压裂液矿化度对支撑裂缝及裂隙内煤粉运移的影响

• Published in: 煤炭学报 Vol. 48; no. 4; pp. 1622 - 1633
• Main Authors: 皇凡生, 桑树勋, 刘世奇, 陈强, 周效志, 王猛
• Format: Journal Article
• Language: Chinese
• Published: 中国矿业大学 江苏省煤基温室气体减排与资源化利用重点实验室, 江苏 徐州 221008 01.04.2023; 中国矿业大学 碳中和研究院, 江苏 徐州 221008; 中国矿业大学 碳中和研究院, 江苏 徐州 221008%中国矿业大学 江苏省煤基温室气体减排与资源化利用重点实验室, 江苏 徐州 221008; 中国矿业大学 资源与地球科学学院, 江苏 徐州 221008%重庆大学 煤矿灾害动力学与控制国家重点实验室, 重庆 400044%中国矿业大学 资源与地球科学学院, 江苏 徐州 221008
• Subjects: 煤粉运移; 压裂液; 临界矿化度; critical salt concentration; 支撑裂缝; coal fines migration; propped fracture; 裂隙; fracturing fluid; cleat
• ISSN: 0253-9993
• DOI: 10.13225/j.cnki.jccs.2022.0995

P618.11; 在煤层气井水力压裂阶段,支撑裂缝内煤粉沉积以及裂隙内煤粉运移,将导致支撑裂缝和裂隙渗透率降低,影响水力压裂改造效果以及后续的煤层气井排采效果.为有效疏通支撑裂缝并避免裂隙堵塞,从优化压裂液矿化度的视角,提出了水力压裂阶段支撑裂缝及裂隙内煤粉防控新方法.基于石英砂充填柱和无烟煤样,分别开展了矿化度逐级递减条件下支撑裂缝及裂隙内煤粉运移实验,分析了煤粉运移对矿化度变化的响应特征;采用扩展Derjaguin-Landau-Verwey-Over-beek(DLVO)理论对煤粉运移进行了模拟,揭示了矿化度对煤粉运移的影响机制;并在此基础上,探究了兼顾支撑裂缝及裂隙内煤粉防控的最优矿化度范围.研究结果表明:支撑裂缝及裂隙内煤粉运移均存在临界矿化度现象,当矿化度低于临界矿化度时,支撑裂缝渗透率急剧增大,裂隙渗透率骤然降低,并伴有大量的煤粉产出;支撑裂缝内煤粉运移临界矿化度高于裂隙内煤粉运移临界矿化度,支撑剂表面电负性强于裂隙,而其疏水性弱于裂隙,是导致支撑裂缝内煤粉运移临界矿化度偏高的主要原因;随矿化度的逐级降低,煤粉与通道间的双电层斥力不断增大,当矿化度降至临界矿化度时,双电层斥力开始大于Lifshitz-van der Waals引力和Lewis酸碱引力之和,诱发煤粉运移;理论模型预测的支撑裂缝及裂隙内煤粉运移临界矿化度均与实验结果一致,证实了模型的可靠性.在水力压裂阶段,可将压裂液矿化度设计在支撑裂缝与裂隙内煤粉运移临界矿化度之间,从而促使支撑裂缝内煤粉产出,并抑制裂隙内煤粉运移,达到兼顾支撑裂缝及裂隙内煤粉防控的目的.