【摘 要】
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煤粉对水力裂缝导流能力的伤害是制约煤层气井连续稳定排采和产能提升的关键因素之一。针对煤层气井排采过程中煤粉造成的水力裂缝导流能力伤害问题,基于水力裂缝内固液两相流动实验设备,开展了水力裂缝内煤粉滞留实验及导流能力实验,综合利用理论分析和物理实验相结合的方法对煤粉引起的水力裂缝导流能力变化进行了系统研究,最后基于上述研究提出了煤层气井煤粉控制方法。主要研究成果如下:引入煤粉滞留系数,建立了考虑煤粉滞
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煤粉对水力裂缝导流能力的伤害是制约煤层气井连续稳定排采和产能提升的关键因素之一。针对煤层气井排采过程中煤粉造成的水力裂缝导流能力伤害问题,基于水力裂缝内固液两相流动实验设备,开展了水力裂缝内煤粉滞留实验及导流能力实验,综合利用理论分析和物理实验相结合的方法对煤粉引起的水力裂缝导流能力变化进行了系统研究,最后基于上述研究提出了煤层气井煤粉控制方法。主要研究成果如下:引入煤粉滞留系数,建立了考虑煤粉滞留的水力裂缝导流能力模型,研究了单相流排水阶段恒速与间断流动对煤粉滞留量的影响以及煤粉滞留系数对水力裂缝导流能力的影响。随煤粉流速的增加,煤粉滞留量呈指数形式减小,使水力裂缝孔隙率呈对数形式增加,导致水力裂缝渗透率及导流能力呈对数形式增大;相同流速下,粒径越大的煤粉越易滞留,越易使水力裂缝孔隙率减小,导致水力裂缝渗透率及其导流能力变小。煤粉滞留系数随流速的增大呈指数形式减小,且随煤粉粒径的增加而增大;两种流动条件下的煤粉滞留系数比值随流速的增加呈线性增长,且煤粉粒径越大,滞留系数比值为1时对应的流速越大。煤粉粒径相同时,与间断流动下的滞留系数相比,流速越小,恒速流动下的滞留系数越大,流速越大,恒速流动下的滞留系数越小;与间断流动下的水力裂缝渗透率及导流能力相比,流速越小,恒速流动下的水力裂缝渗透率及导流能力越小,流速越大,恒速流动下的水力裂缝渗透率及导流能力越大。在不同浓度煤粉悬浮液的注入实验过程中,随着煤粉悬浮液浓度的增加,压差曲线拐点出现时间越晚,拐点处压差越大,稳定压差值也越大,且水力裂缝内部的沉积煤粉呈线性增加,水力裂缝渗透率及导流能力呈线性减少,但煤粉沉积量和煤粉沉积率呈现不同的变化趋势,煤粉沉积率随浓度的增加先急剧增加到峰值,然后缓慢下降,煤粉沉积量线性增加;且随着煤粉残留率的增加,水力裂缝渗透率破坏越严重,但水力裂缝渗透率损失率的总体增加速率减慢,表明煤粉沉积对水力裂缝渗透率的破坏主要发生在煤粉侵入水力裂缝的初期。并且获得了煤粉残留率（Rcp）和水力裂缝渗透率损失率（l）之间的关系:l=0.71578Rcp0.4575。基于第三章建立的导流能力模型,定量分析了煤粉滞留引发的水力裂缝导流能力变化,为解决煤层气井煤粉滞留问题提供了重要的依据。在实际生产过程中,水力压裂后煤层气井不仅要避免反复停井,而且要保持快速稳定的排水速度,减少煤粉滞留;且在发生停井再次启动时需要尽快将排水速度加速超越停井前速度,使滞留煤粉排出。并基于第四章提出了抑尘剂解堵煤层气井方法,现场应用结果表明:注入抑尘剂前后,代表性煤层气井产出煤粉浓度均发生明显上升,抑尘剂处理完毕后,代表性煤层气井产气量均上升,表明采用抑尘剂解堵方法有助于提高煤层气井产气效果。
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