煤层气井产气通道内煤粉运动特征分析

基于脱落煤粉滚动启动条件和运移,建立了煤粉脱落、运移和堵塞的孔隙度和渗透率模型;分析了煤粉排出量对煤层孔隙度和渗透率的影响。依据该渗透率模型,研究煤粉适度排出理论,建立煤粉适度排出模型和携煤粉地层液速度窗口模型,使脱落的煤粉适度排出,疏通渗流通道,增加渗透率提高单井产气量。结果表明:煤粉的脱落增加了煤层的孔隙度和渗透率,而煤粉的沉积堵塞减少了煤层的孔隙度和渗透率;渗透率随煤粉的排出量的增加呈二次关系增大,煤层排出脱落煤粉可在一定程度上改善储层物性,提高煤储层的孔隙度和渗透率;采取压裂增产的煤层气井支撑剂粒径为20/40目正排列时,通过的最大煤粉粒径为0.16 mm,排液量大于13.53 m3/d有利于粒径小于0.1 mm脱落的煤粉排出,最大限度地提高煤层渗透率,增加煤层气单井产气量。

共采技术现状与在煤系气共采中的适应性分析

我国多数煤系气地区成藏致密,层间呈叠置状,单层开发难度较大且经济效益不显著,于是提出开发适用于煤系气多气共采的技术尤为必要。从共采的角度分析,共采技术分为同压力体系共采和同井筒分压力体系共采两类。对目前油气田常用的同井筒分压共采技术进行了总结和分类,分别从抽油泵、井下管柱及排采方式的不同对现有分压共采技术现状进行了归类整理,给出其特点和在煤系气开发中的适用性;并通过类比这些技术的特征并结合煤系气自身特性,得出了现有技术共采煤系气将可能出现的问题,提出了侧重构造井下压力体系及优化产物流体通道的研究方向,给出了煤系气共采技术管柱设计需要注意的问题,这对于煤系气多气共采,有所帮助。

基于煤系气双管柱分压合采技术的适用性分析

致力于开发煤系气的合采技术是国内现有非常规能源发展的重点。通过对煤系气的地质特征及合采煤系气的产出机理进行分析,采用正确的生产工艺及合理的井下管柱是实现煤系气合采作业的前提条件。通过对双管柱合采技术进行分析,针对上部为煤层,下部为高压产气层的煤系气合采环境,设计出了较为适用的煤系气合采工艺。构造出双管柱合采煤系气结构,并建立了管柱尺寸的选取模型,再通过分析计算管柱是否满足连续生产作业来判定所涉及的双管柱合采技术对于煤系气合采作业的可适用性。分析得出:双管柱合采技术可用于煤系气的合采作业,并依据地质条件,给出了不同尺寸井口条件下煤层最大产水与高压产层最大产气量的关系,对今后更深入的煤系气合采技术研究提供了一定的参考。

煤层气井射流冲煤粉装置冲击深度的研究

为确定煤层气井射流冲煤粉装置合理的结构和工作参数,实现射流冲煤粉系统的优化设计和有效运行,理论分析了冲煤粉装置工作原理和煤粉颗粒运动过程,整个井底冲煤粉射流场可分为:自由射流区、射流冲击区、漫流区、返流区、旋涡区和负压吸附区6个区域,决定煤粉是旋转上升的复杂运动状态。开展均匀设计方法的冲煤粉实验,运用二次多项式逐步回归法得出回归方程,揭示喷嘴结构参数、射流参数和煤粉特性对冲煤粉深度的互相耦合的影响关系。结果表明,对冲煤粉的深度影响程度的大小依次为:喷距、喷嘴直径、喷嘴流量和煤粉直径。进一步的单因素试验详细了解各影响因素对冲煤粉深度的影响,得出在要求不动管柱时冲煤粉深度达到500 mm的条件下,喷嘴流量不能低于15 m3/h,喷距应小于100 mm。

