高煤阶煤层气井煤粉产出对渗透率影响研究

第8卷第6期中国煤层气Vol. 8 No 60ll年12月CHINA COALBED METHANEDecember 2011高煤阶煤层气井煤粉产出对渗透率影响研究白建梅孙玉英李薇崔金榜周灿华北油田公司采油工艺研究院,河北062552)摘要:高煤阶煤层气井在钻井、开采过程中由于机械碰撞、气液冲刷、压力波动等外力作用不可避免的会产生煤粉,煤粉的产出一方面有利于形成气液产出通道,但另一方面如果过快、过多的产出使气水流动出现障碍,引起产气量下降,同时频繁的检泵作业导致气井的解吸-吸附过程交错进行,严重影响了气井的正常生产;本文通过煤粉产出与渗透率的关系、排采速度对煤粉产出的影响等室内模拟实验,论证了高煤阶煤层气井煤粉产出控制的重要性。关键词:高煤阶煤粉产出控制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煤岩是一种抗压和抗拉强度较低的脆弱介质,验,煤粉产出呈现出一些基本规律在钻井、开采过程中煤岩由于受到较大的压力波①动液面初次降至煤层附近时,可能出现一个动、水力冲击震动,液柱的机械碰撞等外力作用容煤粉相对高发期,统计结果显示,该阶段煤粉爆发易使煤岩结构破坏,可能导致井壁坍塌,堵塞煤岩的几率较排采的其他时间段高出50%以上;裂缝等不利煤层气开采的后果。②煤粉产出与降液速率密切相关.排液工作制根据沁水盆地南部樊庄区块煤层气排采实践经度过强』V凵中国煤化工煤粉产出几率大幅CNMHG基金项目“国家科技重大专项项目”资助。作者简介白建梅,高级工程师,200年获中国石油大学(华东)油气田工程硕士学位,现主要从事煤层气开采发研究工作。第6期高煤阶煤层气井煤粉产出对渗透率影响研究度增加;透率随流速增加而升高,这可能与煤粉产出和有效③压裂后未立即投入排采井,煤粉沉积事故显应力下降有关。在没有煤粉产出的F280、F57和S6著增加,统计结果显示,压裂后三天未排采井,几号煤岩心中,渗透率随流动速度的增大表现出下降乎都发生煤粉沉积现象。的趋势,这种现象与煤粉的迁移有关,当速度增大本文釆用从樊庄区块煤层气排采井采得的煤粉时,割理中的微粒更容易移动,当微粒堆积在窄口样以及该区块的煤样,进行模拟实验,研究降压排时,渗透率下降。在渗透率很低的S7号煤岩心中,水过程中煤粉的控制方法。随流动速度增大,渗透率升高。为了研究该煤岩心多分支水平井集钻井、完井和增产措施于一中是否有微粒移动,又进行了反向试验,没有出现体,是开发煤层气的主要手段之一,该技术可以提先增大后减小的现象,说明在该煤岩心中没有微粒高单井产量,减少占用土地;加快采气速度;不下移动,结合煤岩应力敏感性特征,认为渗透率升高套管,便于今后的采煤,是先采气后采煤的最佳配是由于流速增大后,孔隙压力增大,煤岩所受有效套技术,在国外煤层气的开发实践中取得了很好的应力下降的原因。应用效果。国内沁水盆地华北油田自2007年12月第一口羽状多分支水平井投产以来,一直受煤粉卡200泵的困扰,水平井检泵作业中99%以上为煤粉卡泵,高频率的检泵,不仅影响了产气井的正常运行和平稳产气,同时也带来巨额的检泵作业费用。为100此,相关技术人员专门对多分支水平井煤粉的成因开展了相关的技术研究,初步查明了煤粉形成的主流量(mL/min)控因素。图11煤心流速与渗透率关系曲线1煤粉迁移对渗透率的影响选择裂缝割理发育的煤岩,钻成25mm直径的100岩心,将钻切后的小岩心称重后饱和煤层水(室内配置的模拟煤层水,水的PH值为8.5),称取饱和水后的重量。将饱和水后的煤岩心装入岩心夹持器,接好实验流程(流程图见图1);加围压,保1持环压值大于岩心夹持器进口压力20MPa。将煤流量(mL/min)层水在一定的流速下注入煤岩心,待压力稳定后测图22*煤心流速与渗透率关系曲线定在此速度下的压差值,计算该流速时的渗透率。