韓文龍 ，王延斌 ，王 力 ，趙石虎

（1.深圳大學(xué) 土木與交通工程學(xué)院，廣東 深圳 518060；2.中國(guó)礦業(yè)大學(xué)（北京） 地球科學(xué)與測(cè)繪工程學(xué)院，北京 100083；3.中聯(lián)煤層氣有限責(zé)任公司，北京 100011）

我國(guó)大多數(shù)含煤盆地經(jīng)歷了多期構(gòu)造演化，導(dǎo)致煤層中構(gòu)造煤和煤粉較為發(fā)育[1-2]；同時(shí)，受煤巖自身特殊的力學(xué)性質(zhì)的影響，在煤層氣開(kāi)發(fā)過(guò)程中極易產(chǎn)生煤粉、煤泥、煤焦及其他固相顆粒（統(tǒng)稱煤粉）[1-3]。產(chǎn)出的煤粉在井筒中凝結(jié)成塊，引發(fā)卡泵和凡爾賽漏失等生產(chǎn)事故，影響排采工作的連續(xù)性，導(dǎo)致排采時(shí)效降低[4-6]；同時(shí)，頻繁的停機(jī)或長(zhǎng)時(shí)間的修井作業(yè)會(huì)造成速敏和水敏等儲(chǔ)層傷害，進(jìn)而導(dǎo)致煤層氣井產(chǎn)氣量的降低，煤粉問(wèn)題直接影響了單井產(chǎn)氣量穩(wěn)定和提升[7-8]。

當(dāng)前國(guó)內(nèi)外圍繞煤粉的生成、產(chǎn)出和控制方面展開(kāi)了大量研究。煤粉生成是地質(zhì)因素和開(kāi)發(fā)因素雙重作用的結(jié)果[9]，可分為原生煤粉和次生煤粉[10-11]。煤粉物質(zhì)組成包括有機(jī)質(zhì)組分和無(wú)機(jī)礦物，且不同地區(qū)也存在較大的差異。專家學(xué)者基于現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)、物理模擬實(shí)驗(yàn)、理論分析和數(shù)值模擬等方法對(duì)煤粉運(yùn)移機(jī)理和產(chǎn)出特征進(jìn)行了研究，構(gòu)建了煤粉顆粒理想化條件下的啟動(dòng)-運(yùn)移數(shù)學(xué)模型[12]；提出了合理控制煤層井的工作壓差、采用攜煤粉能力較大的螺桿泵進(jìn)行排采、在螺桿泵接防砂尾管結(jié)合油套環(huán)空、井筒中注水稀釋等的防控措施；設(shè)計(jì)了機(jī)械濾煤粉管、防煤粉排采泵和掛籃式沉砂管等新型排采設(shè)備，為煤層氣井的排采、撈砂一體化奠定了基礎(chǔ)[1,13-14]。

因此，基于鉆井取心、測(cè)井資料、排采數(shù)據(jù)和煤層氣井產(chǎn)煤粉監(jiān)測(cè)和粒度測(cè)試等數(shù)據(jù)，對(duì)沁水盆地柿莊地區(qū)煤粉發(fā)規(guī)律及其對(duì)產(chǎn)出的影響特征進(jìn)行了系統(tǒng)的分析，以期為研究區(qū)及其相鄰區(qū)塊煤粉管控提供地質(zhì)支撐和理論指導(dǎo)。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于沁水盆地中南部地區(qū)，主采煤層為山西組的3#煤，煤層埋深為496 ～ 1 267 m，平均為787 m，由東南向西北逐漸變深，煤層厚度5.04 ～ 7.16 m，平均6.11 m。3#煤層整體構(gòu)造特征表現(xiàn)出北部以斷層為主和南部褶皺為主的構(gòu)造特征，斷層主要集中在北部地區(qū)，呈NS 或NNE 向展布，發(fā)育規(guī)模較小，其中寺頭斷層為區(qū)域性大斷層，位于研究區(qū)中部[15]。南部地區(qū)整體為一向西傾斜的單斜構(gòu)造，傾角較小，多在5°之下，局部地層受構(gòu)造運(yùn)動(dòng)影響可達(dá)16°，并發(fā)育大量次級(jí)褶皺以及小型陷落柱。

