油气藏评价与开发 ›› 2020, Vol. 10 ›› Issue (4): 70-80.doi: 10.13809/j.cnki.cn32-1825/te.2020.04.011
收稿日期:
2019-12-23
发布日期:
2020-08-07
出版日期:
2020-08-26
通讯作者:
彭小龙
E-mail:2207909538@qq.com;peng_xl@126.com
作者简介:
吴昊镪(1998 —),男,在读硕士研究生,从事油藏工程基础方面的研究工作。通讯地址:四川省成都市新都区新都大道8号西南石油大学国家重点实验室B404a,邮政编码:610500。E-mail:基金资助:
WU Haoqiang(),PENG Xiaolong(),ZHU Suyang,FENG Ning
Received:
2019-12-23
Online:
2020-08-07
Published:
2020-08-26
Contact:
PENG Xiaolong
E-mail:2207909538@qq.com;peng_xl@126.com
摘要:
我国煤层气开发以高阶煤为主,高阶煤脆性较大,在钻井、压裂工程中以及排采过程中易破碎产生煤粉。生产过程中,煤粉被水流搬运从而参与流动。随着产水递减,储层中煤粉的沉降会导致流动通道的堵塞,使得煤储层的渗透率大幅度降低。当煤粉进入气井井筒后,井底的煤粉可能使泵吸入口堵塞,造成卡泵、埋泵等事故,使得气井停产修井。综述了煤层气生产过程中煤粉产生的机理、运移规律以及目前主要的控粉措施,分别论述了煤粉产生的力学模型、水动力学模型,在储层以及井筒中运移机制的研究进展,将煤粉的运移全过程总结为剥蚀产生、流化启动、悬浮运移以及沉降堵塞四个阶段。我国的煤田地质构造复杂,部分含煤盆地的后期改造作用强烈,破碎的煤体加剧了煤粉产出和运移问题,而煤层气井的控粉工艺多借鉴油藏防砂技术,尚未形成针对煤粉特点以及煤层气排采特征的煤层气井防粉控粉技术。
中图分类号:
Haoqiang WU,Xiaolong PENG,Suyang ZHU, et al. Research progress of coal fine formation, migration and control in CBM well[J]. Reservoir Evaluation and Development, 2020, 10(4): 70-80.
表1
煤粉动力学分析的模型"
模型名称 | 表达式 | 变量含义 |
---|---|---|
惯性力 | 控制悬颗粒特性的有关重要参数,颗粒概括为粒径(d),m;孔隙介质颗粒的直径(D),m; 颗粒密度(ρs),g/cm3;黏度(μ),mPa·s;对流速度(va),m/s | |
球形Stokes速度 | g为重力加速度,m2/s;ρ为携带液的密度,g/cm3 | |
离心力 | 离心力由外部加速度产生的,以角速度ω和半径R产生的 | |
布朗扩散模型 | 直径小于1 mm的小颗粒在液体介质中的布朗运动。T为绝对温度 | |
扩散力 | K=1.38×10-23为玻尔兹曼常数 | |
吸附力 | 作用在颗粒表面,其中London-Van der Waals力为引力,s为径向间隔距离除以颗粒半径 | |
双电层斥力 | 当微粒和流体吸附层内的离子具有同性的电荷时,产生斥力,k为Debye倒数双层厚度,m | |
剪切力 | 固相微粒附近的流体流过固相时对固体颗粒表面产生的剪应力 |
表2
近年来国内外煤粉运移模型研究"
研究人员 | 研究时间 | 研究内容 |
---|---|---|
HAN等 | 2015 | 将煤粉按产生过程和产生机理进行了系统分类,并进行了煤粉运移的岩心实验,用统计方法建立了煤粉流动模型 |
张芬娜等 | 2015 | 依据疏松砂岩出砂理论,对岩石在单相水流排采阶段中开展受力分析,研究了煤粉运移的启动条件 |
綦耀光等 | 2015 | 研究了煤粉沉降对煤储层渗流通道的影响,建立了煤粉沉积压裂缝物理模型和数学模型 |
徐鸿涛 | 2016 | 通过支撑剂沉降模型,描述煤粉在支撑剂孔隙中的沉降规律 |
王铭伟 | 2016 | 基于煤粉在割理中的流动实验,初步建立了描述煤粉流动的数学模型,并通过等效数值模拟研究 |
马飞英等 | 2016 | 为了对适度出粉排采策略进行探索,建立了单相水流阶段煤储层裂缝中沉积煤粉启动的力学模型 |
IGOR & NICOLAS | 2017 | 研究了煤储层渗透率的应力敏感与煤粉运移对产生动态的影响 |
ZHU等 | 2017 | 建立煤粉流动的数学模型,并通过等效数值模拟研究 |
皇凡生等 | 2017 | 推导了煤粉的启动压力梯度公式,研究了煤储层中煤粉稳定剂注入对煤粉的防控措施 |
GUO & PHUNG | 2018 | 实验研究了单相流动条件下,煤粉在岩心尺度上的运移规律 |
表3
不同排采阶段划分方法的对比"
阶段划分 名称 | 阶段划分依据 | 特征阶段 | 适用范围 | 优点 | 缺点 | |
---|---|---|---|---|---|---|
主要依据 | 辅助依据 | |||||
三段划分法 | 产气量 | 产水量 井底压力 | 定量产水段 负递减段 产气递减段 | 中高渗煤层 | 简单明了,表明了 中高渗煤层的主要排采特征 | 因素较少,指导性较差 |
四段划分法 | 产水量 井口套压 井底流压 产气量 | 解吸压力 废弃压力 | 排水段 憋压控压段 高产稳产段 衰竭段 | 中低渗煤层 | 生产特征明显,同时 具有压力和产量特征 | 划分标准不统一,压力和产量同时为划分依据, 命名不统一 |
六段划分法 | 产气量 | 产水量 井底压力 | 未见气段 见气段 产气上升段 气量稳定段 产气递减段 废弃段 | 低渗透煤层 | 划分标准简单, 能直接反映生产过程中的 产气产水状况 | 划分阶段稍复杂 |
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