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煤层气已经成为我国未来补充天然气消耗的重要来源之一,但煤粉的运移、堵塞使储层裂隙-裂缝被伤害、支撑裂缝被煤粉堵塞,造成单井经济效益降低。因此研究煤层气开发过程中煤粉运移堵塞的影响具有重要意义。虽然前人做过很多的研究,但对气、液、固(煤粉)同时运移过程中煤粉的堵塞研究尚少。本文首先通过扫描电镜、X-衍射、显微技术等技术手段对研究区煤岩、煤粉及孔隙结构进行了认识;然后通过微观模型模拟实验、API导流实验、气-水相渗实验等从微观及宏观角度对煤粉、微气泡和水三相同时流动过程中,煤粉运移与堵塞特征及影响因素进行了研究,得到以下主要认识:
(1)研究区构造软煤煤岩分为致密型、均匀裂隙型与大裂缝型,三种类型煤岩对煤粉的产生、运移与堵塞密切相关。石英含量越高,煤粉的粒径越小。
(2)非连续性气体-微气泡分为三种,第一种为小气泡,含气饱和度低于5%,直径分布为0.01-0.2mm之间;第二种为聚合气泡,含气饱和度高于5%,直径分布在0.2-0.8mm之间;第三种为柱塞气泡,含气饱和度为10%-15%,直径分布在0.8-1.5mm之间。
(3)微气泡对煤粉的耦合作用为小气泡与聚集气泡对煤粉的捕获效应、柱塞气泡对煤粉的沉积的促进作用、小气泡横向迁移形成聚合气泡;三种耦合作用对煤粉在支撑裂缝内的运移、堵塞有直观影响。
(4)微气泡与煤粉的综合堵塞模式分为柱塞堵塞、耦合堵塞、沉积堵塞。三种堵塞模式会流量、含气饱和度、粉砂比的不同而发生转化与转移。
(5)研究区粉砂比为22%,排采前期控制井底流速为1.74cm/min即可最大程度减小扰动支撑裂缝中的煤粉。在排采中期及主要产气期控制井底流速为3.18cm/min即可达到最大导流能力。
(6)天然裂缝与支撑裂缝由于在尺寸与形态上的不同导致在微气泡自身对渗透率的影响、微气泡对裂缝内煤粉的运移堵塞影响、煤粉的产出机理、临界含气饱和度四方面都有所不同。
这些认识为进一步的认识研究区煤粉堵塞及运移机理提供了依据。
(1)研究区构造软煤煤岩分为致密型、均匀裂隙型与大裂缝型,三种类型煤岩对煤粉的产生、运移与堵塞密切相关。石英含量越高,煤粉的粒径越小。
(2)非连续性气体-微气泡分为三种,第一种为小气泡,含气饱和度低于5%,直径分布为0.01-0.2mm之间;第二种为聚合气泡,含气饱和度高于5%,直径分布在0.2-0.8mm之间;第三种为柱塞气泡,含气饱和度为10%-15%,直径分布在0.8-1.5mm之间。
(3)微气泡对煤粉的耦合作用为小气泡与聚集气泡对煤粉的捕获效应、柱塞气泡对煤粉的沉积的促进作用、小气泡横向迁移形成聚合气泡;三种耦合作用对煤粉在支撑裂缝内的运移、堵塞有直观影响。
(4)微气泡与煤粉的综合堵塞模式分为柱塞堵塞、耦合堵塞、沉积堵塞。三种堵塞模式会流量、含气饱和度、粉砂比的不同而发生转化与转移。
(5)研究区粉砂比为22%,排采前期控制井底流速为1.74cm/min即可最大程度减小扰动支撑裂缝中的煤粉。在排采中期及主要产气期控制井底流速为3.18cm/min即可达到最大导流能力。
(6)天然裂缝与支撑裂缝由于在尺寸与形态上的不同导致在微气泡自身对渗透率的影响、微气泡对裂缝内煤粉的运移堵塞影响、煤粉的产出机理、临界含气饱和度四方面都有所不同。
这些认识为进一步的认识研究区煤粉堵塞及运移机理提供了依据。