煤层气井压裂后煤粉的运移规律研究

发布时间：2017-10-24 14:04

  本文关键词：煤层气井压裂后煤粉的运移规律研究

  更多相关文章： 煤层气 支撑裂缝 多孔介质 煤粉伤害 Fluent模拟

【摘要】：我国煤层气资源量丰富,地质资源量位居世界第三。目前,煤层气将有望成为“十三五”期间非常规天然气资源开发的重要阵地,开发利用前景广阔。由于其独特的赋存状态与储层物性,煤层气开发难度大。通过水力压裂建立有效裂缝网络是煤层气开发的关键。但是在压裂后煤层气井开采实践中,由于煤粉造成的储层有效裂缝伤害以及卡泵、埋泵甚至危害技术管线致使煤层气开采效率低下和成本提升这一问题不容回避。鉴于此,本文针对煤粉在支撑裂缝中的运移与伤害规律进行研究,结合现场实际,选用计算流体力学领域软件FLUENT对排水阶段的全尺寸、局部分支支撑裂缝煤粉运移伤害进行仿真模拟研究,从而对现场防煤粉实践进行指导。(1)从沁水盆地煤岩的物理特征出发,分析煤岩岩石孔隙度、渗透率、力学特征、割理等物理性质与煤粉产出特征分析,研究分析煤粉产生机理：煤粉是地质与工程诱因共同作用的结果,粒径分布范围较广,且存在间歇煤粉产出的特征。煤粉以无机矿物为主,主要是以高岭石和伊利石为主的黏土矿物。(2)从现场监测数据入手,分析煤岩支撑裂缝特征及煤粉对支撑裂缝的伤害机理可知：煤层气井压裂形成的裂缝多呈现非对称分布的分支网状裂缝形态。支撑剂粒径越大,可排出的煤粉颗粒粒径的范围也更广,煤粉颗粒更容易排出；煤粉随地层流体进入支撑裂缝后,可能发生吸附聚集、小孔喉处架桥堵塞,这是支撑裂缝充填层孔隙度和渗透率伤害的主要原因。(3)利用ANSYS ICEM软件分别建立单条支撑裂缝全域模型与局部分支裂缝模型,根据现场约束条件,利用FLUENT软件进行不同条件下的支撑裂缝煤粉伤害计算。分析模拟结果,取得以下认识：①支撑裂缝截面明显分为煤粉运移区、煤粉沉积区以及煤粉空置区,支撑剂粒径越小,沉积区、空置区面积越小。煤粉随流体运移,煤粉体积分数沿运移方向上逐渐增加；②煤粉对主裂缝的伤害程度大于分支裂缝。同时,当大量煤粉滞留在支撑裂缝中时,不管是单缝还是分支缝,两相流对煤粉伤害有一定的解除作用,但是程度有限。支撑剂粒径越小,两相流的煤粉粒径越大,入口煤粉浓度越高,影响范围增加越慢,排出煤粉所需时间更长；③孔隙度伤害率与渗透率伤害率均随裂缝分支数量的增加而增加,随着入口煤粉处的浓度的增加而增加,随煤粉粒径的减小(80目减少至140目)而减少,以及随着支撑剂粒径的减小而增加。其中,“分支数量”对孔隙度伤害率影响程度最大的,“支撑剂粒径”对渗透率伤害率影响程度最大。(4)针对煤粉对不同裂缝的伤害特征,建议在压裂或者返排过程中添加煤粉分散剂、选用20/40目支撑剂作为压裂的主体支撑剂并压裂前端泵入一定量的小粒径支撑剂,以控制煤层深部煤粉颗粒进入主支撑裂缝、避免压裂连通储层中的软煤层等措施减少煤粉对支撑裂缝的伤害。
【关键词】：煤层气 支撑裂缝 多孔介质 煤粉伤害 Fluent模拟
【学位授予单位】：西南石油大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TE357.12
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 第1章 绪论8-15
• 1.1 研究目的及意义8-9
• 1.2 国内外研究现状9-13
• 1.2.1 煤层气开发技术现状9-10
• 1.2.2 多孔介质微粒运移研究10-11
• 1.2.3 防煤粉工艺研究现状11-13
• 1.3 本文技术路线图13
• 1.4 本文主要研究内容13-15
• 第2章 压裂煤层煤粉产出的力学机理15-29
• 2.1 煤粉产出一般特征15-18
• 2.1.1 煤粉的浓度与粒径16-17
• 2.1.2 煤粉组分17-18
• 2.2 煤粉产生力学机理18-29
• 2.2.1 煤岩性质概述18-23
• 2.2.2 煤岩破坏及煤粉形成机理23-25
• 2.2.3 煤粉的运移启动机理25-29
• 第3章 煤粉对支撑裂缝伤害的表征方法29-40
• 3.1 煤岩水力压裂裂缝一般特征29-35
• 3.1.1 煤岩产气通道形成29-30
• 3.1.2 煤岩水力裂缝的扩展30-33
• 3.1.3 煤岩水力裂缝形态特征33-35
• 3.2 煤粉对支撑裂缝伤害的数学表征35-40
• 3.2.1 煤粉对支撑裂缝伤害机理35-36
• 3.2.2 煤粉排出粒径分析36-37
• 3.2.3 煤粉伤害后支撑裂缝的孔渗模型37-40
• 第4章 煤粉在支撑裂缝中运移的模拟研究40-77
• 4.1 模拟方案设计40-44
• 4.1.1 CFD概述及FLUENT软件40-41
• 4.1.2 模拟方案正交设计41-44
• 4.2 单支撑裂缝煤粉运移模拟研究44-59
• 4.2.1 模型建立与网格划分44-46
• 4.2.2 模型求解过程46-48
• 4.2.3 煤粉运移及其对支撑裂缝的孔渗伤害48-59
• 4.3 分支裂缝煤粉运移模拟研究59-72
• 4.3.1 模型建立与网格划分60-61
• 4.3.2 模型求解过程61-62
• 4.3.3 煤粉运移及其对支撑裂缝的孔渗伤害62-72
• 4.4 煤粉伤害正交模拟实验结果分析72-77
• 4.4.1 孔隙度伤害率73-74
• 4.4.2 渗透率伤害率74-75
• 4.4.3 降低煤粉对支撑裂缝伤害的措施推荐75-77
• 第5章 结论及建议77-79
• 致谢79-80
• 参考文献80-85
• 攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果85

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