五里堠井田煤层气井单相水流阶段合理降幅的确定

为了确定煤层气井单相水流阶段的合理降幅,最大化地保证煤层气井的水压传播距离,以五里堠井田煤层气井为研究对象,对研究区地下水势进行计算,拟合得出地下水势与平均日产水量的关系;以研究区地下水势平均值为界限,将研究区地下水势分为高地下水势和低地下水势,分析了高地下水势区、低地下水势区煤层气井产水特征差异。基于地下水势、地层供液指数、单相水流阶段压裂液量返排率的关系,建立了单相水流阶段合理降幅数学模型,研究区排采数据验证了模型的准确性。在此基础上,根据研究区地下水势差异性,预测了相应的单相水流阶段合理降幅范围。研究结果表明:研究区地下水势与平均日产水量为正相关关系,不同水势区煤层气井产水特征差异明显,其中,高地下水势区煤层气井排采初期日产水量增长迅速,排采中后期日产水量衰减明显;低地下水势区煤层气井排采初期日产水量增长较慢,排采中后期日产水量无明显变化。单相水流阶段,随着地下水势的增加,地层供液指数、压裂液返排率也随之增大;不同地下水势区域,单相流阶段合理降幅范围不同。研究区东北部及中部,单相水流阶段合理降幅范围为0.018~0.024 MPa/d;研究区西北部、南部,单相水流阶段合理降幅范围为0.007~0.017 MPa/d。该研究成果为未投产区及相似地质条件下煤层气井单相水流阶段排采制度的制定提供了借鉴与指导。

单相水流阶段煤层裂缝中沉积煤粉的起动

煤粉属于黏性颗粒,颗粒间的黏结力是影响煤粉起动的一个重要作用力,尤其在微小颗粒中黏结力的作用表现得更加明显。然而,目前学者们在研究煤粉受力时,却忽视了黏结力的影响。在考虑煤粉颗粒黏结力影响的基础上,运用水动力学理论,建立了单相水流阶段煤层裂缝中沉积煤粉起动的力学模型,得到了起动速度随着粒径的变大,表现出先减小后增大的结论。实例分析表明,当流速控制在某个合理范围内时,可以使一定粒径的沉积煤粉起动,并能顺畅通过渗流通道。

单相水流诱发裂缝内煤粉启动机理与防控对策

煤层气井排水阶段是产煤粉的关键时期,煤粉运移不但会降低煤层渗透率,而且还会堵塞井筒和损坏设备。基于水动力学原理、扩展DLVO理论和JKR接触理论,开展了单相水流阶段裂缝面黏附煤粉的受力分析,建立了以"压力梯度"为判决条件的煤粉启动力学模型,分析了颗粒尺寸、颗粒类型、裂缝缝宽和离子强度对煤粉启动的影响,并围绕"适度出煤粉"和"阻止煤粉运移"两大思路提出了相应的防控对策。结果表明:煤粉启动压力梯度随着粒径的增加,先减小、后增大;裂缝缝宽越大,煤粉启动压力梯度越小;在不利化学黏附条件下有机质颗粒的启动压力梯度小于黏土矿物微粒,但在有利条件下却大于黏土矿物微粒;有利条件下的煤粉启动压力梯度远大于不利条件下的启动压力梯度。基于"适度出煤粉理论"设计煤层合理压力梯度区间时,应以优先改善最大缝宽裂缝的渗透性为原则,向煤层中注入煤粉稳定剂可提高煤粉-裂缝面间的黏附力,从而有效阻止煤粉运移。

单相水流阶段煤层气井的合理排采强度

煤粉是影响煤层渗透率的一个关键因素。通过跟踪监测11口生产井的煤粉,发现单相水流阶段煤粉最多,研究如何控制煤粉并确定单相水流阶段的合理排采强度是保证煤层气井顺利生产的关键。基于经济效益和现场排采数据,提出了经济排采强度和临界排采强度的求取思路,结合两者确定了单相水流阶段合理排采强度。采用合理排采强度排采不但有利于保护储层,还可以提高气井采收率,对煤层气田的现场生产具有一定的指导作用。

单相水流阶段煤储层动水孔隙度变化规律

查明煤层气井排采过程中动水孔隙度的变化规律能为产水量准确预测、排采工作制度合理制定提供依据。借助复变函数理论和弹塑性力学理论,构建了原始状态不同裂隙展布下储层应力分布的数理模型;结合损伤理论、有效应力原理以及结构变形理论,构建了排采过程中应力与结构的损伤动态演化模型;基于水运移平衡条件以及储层孔裂隙展布规律,耦合应力、结构变形损伤作用,构建了单相水流阶段动水孔隙度的数理模型。以沁水盆地樊庄区块为例,计算得出:当裂隙宽度为0.1μm左右时,裂隙周围应力、结构损伤加剧,相关研究佐证了这一结论。随着排采的进行,储层压力的降低,动水孔隙度呈指数形式减小并最终趋于稳定。随孔隙度的增大呈线性增大;随尺寸较小的裂隙比例增大呈线性降低。

团聚型压裂液对煤粉运移的影响及作用机理

排采过程中,煤粉随着运载流体在支撑裂缝中运移,容易导致裂隙堵塞,造成煤储层渗透率和支撑裂缝导流能力的降低,为探究团聚型压裂液性质对煤粉运移产生的影响及作用机理,选取准南煤田乌鲁木齐河东矿区煤样为研究对象,以蒸馏水、活性水压裂液(1.5%KCl)、团聚型压裂液(1.5%KCl+0.05%AN)为运载流体,通过单相流驱替状态下煤粉产出物理模拟实验,获取驱替流速为100、200、300 mL/min时的煤粉产出量和支撑裂缝导流能力伤害率,结果表明:气体驱替流速为100 mL/min时3种运载流体煤粉累计产出量均呈现线性增长趋势,支撑裂缝的导流能力伤害率变化范围较小(0.6%~8.1%);气体驱替流速为200 mL/min时,随着支撑裂缝中煤粉沉积,运移通道缩小,各运载流体出粉量先达到最大值随后减少,团聚型压裂液裂缝导流能力伤害率较小,其导流能力伤害率累计值分别与蒸馏水和活性水压裂液导流能力伤害率相差分别达到24.4%和3.1%;气体驱替流速为300 mL/min时:煤粉出粉量达到最大值的时间提前,运载流体为团聚型压裂液支撑裂缝导流能力伤害率最小,其导流能力伤害率累计值与蒸馏水和活性水压裂液导流能力伤害率相差分别达到64.8%和14.9%。因此驱替流速较低时,煤粉产出量较少且导流能力伤害率较低。结合静置沉降实验和直剪实验,揭示了团聚型压裂液对煤粉运移的作用机理:煤粉运移过程中团聚型压裂液能够通过表面活性剂的亲水基和亲油基改变溶液与煤粉界面状态,增强煤粉润湿性,使煤粉颗粒在运移过程中聚集沉降;通过增加其液桥力使黏聚力增大,抑制沉降的煤粉发生相对移动,从而减少悬浮煤粉颗粒的数量,有效降低煤粉产出量和支撑裂缝导流能力伤害率,进而减少卡钻、修井的发生概率,实现对煤粉的有效防控。