2 煤粉產(chǎn)生機(jī)理及發(fā)育規(guī)律

2.1 原生煤粉發(fā)育規(guī)律

2.1.1 原生煤粉產(chǎn)生成機(jī)理

正斷層形成機(jī)理圖如圖1。

圖1 正斷層形成機(jī)理圖[16]Fig.1 Normal fault formation mechanism diagram

斷裂是構(gòu)造應(yīng)力高度集中的結(jié)果，并導(dǎo)致其附近的應(yīng)力重新分布。在斷層形成過(guò)程中，斷層帶中的煤層在2 個(gè)斷層塊之間受到強(qiáng)烈的剪切作用，致使煤體結(jié)構(gòu)破碎。同時(shí)，斷裂面附近上盤(pán)的煤巖在初始斷裂時(shí)受到主應(yīng)力的作用，沿?cái)嗔衙娈a(chǎn)生剪切應(yīng)力。該剪應(yīng)力穿過(guò)斷層帶到達(dá)斷層下盤(pán)煤巖，并形成與斷層面平行的小斷層或相交的小角度裂縫?；顒?dòng)較為強(qiáng)烈的地方產(chǎn)生煤巖的揉碎和破裂，進(jìn)而形成煤粉發(fā)育區(qū)。斷層活動(dòng)對(duì)煤粉生成主要為斷層擾動(dòng)帶內(nèi)，對(duì)正斷層來(lái)說(shuō)，斷層上盤(pán)發(fā)生揉皺，煤層的破壞作用最為嚴(yán)重，且影響范圍較下盤(pán)大，形成煤粉量較多。但相對(duì)于逆斷層，正斷層對(duì)煤體的破壞范圍相對(duì)較小[16]。

煤層在水平應(yīng)力作用下發(fā)生彎曲變形，在層之間接觸平面附近引起剪切應(yīng)力集中。在剪應(yīng)力的作用下，堅(jiān)硬的頂板巖層會(huì)破壞較軟的煤層，從而導(dǎo)致煤體結(jié)構(gòu)在接觸面處破碎。煤層經(jīng)歷多次構(gòu)造演化時(shí)，由于多次變形疊加導(dǎo)致該區(qū)域變得更加破碎，破碎的煤體可以進(jìn)一步磨成細(xì)粉，最終導(dǎo)致沿煤層和頂板之間的接觸分布幾乎水平的軟煤層。同時(shí)，在上覆巖層垂直壓實(shí)作用下，細(xì)粉狀軟煤形成局部塊體[16]。褶皺形成過(guò)程中的應(yīng)力特征圖如圖2。

圖2 褶皺形成過(guò)程中的應(yīng)力特征圖[16]Fig.2 Stress characteristics during fold formation

2.1.2 基于測(cè)井信息的原生煤粉發(fā)育規(guī)律

基于測(cè)井信息的煤構(gòu)造識(shí)別可分為以下幾個(gè)步驟[17]：①根據(jù)煤樣巖心的觀察和描述結(jié)果確定煤結(jié)構(gòu)類型；②分析不同結(jié)構(gòu)煤樣深度校正后測(cè)井參數(shù)的響應(yīng)特征；③根據(jù)測(cè)井參數(shù)響應(yīng)特征，判斷無(wú)煤巖心井煤體結(jié)構(gòu)。

對(duì)127 個(gè)典型煤樣測(cè)井值的統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，有3 類測(cè)井曲線對(duì)煤結(jié)構(gòu)有強(qiáng)烈響應(yīng)：聲波時(shí)差測(cè)井（AC）、自然伽馬測(cè)井（GR）和井徑測(cè)井（CAL）。測(cè)井信息與煤體結(jié)構(gòu)關(guān)系特征圖如圖3。

圖3 測(cè)井信息與煤體結(jié)構(gòu)關(guān)系特征圖Fig.3 Relationship between log information and coal structure