煤层气井气水两相流产气通道导流能力分析

为分析煤层气井产能,基于煤层气井压裂后地层液渗流和管流模型,建立了气水两相流阶段下变裂缝变流量产气通道导流能力模型,并对排采阶段影响导流能力的因素进行了分析,提出了持液率是影响气水两相流阶段导流能力的重要因素.该模型为煤层气井产能的分析提供了重要依据.当持液率等于1时,该模型为单相水流阶段导流能力模型;当持液率等于0时,该模型为单相气体流动阶段导流能力模型;当计算模型中裂缝宽度变化函数为常数时,即为恒裂缝宽度导流能力模型;分析结果表明:煤层气井在气水两相流阶段其产气通道导流能力受持液率的影响,随着持液率增加,导流能力增加;气水两相流中水所占的比例越大其导流能力越大,即单相水流阶段比单相气体流动阶段产气通道的导流能力大,一方面煤层气的解吸产出使产气通道内持液率降低,产气通道的导流能力降低;另一方面煤层气的解吸产出时煤基质收缩,产气通道增大,其导流能力增加.故煤层气定量排采中可以设计合理的产气量使产气通道达到最佳的导流能力,以优化煤层气的排采制度.

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。

深部煤层气开发管壁煤粉黏附特性

针对深煤层地温较高的特点,综合考虑井液流速、管壁粗糙度及井液温度等因素的影响,对深部煤层管壁煤粉黏附机制进行分析,推导出深部煤层气井管壁黏附煤粉最大粒径计算公式,并进行煤粉黏附旋转挂片试验,以揭示深部煤层开发管壁煤粉黏附特性。结果表明:煤粉黏附特性主要受井液流速、管壁粗糙度、温度等因素影响,在其他条件不变时,井液流速增加到1.5 m/s及以上时粒径大于20μm的煤粉颗粒不再产生黏附现象;管壁粗糙度由32μm降到16μm可以使煤粉最大黏附粒径由40μm降到20μm;温度由40℃降至20℃可以使最大黏附粒径由26μm降到20μm。由此揭示深部煤层气井煤粉黏附更为严重的原因,可以为经济有效地解决管壁煤粉黏附问题,制定合理的排采策略奠定基础。

煤层气有杆泵-速度管排采连续转换条件研究

为了解决我国煤层气井现有的单一排采工艺和设备在排采前、后期存在与产水量不配套造成的故障频发等问题,在对有杆泵与速度管排采特点分析的基础上,进行了煤层气有杆泵排采与速度管排采连续转换工艺的转换必要条件的研究。结合现场实际,提出了修正系数的概念,总结了连续转换工艺转换条件判定流程图。

一种适用于页岩油多层合采的管柱结构设计

页岩油是非常规油气中最具开发价值的油藏之一。页岩油(气)藏属于生储同层油气藏,其特征在于油藏较深,渗透率低,在一定程度上可再生。这些特征使得在开采多层页岩油的过程中出现井下空间狭小无法构造油流通道及无法合理利用页岩油的可再生性造成产油浪费等问题。本文设计的双套管结构是一种运用分时采油最终实现同井筒合采工艺的采油结构。适用于页岩油的多层合采,同时也符合常规油的多层开采需求。同时从井下压力变化、稳定性以及许用压力来分析设计井下的生产管柱结构。

长杆状蔬果分选机单果上料装置的研制

长杆状蔬果分选机工作时要求蔬果单向且单果输送,才能保证其分选效率。为此,设计了一种适合于胡萝卜、茄子等长杆状蔬果自动分级机的单果上料装置,主要由进料斗、隔板输送带、输送滚筒和调节防护装置等部分组成。本设计以胡萝卜为研究对象,通过对胡萝卜在输送带上的受力分析、隔板尺寸参数的理论推导及胡萝卜在出口的运动状态分析,合理选择了单果上料装置的结构尺寸及动力参数,以保证胡萝卜的单果上料,为其它长杆状蔬果分选机的单果装置提供依据。试验证明:单果装置单果率约为89%,计算数据与实际工作状况基本相符。

使用油管生产致密气、高产煤层气的管柱内压降计算

鄂尔多斯盆地东缘存在致密气、煤层气两气叠置发育、垂向分布特点,合采时的管柱压降计算成为影响井下两气多层合采设计的关键因素。采用油管作为合采管柱,结合喷嘴雾化特征,分析了致密气与煤层气两气合采井的压力分布规律,建立了气、水两相混合流动模型,给出了计算合采管柱内混合流压降和合采管柱携液能力计算方法。

