高煤階煤層氣井煤粉產(chǎn)出對滲透率影響研究

第8卷第6期中國煤層氣Vol. 8 No 60ll年12月CHINA COALBED METHANEDecember 2011高煤階煤層氣井煤粉產(chǎn)出對滲透率影響研究白建梅孫玉英李薇崔金榜周燦華北油田公司采油工藝研究院,河北062552)摘要:高煤階煤層氣井在鉆井、開(kāi)采過(guò)程中由于機械碰撞、氣液沖刷、壓力波動(dòng)等外力作用不可避免的會(huì )產(chǎn)生煤粉,煤粉的產(chǎn)出一方面有利于形成氣液產(chǎn)出通道,但另一方面如果過(guò)快、過(guò)多的產(chǎn)出使氣水流動(dòng)出現障礙,引起產(chǎn)氣量下降,同時(shí)頻繁的檢泵作業(yè)導致氣井的解吸-吸附過(guò)程交錯進(jìn)行,嚴重影響了氣井的正常生產(chǎn);本文通過(guò)煤粉產(chǎn)出與滲透率的關(guān)系、排采速度對煤粉產(chǎn)出的影響等室內模擬實(shí)驗,論證了高煤階煤層氣井煤粉產(chǎn)出控制的重要性。關(guān)鍵詞:高煤階煤粉產(chǎn)出控制Study of the Impact of Coal Dust Yield on Permeability Rate in HighRank CBm WellBai Jianmei, Sun Yuying, Li Wei, Cui Jinpang, Zhou CanPetroleum Recovery Technology Research Institute, North China Oil field Company, Hebei 062552)Abstract: High rank of CBM well will inevitably produce coal dusts in the process of well boring, gas extrac-tion due to external forces, like mechanical collision, gas and fluid flushing, fluctuation of pressure, etc. Ocurrence of cuttings on one hand, is favorable to formation of passages for the yielded gas and fluid, one theother hand, too many dusts become obstacles to gas and water flow, resulting in drop of production, and alternate desorption and absorption due to frequent repair of pump. All these affected seriously normal operation ofgas well. The paper discusses the importance of controlling formation of fine coal in high rank CBM well, bymaking laboratory tests to understand the relationship between yield of coal dusts and permeability rate as wellas the influence of gas extraction rate on yield of coal fines, etcKeywords: High coal rank; yield of coal dusts; control煤巖是一種抗壓和抗拉強度較低的脆弱介質(zhì),驗,煤粉產(chǎn)出呈現出一些基本規律在鉆井、開(kāi)采過(guò)程中煤巖由于受到較大的壓力波①動(dòng)液面初次降至煤層附近時(shí),可能出現一個(gè)動(dòng)、水力沖擊震動(dòng),液柱的機械碰撞等外力作用容煤粉相對高發(fā)期,統計結果顯示,該階段煤粉爆發(fā)易使煤巖結構破壞,可能導致井壁坍塌,堵塞煤巖的幾率較排采的其他時(shí)間段高出50%以上;裂縫等不利煤層氣開(kāi)采的后果。