根據(jù)煤體結(jié)構(gòu)垂向特征進(jìn)行煤粉發(fā)育區(qū)的劃分，具體劃分原則如下：首先，將煤層等分為上中下3 部分；然后，計(jì)算每一部分糜棱結(jié)構(gòu)煤和碎粒結(jié)構(gòu)煤厚度含量的百分比：當(dāng)2 種煤體結(jié)構(gòu)占比之和超過(guò)30%時(shí)，則稱該部分為煤粉發(fā)育區(qū)；小于10%時(shí)，則稱該部分為煤粉不發(fā)育區(qū)；處于10% ～ 30%之間，則為煤粉較少發(fā)育區(qū)。根據(jù)上述原則，共將研究區(qū)劃分為5 個(gè)煤粉發(fā)育特征分區(qū)：煤粉發(fā)育復(fù)雜區(qū)、煤層底部發(fā)育煤粉區(qū)、煤粉不發(fā)育區(qū)、煤粉較少發(fā)育區(qū)和煤層頂?shù)装l(fā)育煤粉區(qū)。

原生煤粉發(fā)育特征分布圖如圖4。

圖4 原生煤粉發(fā)育特征分布圖Fig.4 Coal fine distribution map

a 區(qū)為煤粉發(fā)育復(fù)雜區(qū)，該區(qū)域的煤體結(jié)構(gòu)以碎裂-碎粒煤為主，垂向變化較大，相對(duì)復(fù)雜；b區(qū)為煤層底部發(fā)育煤粉區(qū)，煤層中下部含夾矸，碎裂-碎粒煤為主，煤粉主要分布在煤層底部，局部地區(qū)頂部發(fā)育煤粉；c 區(qū)煤粉不發(fā)育區(qū)，煤體結(jié)構(gòu)以原生-碎裂煤為主，組合較為簡(jiǎn)單；d 區(qū)煤層底部發(fā)育煤粉區(qū)，以碎裂-碎粒結(jié)構(gòu)為主，垂向分布復(fù)雜，煤粉主要發(fā)育在煤層底部；e 區(qū)同樣為煤粉不發(fā)育區(qū)，該區(qū)的碎裂+原生結(jié)構(gòu)煤發(fā)育且位于上部，煤粉發(fā)育較少且位于中下部；f 區(qū)為煤粉較少發(fā)育區(qū)，以碎裂為主，煤粉很少發(fā)育，可能在底部或局部地區(qū)頂部發(fā)育；g 區(qū)為煤層頂?shù)装l(fā)育煤粉區(qū)，煤體結(jié)構(gòu)以碎粒-碎裂為主，煤粉一般發(fā)育在頂部和底部；h 區(qū)為煤粉發(fā)育復(fù)雜區(qū)，煤體結(jié)構(gòu)類型及組合復(fù)雜，煤粉賦存特征垂向上變化較大，很難有一定的規(guī)律性。圖中白色區(qū)域?yàn)殚_(kāi)發(fā)程度較低地區(qū)，并不是研究的重點(diǎn)，因此未進(jìn)行評(píng)價(jià)。

2.2 次生煤粉發(fā)育規(guī)律

鉆井過(guò)程中產(chǎn)生的煤粉主要分布在井筒附近，其形成方式主要有鉆具對(duì)煤巖的機(jī)械打磨、鉆井液與煤巖的化學(xué)傷害、鉆壓造成的煤巖應(yīng)力狀態(tài)改變、固井水泥對(duì)煤巖的傷害，射孔過(guò)程中的打磨作用等[1,18]。在水力壓裂過(guò)程中，隨著壓裂液和支撐劑在高壓下高速滲透，由于新裂縫的表面相對(duì)粗糙，從而對(duì)裂縫的壁進(jìn)行沖擊和摩擦，進(jìn)而產(chǎn)生了大量新的煤粉；這些煤粉在壓裂裂縫中形成聚集體，或與壓裂液一起運(yùn)移到天然裂隙中，多數(shù)煤層氣生產(chǎn)過(guò)程中與煤層中的水和氣體一起產(chǎn)出。煤層氣排采過(guò)程中產(chǎn)生煤粉的主要原因包括排采強(qiáng)度變化對(duì)煤巖的沖蝕破壞、氣體解吸過(guò)程中煤巖收縮產(chǎn)生的應(yīng)力對(duì)煤巖的破壞和排采不連續(xù)引發(fā)的儲(chǔ)層壓力變化。排采過(guò)程中產(chǎn)生的煤粉一般分布在壓裂縫、天然裂隙和解吸孔隙中，顆粒較小。

