常排采制度下难以携出的煤粉的粒径范围与其来源。根据煤粉形成原因与其对储层和支撑裂缝的伤害机理,基于防、控、疏、导的技术路线,优选增产改造工艺,优化排采制度与压裂液材料,改进排采设备,实现抑制煤粉颗粒脱落、提高颗粒便携性、控制煤粉适当产出和减少施工故障的目的,从而提高煤层气井的排采效率。     

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。     

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。     

煤层气井排采速率与产能的关系

通过分析煤储层压裂裂缝受力状态的动态变化,详细探讨了排采对煤层气井产量的影响.指出排采的速率过大会使裂缝所受有效应力快速增加,进而快速闭合,大大降低渗透率,压降不能传递得更远,煤层气井控制半径变小;流体携带大量的煤粉和支撑剂堆积在临井地带堵塞裂缝,发生速敏效应;间歇式排采更加剧了速敏效应的发生.由此可见,煤层气井的排采必须以合理的、缓慢的速率进行,否则将造成储层的严重伤害.焦作矿区X-1井因排采速率过快,造成10 d内将液面降低了782 m,达到了煤层底板,从而出现了水产量低、基本不产气的结果.数值模拟结果表明,在达到临界解吸压力之前液面下降速率以5~10 m/d为最佳;达到临界解吸压力时应维持液面不变一段时间,然后以2 m/d的速率下降.     

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。     

疏水性微细矿粒在水中的沉降速度

微细矿粒表面性质对其在水中的沉降有重要的影响,通过理论分析与计算,得出了包含表面性质因素的颗粒沉降的介质阻力公式和沉降末速公式。试验测定了疏水前后的单颗粒和粒群在水中的沉降速度。结果表明,矿粒表面疏水化后,在水中的自由沉降速度和干涉沉降速度均上升,这与理论分析结果相一致。     

砂矿颗粒沉降运动规律试验研究

在滨海砂矿开采中, 为给管道输送工业设计提供必要的试验数据和优化输送参数, 从沉降机理出发对不同颗粒级配的砂矿进行了单颗粒及群体颗粒沉降试验研究, 分析了粒径及浓度对颗粒沉降规律的影响, 得出了沉降速度计算公式。结果表明, 浓度和颗粒直径是影响群体沉降速度的主要因素; 所得沉降速度计算公式的计算值与实测值误差较小, 可为砂矿管道输送参数计算提供参考。     

垂直管水力提升临界淤堵流速的实验

通过试验分析研究垂直管水力提升临界淤堵流速。推导垂直管水力提升临界淤堵流速的半理论半经验公式。颗粒向上运动主要受颗粒周围水流流速影响，当管壁处的流速与此位置的颗粒沉速基本一致时，垂直管处于临界淤堵状态。垂直管水力提升临界淤堵流速不仅随粒径增大而增大。而且随提升浓度增加而增大。所推公式反映了影响临界淤堵流速的主要因素。能够较好的璜测临界淤堵流速，对于管路系统设计和运行有较大实际意义。     

含水率对煤层气渗流的影响

煤的含水率影响煤层气的赋存状态和运移能力。结合基质吸附变形理论,分析了煤层中水分存在对基质力学性质的影响规律,探讨了含水率对煤层裂隙变形及煤层气运移的控制作用;采用含水率分别为0.112%,0.498%和0.785%的原煤进行煤层气渗流实验,研究发现,增压过程中随有效应力增加煤层气渗流速度呈非线性递减,二者满足二次函数关系;煤层含水率大小决定该函数的应力敏感区位置和最小渗流速度;随着煤的含水率增加,煤层气渗流速度变化的应力敏感点逐步降低(分别为5.48,5.17和4.78 MPa)。     

基于模型体系的煤泥水絮凝沉降过程研究

 以选煤厂现场采集的煤泥样品为研究对象,构造模型煤泥水体系,连续改变煤泥水固体含量、-0.045mm细泥含量、水质硬度、pH值及药剂制度五大因素,来研究各因素对煤泥水的沉降的影响规律和机理,并根据沉降速度、上清液浊度、絮团体压缩率等絮凝评价指标的变化,找出了沉降效果显著变化的临界点,并得到了多因素影下的煤泥水沉降速度、上清液浊度与各个因素的定量关系模型,为生产提供管理和自动化控制的理论依据。     

液固流化床内颗粒沉降特性试验研究

以小于1.5 cm的粗煤泥颗粒为研究对象,根据密度级和粒度级的不同,将粗煤泥分成20种窄密度级和窄粒度级的均质颗粒,在 100 mm液固流化床粗煤泥分选机内,分别进行自由沉降试验和干扰沉降试验,干扰沉降包括干扰沉降速度的试验和悬浮体密度的测量。结果表明,分选机内的流态应属于过渡区域,阿连公式是粗煤泥颗粒自由沉降末速的合适公式;影响干扰沉降速度的主导因素是介质中固体颗粒数量的多少和粒群的结构特点,固体容积浓度λ越大,颗粒的干扰沉降速度降低系数β越小;机体内从底部到顶部,流化床中悬浮体的密度逐渐减小,但在接近悬浮体顶部,悬浮体的密度稍有增加;随着密度和粒度的增加,悬浮体密度自下而上减小的程度增大。     

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。