煤层气水平井煤粉产生机理及控制措施

第30卷第4期 辽宁工程技术大学学报（自然科学版） 2011年8月

V ol.30 No.4 Journal

of Liaoning Technical University （Natural Science ） Aug. 2011 收稿日期：2011-02-12 网络出版时间：2011-8-26 网络出版地址：/kcms/detail/21.1379.N.20110826.1720.006.html 基金项目：国家科技重大专项基金资助项目（2009ZX05038-002，2011ZX05038-001） 作者简介：刘升贵（1978-），男，四川 宜宾人，博士后，主要从事渗流力学、煤层气开发技术等方向研究。本文编校：朱艳华

文章编号：1008-0562(2011)04-0508-05 DOI: CNKI:21-1379/N.20110826.1720.006

煤层气水平井煤粉产生机理及控制措施

刘升贵1，贺小黑2，李惠芳1

(1.中国矿业大学 力学与建筑工程学院，北京100083；2.中国科学院地质与地球物理研究所，北京100029) 摘 要：为了揭示煤层气水平井煤粉产生机理，采用理论分析和现场实验的方法，分析了煤层气水平井产出煤粉的质量分数及颗粒粒径变化规律，提出了使用防砂尾管结合油套环空注水稀释煤粉质量分数预防卡泵的措施。研究结果表明：煤层气水平井产出煤粉颗粒粒径呈阶段变化特征，煤粉质量分数超标是导致卡泵停机的主要原因，使用防砂尾管结合井底注水稀释煤粉质量分数措施能有效延长煤层气排采井检泵周期。 关键词:煤层气；水平井；生产动态；煤粉；卡泵 中图分类号：TE 33 文献标志码：A

Production mechanism and control measures of coal powder

in coalbed methane horizontal well

LIU Shenggui 1，HE Xiaohei 2，LI Huifang 1

(1.School of Mechanics & Civil Engineering, China University of Mining and Technology (Beijing), Beijing 100083, China; 2.Institute of Geology and Geophysics, Chinese Academy of Sciences,

Beijing 100029, China)

Abstract: To reveal the production mechanism of coal powder in coalbed methane horizontal wells, the coal powder concentrations and particle size variations in coalbed methane horizontal wells are analyzed by combining theoretical analyses with field experiment. Also, the measures of using sand control liner combination of water injection in tube-casing annular space to dilute coal powder concentration is proposed for preventing pump stuck. The study results show that the stepped changes characteristic of coal powder particle size, and higher coal powder concentration than standard are major causes of pump stuck. The field application results demonstrate that the pump inspection cycle in a coalbed methane drainage wells is effectively extended by the measure proposed in this study. Key words: coalbed methane; horizontal well; production performance; coal powder; stuck pump

0 引 言

煤粉的控制是煤层气井排采管理中的重要环节，过量煤粉产出引起的机械故障将导致频繁检泵作业，从而产生大幅度的井底压力波动而破坏气、

水、煤粉流态的连续性进而影响产气潜力[1-2]。

经统计沁水盆地南部煤层气水平井平均检泵周期为六个月，鄂尔多斯盆地东缘煤层气水平井平均检泵周期为三个月，频繁的检泵作业对气井生产动态产生负面影响，增加了排采成本[3]。研究煤粉产出机理有利于预防和减少煤粉卡泵事故发生，能有效释放煤层气井产能，实现煤层气资源高效开发。本文基于水平井煤粉监测数据，分析了煤粉产出规律，总结了煤粉产生机理；针对煤粉产出特点提出了使用防砂尾管结合油套环空注水稀释煤粉浓度预防卡泵的措施，使检泵周期延长。

1 水平井煤粉产出规律

煤层气绝大部分以吸附的方式储存在煤基质中，需要降低储藏压力才能使煤层气解吸[4]。煤储藏特点决定了煤层气井排采管理中的核心内容应该是井底压力和煤粉的控制[5]。煤粉的控制是非常重要的环节[6]，煤层气水平井多采用裸眼完井方式[6-10]，随排采过程中，煤粉随水、气运移至生产直井井筒，一部分煤粉经排采泵吸入、提升至地表通过井口水管线排放，另一部分煤粉沉降至直井井底口袋。现场通过计量排出煤粉量加上检泵作业捞出井底煤粉量，总结各排采阶段煤粉产出规律。沁水盆地南部和鄂尔多斯盆地东缘近百口煤层气水平井排采实践表明，煤层气井煤粉产出伴随气井生产全过程，依据煤层气水平井排采现场取样测试，产出煤