②煤粉產(chǎn)出與降液速率密切相關(guān).排液工作制根據沁水盆地南部樊莊區塊煤層氣排采實(shí)踐經(jīng)度過(guò)強』V凵中國煤化工煤粉產(chǎn)出幾率大幅CNMHG基金項目“國家科技重大專(zhuān)項項目”資助。作者簡(jiǎn)介白建梅,高級工程師,200年獲中國石油大學(xué)(華東)油氣田工程碩士學(xué)位,現主要從事煤層氣開(kāi)采發(fā)研究工作。第6期高煤階煤層氣井煤粉產(chǎn)出對滲透率影響研究度增加;透率隨流速增加而升高,這可能與煤粉產(chǎn)出和有效③壓裂后未立即投入排采井,煤粉沉積事故顯應力下降有關(guān)。在沒(méi)有煤粉產(chǎn)出的F280、F57和S6著(zhù)增加,統計結果顯示,壓裂后三天未排采井,幾號煤巖心中,滲透率隨流動(dòng)速度的增大表現出下降乎都發(fā)生煤粉沉積現象。的趨勢,這種現象與煤粉的遷移有關(guān),當速度增大本文釆用從樊莊區塊煤層氣排采井采得的煤粉時(shí),割理中的微粒更容易移動(dòng),當微粒堆積在窄口樣以及該區塊的煤樣,進(jìn)行模擬實(shí)驗,研究降壓排時(shí),滲透率下降。在滲透率很低的S7號煤巖心中,水過(guò)程中煤粉的控制方法。隨流動(dòng)速度增大,滲透率升高。為了研究該煤巖心多分支水平井集鉆井、完井和增產(chǎn)措施于一中是否有微粒移動(dòng),又進(jìn)行了反向試驗,沒(méi)有出現體,是開(kāi)發(fā)煤層氣的主要手段之一,該技術(shù)可以提先增大后減小的現象,說(shuō)明在該煤巖心中沒(méi)有微粒高單井產(chǎn)量,減少占用土地;加快采氣速度;不下移動(dòng),結合煤巖應力敏感性特征,認為滲透率升高套管,便于今后的采煤,是先采氣后采煤的最佳配是由于流速增大后,孔隙壓力增大,煤巖所受有效套技術(shù),在國外煤層氣的開(kāi)發(fā)實(shí)踐中取得了很好的應力下降的原因。應用效果。國內沁水盆地華北油田自2007年12月第一口羽狀多分支水平井投產(chǎn)以來(lái),一直受煤粉卡200泵的困擾,水平井檢泵作業(yè)中99%以上為煤粉卡泵,高頻率的檢泵,不僅影響了產(chǎn)氣井的正常運行和平穩產(chǎn)氣,同時(shí)也帶來(lái)巨額的檢泵作業(yè)費用。為100此,相關(guān)技術(shù)人員專(zhuān)門(mén)對多分支水平井煤粉的成因開(kāi)展了相關(guān)的技術(shù)研究,初步查明了煤粉形成的主流量(mL/min)控因素。圖11煤心流速與滲透率關(guān)系曲線(xiàn)1煤粉遷移對滲透率的影響選擇裂縫割理發(fā)育的煤巖,鉆成25mm直徑的100巖心,將鉆切后的小巖心稱(chēng)重后飽和煤層水(室內配置的模擬煤層水,水的PH值為8.5),稱(chēng)取飽和水后的重量。將飽和水后的煤巖心裝入巖心夾持器,接好實(shí)驗流程(流程圖見(jiàn)圖1);加圍壓,保1持環(huán)壓值大于巖心夾持器進(jìn)口壓力20MPa。將煤流量(mL/min)層水在一定的流速下注入煤巖心,待壓力穩定后測圖22*煤心流速與滲透率關(guān)系曲線(xiàn)定在此速度下的壓差值,計算該流速時(shí)的滲透率。從所有曲線(xiàn)的趨勢中可以看出,無(wú)論縫寬、粒在測定壓力的同時(shí)收集煤巖心出口端流出液,流出度如何改變,在煤粉運移時(shí)煤巖的滲透率都隨流速液經(jīng)透明軟管流入放有濾膜的玻璃漏斗,并觀(guān)察出的增大而下降,滲透率損害率升高。以F和B2號口端是否有煤粉產(chǎn)出。實(shí)驗速度由小到大分別為煤巖心為例,同樣縫寬為38m,分別以0.m/mn0.1ml/min、0.25mL/min、0.5m/min、0.75mL/和1.5mL/min的流動(dòng)速度將含有相同粒徑、相同固min、1.0mL/mn、1.5mL/min、2.0mL/min、30mL/相含量的煤層水注人煤巖心(顆粒直徑為545m,min、4.0mU/min、5:0mL/min、6.0mL/min。實(shí)驗結固相含量為3mg/L),同樣注入75倍孔隙體積的束后繪制速度和滲透率關(guān)系曲線(xiàn)。