3 煤粉產(chǎn)出特征

3.1 樣品采集與處理

系統(tǒng)長(zhǎng)時(shí)間采集煤層氣井產(chǎn)出水，將具有含煤粉的煤層水收集在干凈的5 L 桶中。煤粉水樣運(yùn)輸?shù)綄?shí)驗(yàn)室后，將水靜置12～24 h，煤粉完全沉降后，將水排干。將沉淀物置于濾紙上，并用蒸餾水洗滌3 ～ 5 次，隨后將置于坩堝中，在干燥箱50 ℃的溫度 下干燥12 h。干燥后的煤粉凝固成塊狀，將其放入燒杯中，加入蒸餾水，待煤粉完全浸濕后輕輕用玻璃棒攪拌開(kāi)。然后用磁棒進(jìn)行去磁處理，處理后將煤粉放入密封袋中保存。煤粉樣品處理圖如圖5。

圖5 煤粉樣品處理圖Fig.5 Coal fines sample processing diagram

3.2 產(chǎn)出煤粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)

產(chǎn)出液煤粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)測(cè)試原理圖如圖6。

高精度井底壓力計(jì)和高精度井底壓力計(jì)固定在油管的外壁，通過(guò)數(shù)據(jù)傳輸電纜與數(shù)據(jù)記錄儀的輸入端相連。高精度井底壓力計(jì)與高精度井底壓力計(jì)間隔h（h一般取20 m）。

測(cè)試標(biāo)定過(guò)程如下：

1）計(jì)算地層液密度。

式中： ρ為地層密度，kg/m3； Δp為2 個(gè)壓力計(jì)壓力之差；g為重力加速度，取9.8 N/kg；h為壓力計(jì)高度差，取20 m。

2）校正溶液密度。若地層液礦化度較高，需校正含陰、陽(yáng)離子溶液密度計(jì)算含陰、陽(yáng)離子的溶液密度。

式中： ρ1為 濾液密度，kg/m3；V1為取液測(cè)試濾除煤粉后的溶液體積，m3；m1為取液測(cè)試濾除煤粉后的溶液質(zhì)量，kg。

3）計(jì)算產(chǎn)出液煤粉質(zhì)量百分比，即煤粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)。

式中： ψ為煤粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%； ρ2為煤層密度，kg/m3。

通過(guò)計(jì)算研究區(qū)產(chǎn)出液煤粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)測(cè)試儀的監(jiān)測(cè)結(jié)果（30 口井），發(fā)現(xiàn)煤粉產(chǎn)出質(zhì)量分?jǐn)?shù)主要集中在0 ～ 0.5%之間，不同排采時(shí)間，不同地區(qū)的煤粉產(chǎn)出存在一定的差異，其中2 口井在產(chǎn)氣上升期的煤粉產(chǎn)出質(zhì)量分?jǐn)?shù)高達(dá)2%。

3.3 產(chǎn)出煤粉粒徑

使用Mastersizer3000 激光粒度測(cè)試儀（英國(guó)Malvern Inc.）測(cè)試了煤粉的顆粒尺寸，發(fā)現(xiàn)產(chǎn)出煤粉粒徑分布較廣，為0.4 ～ 3 300 μm，為了進(jìn)一步分析煤粉粒徑分布特征，將粒徑等級(jí)劃分為≤1 μm、＞1 ～≤10 μm、＞10～≤100 μm、＞100～≤1 000 μm和＞1 000 μm 5 個(gè)等級(jí)。煤粉粒徑分布特征圖如圖7。