从所有曲线的趋势中可以看出,无论缝宽、粒在测定压力的同时收集煤岩心出口端流出液,流出度如何改变,在煤粉运移时煤岩的渗透率都随流速液经透明软管流入放有滤膜的玻璃漏斗,并观察出的增大而下降,渗透率损害率升高。以F和B2号口端是否有煤粉产出。实验速度由小到大分别为煤岩心为例,同样缝宽为38m,分别以0.m/mn0.1ml/min、0.25mL/min、0.5m/min、0.75mL/和1.5mL/min的流动速度将含有相同粒径、相同固min、1.0mL/mn、1.5mL/min、2.0mL/min、30mL/相含量的煤层水注人煤岩心(颗粒直径为545m,min、4.0mU/min、5:0mL/min、6.0mL/min。实验结固相含量为3mg/L),同样注入75倍孔隙体积的束后绘制速度和渗透率关系曲线。液体时,F1号煤岩心渗透率损害率为19.38%,而流速与煤岩心渗透率的关系见图1、2。从实P2号煤岩心渗透率损害率为2.55%,相差验数据可以看出,五块煤岩心中只有FO号煤岩心10.17%。当注入75倍孔体积的液体时,F1号煤在流动的初始阶段有煤粉颗粒产出,其余四块煤岩若心渗透率损害中国煤化工岩心渗透心未见产出煤粉。对比流速与煤岩心渗透率的关系率损害率为29CNMHG150倍孔曲线可以看出,F6O号煤岩心在流动的初始阶段渗隙体积的液体时,F1号煤岩心渗透率损害率为20中国煤层气第6期19.38%,而F2号煤岩心渗透率损害率为34.%6%,60相差15.58%。由此可见,在煤粉迁移的过程中煤粉在裂缝割理中逐渐沉积,使得裂缝宽度变窄,渗透率下降。流速增大使得煤粉易发生迁移,更多的煤粉进入裂缝系统,堵塞流动通道,造成渗透率0.51.01.52.02.53.0伤害流量裂缝宽度、颗粒尺寸对煤粉运移过程中的渗透75倍孔隙体积一150倍孔隙体积亠300倍孔隙体积率伤害也有一定的影响。从图3、4中可以看出,图5相同裂缝宽度、相同颗粒直径时不同当缝宽为38m时,颗粒越细,渗透率伤害越严时渗透率伤害率与流速的关系重,出口端煤粉含量越大。这是由于,裂缝越宽,颗粒越细,越容易进入裂缝并发生堵塞。哥将哥微幾0.51.01.52.02.53.0流量(mL/min)75倍孔隙体积150倍孔隙体积士300倍孔隙体积0.51.01.52.02.53.0流量(mL/min)颗粒直径=5.45m6相同裂缝宽度、相注入体积渗透率颗粒直径=10m伤害率与流速的关系以上实验结果表明,较低的排采速度叮以降低图3相同裂缝宽度、不同颗粒直径渗透率伤害率与流速的关系煤粉对煤层渗透率的伤害,有利于煤层气长久开釆。当裂缝宽度较大时,渗透率伤害相对较小且出120粉量在低流速下较少,因此应在尽量满足生产要求的条件下,努力扩大裂缝宽度,控制排采速度3优化排液工作制度防止应力突变产生煤粉研究0.51.01.52.02.53.0流量(mL/m现场生产资料显示,排液工作制度过强,动液缝宽=38m缝宽=23um缝宽=13面下降速率过快,煤粉产出几率大幅度增加。为了了解煤粉产出与速度改变的关系,设计了室内岩心图4相同颗粒直径、不同裂缝宽度流动实验,分别研究速度逐渐升高和突然升高两种渗透率伤害率与流速的关系条件下煤粉的产出情况。流动速度分别为第一组2不同排水阶段煤粉迁移与渗透率的关系0.05mL/min、0.lmL/min、0.25mL/min、0.5mLin,第二组0.5mL/min。实验方法是,将长度为图5、图6反映了不同排水阶段煤粉迁移时渗1.5cm,中间有裂缝的煤岩心用胶带缠好圆柱面,透率的伤害率。在相同裂缝宽度、相同颗粒直径并延长至圆柱面外2cm,将煤粉填至延长的部分下,随着注人体积的增加,渗透率伤害更加严重。并压实。制作好的岩心一端是有裂缝的煤岩,在裂在排水的初始阶段,随着注入体积的增加,渗透率缝的后端是压实的煤粉。