液體時(shí),F1號煤巖心滲透率損害率為19.38%,而流速與煤巖心滲透率的關(guān)系見(jiàn)圖1、2。從實(shí)P2號煤巖心滲透率損害率為2.55%,相差驗數據可以看出,五塊煤巖心中只有FO號煤巖心10.17%。當注入75倍孔體積的液體時(shí),F1號煤在流動(dòng)的初始階段有煤粉顆粒產(chǎn)出,其余四塊煤巖若心滲透率損害中國煤化工巖心滲透心未見(jiàn)產(chǎn)出煤粉。對比流速與煤巖心滲透率的關(guān)系率損害率為29CNMHG150倍孔曲線(xiàn)可以看出,F6O號煤巖心在流動(dòng)的初始階段滲隙體積的液體時(shí),F1號煤巖心滲透率損害率為20中國煤層氣第6期19.38%,而F2號煤巖心滲透率損害率為34.%6%,60相差15.58%。由此可見(jiàn),在煤粉遷移的過(guò)程中煤粉在裂縫割理中逐漸沉積,使得裂縫寬度變窄,滲透率下降。流速增大使得煤粉易發(fā)生遷移,更多的煤粉進(jìn)入裂縫系統,堵塞流動(dòng)通道,造成滲透率0.51.01.52.02.53.0傷害流量裂縫寬度、顆粒尺寸對煤粉運移過(guò)程中的滲透75倍孔隙體積一150倍孔隙體積亠300倍孔隙體積率傷害也有一定的影響。從圖3、4中可以看出,圖5相同裂縫寬度、相同顆粒直徑時(shí)不同當縫寬為38m時(shí),顆粒越細,滲透率傷害越嚴時(shí)滲透率傷害率與流速的關(guān)系重,出口端煤粉含量越大。這是由于,裂縫越寬,顆粒越細,越容易進(jìn)入裂縫并發(fā)生堵塞。哥將哥微幾0.51.01.52.02.53.0流量(mL/min)75倍孔隙體積150倍孔隙體積士300倍孔隙體積0.51.01.52.02.53.0流量(mL/min)顆粒直徑=5.45m6相同裂縫寬度、相注入體積滲透率顆粒直徑=10m傷害率與流速的關(guān)系以上實(shí)驗結果表明,較低的排采速度叮以降低圖3相同裂縫寬度、不同顆粒直徑滲透率傷害率與流速的關(guān)系煤粉對煤層滲透率的傷害,有利于煤層氣長(cháng)久開(kāi)釆。當裂縫寬度較大時(shí),滲透率傷害相對較小且出120粉量在低流速下較少,因此應在盡量滿(mǎn)足生產(chǎn)要求的條件下,努力擴大裂縫寬度,控制排采速度3優(yōu)化排液工作制度防止應力突變產(chǎn)生煤粉研究0.51.01.52.02.53.0流量(mL/m現場(chǎng)生產(chǎn)資料顯示,排液工作制度過(guò)強,動(dòng)液縫寬=38m縫寬=23um縫寬=13面下降速率過(guò)快,煤粉產(chǎn)出幾率大幅度增加。為了了解煤粉產(chǎn)出與速度改變的關(guān)系,設計了室內巖心圖4相同顆粒直徑、不同裂縫寬度流動(dòng)實(shí)驗,分別研究速度逐漸升高和突然升高兩種滲透率傷害率與流速的關(guān)系條件下煤粉的產(chǎn)出情況。流動(dòng)速度分別為第一組2不同排水階段煤粉遷移與滲透率的關(guān)系0.05mL/min、0.lmL/min、0.25mL/min、0.5mLin,第二組0.5mL/min。實(shí)驗方法是,將長(cháng)度為圖5、圖6反映了不同排水階段煤粉遷移時(shí)滲1.5cm,中間有裂縫的煤巖心用膠帶纏好圓柱面,透率的傷害率。在相同裂縫寬度、相同顆粒直徑并延長(cháng)至圓柱面外2cm,將煤粉填至延長(cháng)的部分下,隨著(zhù)注人體積的增加,滲透率傷害更加嚴重。并壓實(shí)。制作好的巖心一端是有裂縫的煤巖,在裂在排水的初始階段,隨著(zhù)注入體積的增加,滲透率縫的后端是壓實(shí)的煤粉。將制作好的煤巖心裝人巖傷害率非常大,但是排出一定體積之后,再注入流心夾持器,加圍壓,采用第一組速度,將煤層水在體滲透率下降速度減慢,表明煤巖滲透率傷害主要中國煤化工在出口端收集流發(fā)生在煤粉運移的初始階段,因此在降壓排采過(guò)程出液CN MH GOmL后改變速度為初期,就應當嚴格控制煤粉。0.lmL/min,繼續注入20mL液體,一直將速度增第6期高煤階煤層氣井煤粉產(chǎn)出對滲透率影響研究加到0.5mL/min,測定總的出粉量;另一塊巖心采狀及發(fā)展趨勢[J].