圖7 煤粉粒徑分布特征圖Fig.7 Particle size distribution of pulverized coal

由圖7 可知：≤1 μm 粒級(jí)的煤粉體積密度占比在0.57% ～ 7.11%，平均為2.06%，占比相對(duì)較小，該粒級(jí)的煤粉貫穿煤層氣排采的各個(gè)階段；＞1 ～≤10 μm 粒級(jí)的煤粉體積密度占比在5.75% ～47.02%，平均22.65%，占比相對(duì)較大；在不同煤層氣排采階段，產(chǎn)出該粒級(jí)的體積密度占比變化幅度較小，主要集中在15% ～ 30%，說(shuō)明儲(chǔ)層流體動(dòng)力條件、裂隙和支撐劑孔隙等特征對(duì)該粒級(jí)煤粉的產(chǎn)出影響較?。唬?0 ～≤100 μm 粒級(jí)的煤粉體積密度占比在17.95% ～ 64.19%，平均43.44%，是煤粉粒徑的主要分布區(qū)間，且在不同的煤層氣排采階段均有較大的占比，分析認(rèn)為，該粒級(jí)的煤粉運(yùn)移所需的水動(dòng)力較小，且受儲(chǔ)層裂隙和支撐劑孔隙篩濾作用較小，在儲(chǔ)層中自由度較高，同時(shí)，該粒級(jí)在糜棱結(jié)構(gòu)煤、鉆井壓裂過(guò)程形成的煤粉中廣泛發(fā)育；＞100～≤1 000 μm 粒級(jí)的煤粉體積密度占比在0.26% ～ 22.45%，平均10.08%，占比相對(duì)較小，該粒級(jí)多數(shù)為近井筒地帶的煤粉，且在煤層氣排采初期容易隨流體產(chǎn)出；＞1 000 μm粒級(jí)的煤粉體積密度占比在0.02% ～ 64.74%，平均24.65%，由于粒度較大，受自身?xiàng)l件的限制，該粒級(jí)的煤粉需要較大的流速條件才能產(chǎn)出，煤層氣排采初期水動(dòng)力條件較強(qiáng)，容易隨著煤層中的氣液產(chǎn)出，同時(shí)受煤層氣儲(chǔ)層裂縫和支撐劑特征的限制，煤層中大量該粒級(jí)的原生煤粉受篩濾作用而無(wú)法產(chǎn)出。

3.4 初次產(chǎn)煤粉時(shí)間

柿莊區(qū)塊分為柿莊南區(qū)塊和柿莊北區(qū)塊，2 區(qū)塊的勘探開(kāi)發(fā)程度不同，初次排采時(shí)間不同，因此，分別對(duì)柿莊南和柿莊北區(qū)塊的產(chǎn)煤粉情況分別進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析。柿莊地區(qū)產(chǎn)煤粉井?dāng)?shù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果如圖8。

圖8 柿莊地區(qū)產(chǎn)煤粉井?dāng)?shù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果Fig.8 Statistics on the number of wells producing coal fines in Shizhuang area

柿莊南區(qū)塊891 口煤粉監(jiān)測(cè)井統(tǒng)計(jì)可知（圖8（a））：共計(jì)640 口井不產(chǎn)煤粉，占總井?dāng)?shù)的72%；142 口井在見(jiàn)套壓前開(kāi)始產(chǎn)煤粉，占總井?dāng)?shù)的16%；109 口井在見(jiàn)套壓后開(kāi)始產(chǎn)煤粉，占總井?dāng)?shù)的12%。柿莊北統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明（圖8（b））：116口中有58 口井不產(chǎn)煤粉，占總井?dāng)?shù)的50%；19 口井在見(jiàn)套壓前開(kāi)始產(chǎn)煤粉，占總井?dāng)?shù)的16%；19口井在見(jiàn)套壓后10 d 內(nèi)開(kāi)始產(chǎn)煤粉，占總井?dāng)?shù)的16%；10 口井在見(jiàn)套壓10 ～ 90 d 開(kāi)始產(chǎn)煤粉，占總井?dāng)?shù)的9%；10 口井在見(jiàn)套壓后90 d 以上開(kāi)始產(chǎn)煤粉，占總井?dāng)?shù)的9%。

