摘要

在煤層氣鉆井及煤層壓裂改造過程中會產生大量煤粉，煤粉沉降會堵塞煤巖地層裂縫和割理，嚴重影響煤層氣井的產能。為了解決此難題，針對韓城區(qū)塊研發(fā)了煤粉懸浮劑FYXF-3，并對其進行了室內評價和現(xiàn)場煤層氣壓裂方案設計。實驗結果表明，濃度不小于0.3%的煤粉懸浮劑溶液可以穩(wěn)定懸浮裂縫和井筒中的煤粉，使煤粉隨排采液一同流出到地面;同時可以降低液體表面張力，增加液體排采效率，使其對地層的傷害程度小于常規(guī)活性水壓裂液。在此基礎上，根據(jù)韓城區(qū)塊煤巖特性，設計了現(xiàn)場煤層氣壓裂改造實施方案，并進行了現(xiàn)場應用，取得了預期效果。

在煤層氣鉆井和壓裂改造過程中，因煤層較脆易碎、易坍塌，鉆具的機械破壞，壓裂液和支撐劑的注入等原因，會產生大量煤粉。煤粉會引發(fā)諸多問題，如煤粉堵塞泵吸入口，降低水泵功效;煤粉進入泵中，導致頻繁檢泵;煤粉在煤層下部井筒堆積，造成埋泵現(xiàn)象3;煤粉阻塞裂縫和割理，造成裂縫閉合，導致煤層滲透率下降。關于防止或處理煤粉堵塞的研究主要有以下幾個方面:防砂尾管能減少卡泵事故;三棱鉆桿鉆進技術有利于大量煤粉排出;壓裂中小粒徑支撐劑有助于煤粉排出。針對韓城煤層氣區(qū)塊，結合非離子表面活性劑與煤巖的潤濕及吸附機理，研制出一種煤粉懸浮劑(FYXF-3)。該煤粉懸浮劑使煤粉表面潤濕性由疏水性轉變?yōu)橥耆H水性，使煤粉迅速分散均勻，具有穩(wěn)定的煤粉懸浮性能。煤粉懸浮劑FYXF-3能使煤粉在活性水中形成懸浮狀態(tài)，增加其流動性能，這樣阻塞煤層縫隙及堆積井筒底部的煤粉更易被活性水沖出，從而實現(xiàn)解堵。對FYXF-3煤粉懸浮劑進行了評價，并設計了其在煤層氣壓裂改造現(xiàn)場的實施方案。

實驗方法

1.懸浮煤粉性能:選取粒徑大于0.90mm、0.45~0.90mm、0.28~0.45mm、0.18~0.28mm的4組韓城區(qū)塊煤粉;每組分別加入0、0.2%、0.3%、0.5%、0.8%煤粉懸浮劑FYXF-3;將活性水壓裂液以100mL的量裝入20支100mL量筒中;每個量筒中加入5g煤粉;利用相機記錄60s、30h后煤粉懸浮沉降的現(xiàn)象。

2.模擬攜帶裂縫中煤粉的性能:配制清水、清水+0.5%FYXF-3、清水+1.0%FYXF-3溶液;將韓城煤粉(粒徑為0.18~0.28mm)和石英砂(粒徑為0.45~0.90mm)以5:95、10:90、20:80的比例混合，按比例分3組，每組填充人3個特制有機玻璃透明管中;將特制有機玻璃透明管水平放置;每組用泵以1 mL/min的速率從透明管的一端分別注入3種溶液;在另一端接收流出的液體，記錄出液時間及出液30 min后所攜帶出的煤粉質量;實驗結束后，利用相機觀察記錄管內現(xiàn)象，對比各種溶液的攜帶煤粉的效果。

3.模擬攜帶井筒中煤粉性能:配制清水、0.5%FYXF-3溶液;將用待測液體潤濕過的1.5g韓XF-3城煤粉(粒徑為0.18~0.28mm)裝入2個特制有機玻璃管中;將特制有機玻璃管垂直放置，并裝滿相同液體;用泵從底部以1mL/min的速率分別注入2種液體;從上端出口處接收排出液體，并稱量1h內所攜帶出的煤粉質量;利用相機觀察記錄并對比其攜帶煤粉的效果。

4.潤濕吸附性能:利用芬蘭Kibron全自動表面張力儀Delta-8測定煤粉與液體(清水+FYXF-3溶液)之間的表面張力。利用OCA20接觸角測量儀測定韓城煤粉的吸附量;測定韓城煤粉的接觸角。

5.傷害性:制造多塊人工煤心;選出清水初始滲透率接近的人工煤心6塊，在流動實驗設備的條件下，分別注入常規(guī)活性水、0.3%FYXF-3溶液、0.5%FYXF-3溶液3種，每種溶液用2塊韓城人工煤心做實驗;測定注入溶液后的滲透率，計算傷害率。