将制作好的煤岩心装人岩伤害率非常大,但是排出一定体积之后,再注入流心夹持器,加围压,采用第一组速度,将煤层水在体渗透率下降速度减慢,表明煤岩渗透率伤害主要中国煤化工在出口端收集流发生在煤粉运移的初始阶段,因此在降压排采过程出液CN MH GOmL后改变速度为初期,就应当严格控制煤粉。0.lmL/min,继续注入20mL液体,一直将速度增第6期高煤阶煤层气井煤粉产出对渗透率影响研究加到0.5mL/min,测定总的出粉量;另一块岩心采状及发展趋势[J].钻采工艺,2004,27(2):43用第二组速度,将煤层水在0.5mL/min的速度下注46.入岩心,注入总体积与第一组速度注入的总体积相〖3]黄洪春,万玉金.煤层气定向羽状水平井钻井技术同。实验结果见表1。研究[J].天然气工业,2004,24(5):33-37表1煤粉产出实验数据表[4]黄景城,临永洲,张胜利,等.煤层气译文集.河南:河南科学技术出版社,1990:20-24裂缝流量组合渗透率总出口端51熊友明,童敏,煤层气井完井方式的选择[岩心号宽度(mL/min)油钻采技术,1996,24(6):45-48(%)(mg/L)[6]鲜保安,王一兵,王宪花,等.多分支水平井在煤F3834.280-0.050.10.25-0.546.21158层气开发中的控制因素及增产机理分析[J].中国F3935980-05-0-0.5→0-0.5593226.02煤层气[J],2005,2(1):14-17表1中实验数据显示,排液速度突然提升与缓[7]高德利,鲜保安,煤层气多分支井身结构设计模型慢上升所产出的煤粉量相差很大,缓慢提高速度可研究[C].第六届全国石油钻井院所长论文集:138控制煤粉产出。另外在反复停产、生产的激动条件[8]马永峰,美国西部盆地煤层气钻井和完井技术[下产出的煤粉更多。石油钻采工艺,2003,25(4):34-374结论[9]冯英、郭建峰,郭良栋,等.煤层甲烷气钻井技术探讨[J.探矿工程,2003,16(3):44-46.较低的排采速度可以降低煤粉对煤层渗透率的[10]段明星.煤层气井空气动力洞穴完井力学机理研究伤害,有利于煤层气长久开采控制排采速度、控制C].2008年煤层气学术研讨会论文集,281-285井底压力可以控制煤粉产出而且排采过程要尽量避11张志刚,崔立平煤层气井裸眼洞穴完井工艺技术免反复停产、生产等激动条件的产生。与实践[J].断块油气田,2003,6(6):63-67[12]马东民.煤层气井釆气机理分析[].西安科技学参考文献院学报,2003,23(2):156-159[1]赵庆波,李安启,李贵中,等.沁水煤层气田樊庄[13]孙平,李安启,王一兵,等.沁水煤层气田开发技区块新增煤层气探明储量报告石油勘探开发科学术及应用效果[门].天然气工业,2008,28(3):研究院廊坊分院煤层气项目经理部:2008:23-24[2]江山,王新海定向羽状分支水平井开发煤层气现(责任编辑桑逢云)(上接第45页)定可靠,使用寿命长,并可重复使用,降低施工成⑩起出钻具和造穴工具,复合造穴成功。本。(3)应用效果(3)现场应用表明,复合造穴技术具有造穴效该井成功实施了SL145水力射流+zXQ145-率高、安全性高、现场操作简单等特点,能够满足1000机械工具组成的复合造穴技术,洞穴高度达各类煤层气井造洞穴的要求,为煤层气的高效开发到5米,造穴效率明显提高。奠定了技术基础。7结论参考文献(1)复合造穴技术是一种有效的煤层气井裸眼[1]郑毅.黄洪春.中国煤层气钻井完井技术发展现状洞穴造穴技术,既能可靠地保证煤层气井对洞穴的及发展方向.石油学报,2002,3(23):81~85规则性及尺寸要求,又能够保证造穴施工的快速、[2]石连臣·对煤层气井施工技术的认识,探矿工程,安全。中国煤化工(2)从水力射流造穴工具以及机械造穴工具的3]马永峰.美CNMHG技术,石现场使用可以看出,所自主研发的造穴工具性能稳油钻采工艺(责任编辑刘馨)