鉆采工藝,2004,27(2):43用第二組速度,將煤層水在0.5mL/min的速度下注46.入巖心,注入總體積與第一組速度注入的總體積相〖3]黃洪春,萬(wàn)玉金.煤層氣定向羽狀水平井鉆井技術(shù)同。實(shí)驗結果見(jiàn)表1。研究[J].天然氣工業(yè),2004,24(5):33-37表1煤粉產(chǎn)出實(shí)驗數據表[4]黃景城,臨永洲,張勝利,等.煤層氣譯文集.河南:河南科學(xué)技術(shù)出版社,1990:20-24裂縫流量組合滲透率總出口端51熊友明,童敏,煤層氣井完井方式的選擇[巖心號寬度(mL/min)油鉆采技術(shù),1996,24(6):45-48(%)(mg/L)[6]鮮保安,王一兵,王憲花,等.多分支水平井在煤F3834.280-0.050.10.25-0.546.21158層氣開(kāi)發(fā)中的控制因素及增產(chǎn)機理分析[J].中國F3935980-05-0-0.5→0-0.5593226.02煤層氣[J],2005,2(1):14-17表1中實(shí)驗數據顯示,排液速度突然提升與緩[7]高德利,鮮保安,煤層氣多分支井身結構設計模型慢上升所產(chǎn)出的煤粉量相差很大,緩慢提高速度可研究[C].第六屆全國石油鉆井院所長(cháng)論文集:138控制煤粉產(chǎn)出。另外在反復停產(chǎn)、生產(chǎn)的激動(dòng)條件[8]馬永峰,美國西部盆地煤層氣鉆井和完井技術(shù)[下產(chǎn)出的煤粉更多。石油鉆采工藝,2003,25(4):34-374結論[9]馮英、郭建峰,郭良棟,等.煤層甲烷氣鉆井技術(shù)探討[J.探礦工程,2003,16(3):44-46.較低的排采速度可以降低煤粉對煤層滲透率的[10]段明星.煤層氣井空氣動(dòng)力洞穴完井力學(xué)機理研究傷害,有利于煤層氣長(cháng)久開(kāi)采控制排采速度、控制C].2008年煤層氣學(xué)術(shù)研討會(huì )論文集,281-285井底壓力可以控制煤粉產(chǎn)出而且排采過(guò)程要盡量避11張志剛,崔立平煤層氣井裸眼洞穴完井工藝技術(shù)免反復停產(chǎn)、生產(chǎn)等激動(dòng)條件的產(chǎn)生。與實(shí)踐[J].斷塊油氣田,2003,6(6):63-67[12]馬東民.煤層氣井釆氣機理分析[].西安科技學(xué)參考文獻院學(xué)報,2003,23(2):156-159[1]趙慶波,李安啟,李貴中,等.沁水煤層氣田樊莊[13]孫平,李安啟,王一兵,等.沁水煤層氣田開(kāi)發(fā)技區塊新增煤層氣探明儲量報告石油勘探開(kāi)發(fā)科學(xué)術(shù)及應用效果[門(mén)].天然氣工業(yè),2008,28(3):研究院廊坊分院煤層氣項目經(jīng)理部:2008:23-24[2]江山,王新海定向羽狀分支水平井開(kāi)發(fā)煤層氣現(責任編輯桑逢云)(上接第45頁(yè))定可靠,使用壽命長(cháng),并可重復使用,降低施工成⑩起出鉆具和造穴工具,復合造穴成功。本。(3)應用效果(3)現場(chǎng)應用表明,復合造穴技術(shù)具有造穴效該井成功實(shí)施了SL145水力射流+zXQ145-率高、安全性高、現場(chǎng)操作簡(jiǎn)單等特點(diǎn),能夠滿(mǎn)足1000機械工具組成的復合造穴技術(shù),洞穴高度達各類(lèi)煤層氣井造洞穴的要求,為煤層氣的高效開(kāi)發(fā)到5米,造穴效率明顯提高。奠定了技術(shù)基礎。7結論參考文獻(1)復合造穴技術(shù)是一種有效的煤層氣井裸眼[1]鄭毅.黃洪春.中國煤層氣鉆井完井技術(shù)發(fā)展現狀洞穴造穴技術(shù),既能可靠地保證煤層氣井對洞穴的及發(fā)展方向.石油學(xué)報,2002,3(23):81~85規則性及尺寸要求,又能夠保證造穴施工的快速、[2]石連臣·對煤層氣井施工技術(shù)的認識,探礦工程,安全。中國煤化工(2)從水力射流造穴工具以及機械造穴工具的3]馬永峰.美CNMHG技術(shù),石現場(chǎng)使用可以看出,所自主研發(fā)的造穴工具性能穩油鉆采工藝(責任編輯劉馨)