基于气举的煤层气/致密砂岩气同井合采可行性研究

在我国鄂尔多斯盆地等地存在多个煤系气富集区,具有煤层气与致密砂岩层垂向上叠置分布的特点,但多数煤系气井单采致密砂岩气或煤层气存在资源利用率低,经济效益差,而两气合层开采可提升开发效益。针对上部高压致密砂岩气层下部低压煤层气的储层叠置关系,提出了一种气举同井合采的工艺管柱结构,基于闭式气举管柱的改进,利用上部高压致密砂岩气的能量,将下部煤层气储层的井液举升至地面,实现煤层气储层降压、解吸、产气,达到两气合采的目的。根据气举动态方程,分析煤储层不同产液量、储层深度条件下致密砂岩气的气量、压力等的关系,得出了井口油压、套管压力、气举深度、环空气量、油管直径等气举同井合采关键参数的选择依据。结合典型井例,给出了设计验证和应用的适应性条件,气举同井合采管柱适用于上部煤层气与下部致密砂岩气合层开采,为气举同井合采提供一种有效、经济的排采管柱。

抽油机井杆管环空瞬态流场煤粉颗粒排出研究

对具有周期性运动边界的抽油机井杆管环空的瞬态固液两相流问题,提出采用动网格技术处理边界和流场内部网格节点运动的方法,保证较高的网格质量作为数值求解流场的前提;建立基于动网格技术的煤粉颗粒和水的固液两相流数学模型,采用基于非结构网格的SIMPLEC算法求解非稳态流场,得到煤粉颗粒瞬态的速度和浓度分布,进而求得杆管环空煤粉的质量流量及不同工况下煤粉颗粒的排出量,并通过排煤粉试验验证了数值计算的准确性。结果表明:抽油杆的往复运动对杆管环空流场产生的扰动作用,使得相同排量不同冲程冲次的抽油机井杆管环空的煤粉排出量不同;排量越小,煤粉粒径越大,煤粉排出量的差异就越大,最大相差达29%。

煤层气排采产气通道适度携煤粉理论

考虑在煤储层中实际地层液混合流体中煤粉含量和煤粉颗粒群的悬浮分级,建立煤粉颗粒在产气通道内悬浮运移模型,给出煤粉悬浮排出的条件;打破以往以防煤粉为主的思想,基于液流携带建立煤层气排采产气通道内的适度携煤粉方法,基于液固两相流理论建立液流携带煤粉运移模型,并分析地层液参数和煤粉颗粒参数对适度携煤粉的影响。结果表明:煤粉颗粒粒径越小,地层液流速越大、黏度越大,煤粉在产气通道截面上分布越均匀,其悬浮排出能力越强,煤粉较易被地层液携带排出;煤层气井排采各个阶段(单相水流阶段、气水两相流阶段和单相气体流动阶段)地层液中气液固三相混合的比例不同导致地层液的黏度不同,造成排采过程中地层液携带煤粉的能力随着产气量的变化而变化。合理控制地层液的参数有利于煤粉适度排出,疏通产气通道增加其渗流能力,提高煤层气井产气量。

基于示功图确定煤层气井井底流压的方法

煤层气井要求稳定排水降压产气,精确获取井底流压是稳定排水降压产气的前提.介绍了基于示功图确定煤层气井井底流压的方法,这一方法通过测试煤层气井悬点示功图获得井下泵示功图,依据泵与抽油杆连接点处的受力平衡,计算得到井底流压.建立了数学模型,采用TS45-02试验井的生产参数,通过所介绍的方法得到了井底流压值.所得到的煤层气井井底流压值与实测数据吻合,验证了所介绍方法的正确性.

深部煤层气直井井筒液携煤粉颗粒特性分析

针对深部煤层气井颗粒组分复杂且地温较高的特点,基于油气井砂沉降公式引入颗粒组分占比,综合考虑颗粒组分及井液温度的影响,推导出适用于深部煤层气井垂直井筒的颗粒沉降末速计算公式.并利用液携试验台进行试验,揭示深部煤层气井垂直井筒液流携带颗粒运移特性.结果表明:煤层气井井筒中存在漂浮物形式的低密度煤质颗粒,该部分颗粒在井液流速很低时随井液排出井筒;随着井液流速增加泥质颗粒开始排出井筒,在流速达到0.05~0.06 m/s范围时,颗粒携带率达到稳定期;此后流速继续增大,较小的砂质和夹矸等颗粒随井液排出,当井液流速达到0.08 m/s时,颗粒携带率基本稳定.试验过程共出现3个稳定期,造成这种现象的原因是煤层气井煤质、泥质、砂质及不同比例混合颗粒导致颗粒组分复杂,这也正是煤层气井液携颗粒与油井携砂的主要区别.这为经济有效的解决煤层气井煤粉颗粒沉积问题、设计井筒排煤粉方案奠定了基础.