研究意义

煤层气是一种重要的非常规天然气资源,是我国在21世纪继煤炭、石油和天然气之后最现实的接替能源之一,同时,开发利用煤层气在解除煤矿瓦斯灾害隐患、保护大气环境方面也具有十分重要的作用(宋岩等,2005;Ihsan,2013)。我国是煤炭资源大国,据第三次全国煤田预测,埋深在2000m以浅的煤炭资源量为5.57×10¹²t,煤层气资源量也相当丰富。据2003～2006年国土资源部煤层气资源潜力评价,埋深在2000m以浅的煤层气地质资源量为36.81×10¹²m³,其中,埋深在1500m以浅的煤层气可采资源量为10.87×10¹²m³(车长波等,2008)。

我国从20世纪80年代开始进行煤层气技术研究及开发试验工作,在沁水盆地、鄂尔多斯盆地东缘等地区建成多个煤层气田。经过30多年的发展,我国煤层气的勘探开发工作取得了很大成就(接铭训等,2007;赵庆波等,2008),已经在商业化开发方面实现了突破。其中,韩城煤层气田已展开大面积开发,截至2014年2月,韩城5×10⁸m³产能建设钻井完成率达100%。

煤层气作为绿色清洁能源,合理开发利用煤层气,对于改善我国长期以煤炭开采利用为主的能源结构、缓解国内油气资源利用压力、防治煤矿瓦斯事故、提高煤矿安全生产指数、促进我国逐步向低污染、低碳循环发展模式转变的目标具有重大意义。但我国地质条件复杂,主要成煤期为晚古生代和中、新生代,煤层受中、新生代多期构造热事件影响,煤变质程度较高,煤(储)层受到不同程度的改造和破坏,不同类型的构造煤普遍发育,这决定了我国含煤盆地煤(储)层不均一性强、“三低”(低压、低渗透、低饱和度)特征明显,导致我国煤层气大规模开发在理论和技术方面仍存在诸多难题(翟光明等,2010;叶建平等,1998;孙万禄,2005;王红岩等,2004;秦勇等,2012;曹代勇等,2014),其中,煤粉产出问题日益显现,成为制约煤层气开发的难题之一。

由于我国煤盆地构造-热演化的复杂性和煤储层的特殊性,煤层气排采过程中均不同程度地存在煤粉产出问题。煤粉滞留在储层裂缝通道内,会逐渐降低裂缝导流能力,使煤层气井产能过早出现衰减现象;煤粉在井内沉积聚集或进入排采系统,会导致埋泵或卡泵,严重影响煤层气的开采(司淑平等,2001;柳迎红等,2009;李仰民等,2010;陈振宏等,2009;白建梅等,2010;曹代勇等,2013;魏迎春等,2013)。因此,深入研究煤粉成因机制和煤粉产出特征,建立煤粉产出的科学分类,系统分析煤粉的影响因素,查明煤粉产出规律,揭示煤粉产出机理,制定合理的煤粉管制措施,为保障煤层气井高产、稳产提供基础和科学依据,其具有十分重要的理论和实用双重意义。