摘要

在煤层气钻井及煤层压裂改造过程中会产生大量煤粉，煤粉沉降会堵塞煤岩地层裂缝和割理，严重影响煤层气井的产能。为了解决此难题，针对韩城区块研发了煤粉悬浮剂FYXF-3，并对其进行了室内评价和现场煤层气压裂方案设计。实验结果表明，浓度不小于0.3%的煤粉悬浮剂溶液可以稳定悬浮裂缝和井筒中的煤粉，使煤粉随排采液一同流出到地面;同时可以降低液体表面张力，增加液体排采效率，使其对地层的伤害程度小于常规活性水压裂液。在此基础上，根据韩城区块煤岩特性，设计了现场煤层气压裂改造实施方案，并进行了现场应用，取得了预期效果。

在煤层气钻井和压裂改造过程中，因煤层较脆易碎、易坍塌，钻具的机械破坏，压裂液和支撑剂的注入等原因，会产生大量煤粉。煤粉会引发诸多问题，如煤粉堵塞泵吸入口，降低水泵功效;煤粉进入泵中，导致频繁检泵;煤粉在煤层下部井筒堆积，造成埋泵现象3;煤粉阻塞裂缝和割理，造成裂缝闭合，导致煤层渗透率下降。关于防止或处理煤粉堵塞的研究主要有以下几个方面:防砂尾管能减少卡泵事故;三棱钻杆钻进技术有利于大量煤粉排出;压裂中小粒径支撑剂有助于煤粉排出。针对韩城煤层气区块，结合非离子表面活性剂与煤岩的润湿及吸附机理，研制出一种煤粉悬浮剂(FYXF-3)。该煤粉悬浮剂使煤粉表面润湿性由疏水性转变为完全亲水性，使煤粉迅速分散均匀，具有稳定的煤粉悬浮性能。煤粉悬浮剂FYXF-3能使煤粉在活性水中形成悬浮状态，增加其流动性能，这样阻塞煤层缝隙及堆积井筒底部的煤粉更易被活性水冲出，从而实现解堵。对FYXF-3煤粉悬浮剂进行了评价，并设计了其在煤层气压裂改造现场的实施方案。

实验方法

1.悬浮煤粉性能:选取粒径大于0.90mm、0.45~0.90mm、0.28~0.45mm、0.18~0.28mm的4组韩城区块煤粉;每组分别加入0、0.2%、0.3%、0.5%、0.8%煤粉悬浮剂FYXF-3;将活性水压裂液以100mL的量装入20支100mL量筒中;每个量筒中加入5g煤粉;利用相机记录60s、30h后煤粉悬浮沉降的现象。

2.模拟携带裂缝中煤粉的性能:配制清水、清水+0.5%FYXF-3、清水+1.0%FYXF-3溶液;将韩城煤粉(粒径为0.18~0.28mm)和石英砂(粒径为0.45~0.90mm)以5:95、10:90、20:80的比例混合，按比例分3组，每组填充人3个特制有机玻璃透明管中;将特制有机玻璃透明管水平放置;每组用泵以1 mL/min的速率从透明管的一端分别注入3种溶液;在另一端接收流出的液体，记录出液时间及出液30 min后所携带出的煤粉质量;实验结束后，利用相机观察记录管内现象，对比各种溶液的携带煤粉的效果。

3.模拟携带井筒中煤粉性能:配制清水、0.5%FYXF-3溶液;将用待测液体润湿过的1.5g韩XF-3城煤粉(粒径为0.18~0.28mm)装入2个特制有机玻璃管中;将特制有机玻璃管垂直放置，并装满相同液体;用泵从底部以1mL/min的速率分别注入2种液体;从上端出口处接收排出液体，并称量1h内所携带出的煤粉质量;利用相机观察记录并对比其携带煤粉的效果。

4.润湿吸附性能:利用芬兰Kibron全自动茄子APP下载Delta-8测定煤粉与液体(清水+FYXF-3溶液)之间的表面张力。利用OCA20接触角测量仪测定韩城煤粉的吸附量;测定韩城煤粉的接触角。

5.伤害性:制造多块人工煤心;选出清水初始渗透率接近的人工煤心6块，在流动实验设备的条件下，分别注入常规活性水、0.3%FYXF-3溶液、0.5%FYXF-3溶液3种，每种溶液用2块韩城人工煤心做实验;测定注入溶液后的渗透率，计算伤害率。