4 煤粉發(fā)育對(duì)產(chǎn)出的影響

4.1 初次產(chǎn)煤粉時(shí)間

由研究區(qū)產(chǎn)煤粉井平面分布圖（圖4）可知：在原生煤粉發(fā)育復(fù)雜區(qū)（a 區(qū)、h 區(qū)），煤層氣井一般在見(jiàn)氣之前初次產(chǎn)煤粉，即單相水流階段產(chǎn)粉，分析認(rèn)為，該地區(qū)煤層的煤體結(jié)構(gòu)破壞較為嚴(yán)重，原生煤粉較為發(fā)育，同時(shí)在鉆井和壓裂過(guò)程中容易形成大量的煤粉，這類煤粉混雜著原生煤粉賦存在井筒附近，更容易隨地層液體產(chǎn)出，因此在排采初期會(huì)發(fā)生煤粉的產(chǎn)出；受原生煤粉發(fā)育位置以及次生煤粉產(chǎn)生強(qiáng)度的影響，煤層底部發(fā)育原生煤粉區(qū)（b 區(qū)、d 區(qū)）和原生煤粉頂?shù)装l(fā)育區(qū)（g 區(qū)）的初次產(chǎn)粉時(shí)間較為復(fù)雜；在原生煤粉不發(fā)育區(qū)（c 區(qū)、e 區(qū)）和原生煤粉較少發(fā)育區(qū)（f 區(qū)），煤層氣井多數(shù)在見(jiàn)氣之后初次產(chǎn)煤粉，由于這類區(qū)域的煤體結(jié)構(gòu)較為完整，煤巖力學(xué)強(qiáng)度較大，原生煤粉發(fā)育較少，同時(shí)鉆井和壓裂工程產(chǎn)生的次生煤粉也會(huì)隨著壓裂液運(yùn)移到井筒的遠(yuǎn)端，因此僅有少部分井呈現(xiàn)出見(jiàn)氣之前產(chǎn)粉。

4.2 不同排采階段煤粉產(chǎn)出特征

我國(guó)高煤階儲(chǔ)層基本處于欠飽和狀態(tài)，煤層氣滲流過(guò)程包括排水降壓、提產(chǎn)放氣、穩(wěn)定產(chǎn)氣和產(chǎn)氣衰減4 個(gè)階段[19]?；诿簩託鉂B流階段，系統(tǒng)分析煤粉發(fā)育對(duì)不同排采階段煤粉產(chǎn)出特征，不同排采階段煤粉產(chǎn)出特征示意圖如圖9。

圖9 不同排采階段煤粉產(chǎn)出特征示意圖Fig.9 Schematic of coal fines output characteristics in different drainage stages

1）第1 個(gè)排采階段。由于距井底較遠(yuǎn)的煤粉無(wú)法長(zhǎng)距離遷移，此階段煤粉主要是以井底附近中、粗顆粒煤粉為主，多數(shù)為鉆井和壓裂工程中生成的煤粉，柿莊地區(qū)8 口井地層產(chǎn)出煤粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)在0 ～ 0.5%之間，均沒(méi)有超過(guò)1%，但是顆粒粒徑集中在0.5 ～ 1.0 mm 之間，大顆粒的煤粉主要沉積到井底的口袋中，少部分大顆粒煤粉會(huì)被吸入到排采泵中容易引發(fā)卡泵事故。

2）第2 階段。地層供水非常不穩(wěn)定，變化較大，導(dǎo)致儲(chǔ)層流體的運(yùn)動(dòng)過(guò)程極為復(fù)雜，排采制度和煤粉發(fā)育特征對(duì)儲(chǔ)層流體的運(yùn)移產(chǎn)出影響較大。若煤粉主要為井筒周?chē)拇紊悍郏瑒t容易隨氣液一起產(chǎn)出。若主要為原生煤粉或壓裂工程產(chǎn)生的次生煤粉，排采強(qiáng)度控制著煤粉的運(yùn)移產(chǎn)出特征，當(dāng)排采強(qiáng)度過(guò)大，容易引起儲(chǔ)層中固體顆粒的激動(dòng)，大量煤粉運(yùn)移，當(dāng)超過(guò)裂縫的導(dǎo)流能力時(shí)，則會(huì)發(fā)生煤粉堵塞，造成氣液產(chǎn)量降低；當(dāng)排采強(qiáng)度過(guò)低時(shí)，攜粉能力下降，煤粉無(wú)法啟動(dòng)運(yùn)移，且運(yùn)移的煤粉易沉降在通道，最終會(huì)引起泵堵塞、滲透率傷害以及產(chǎn)氣量的降低，因此該階段應(yīng)結(jié)合煤粉的發(fā)育規(guī)律，合理地制定排采速率。

3）第3 階段。排采工作制度相對(duì)穩(wěn)定，地層流體的攜粉能力較弱，產(chǎn)出的煤粉多數(shù)為遠(yuǎn)端裂縫中的原生煤粉或壓裂工程產(chǎn)生的次生煤粉。此階段產(chǎn)出的煤粉粒徑較小，以細(xì)顆粒煤粉為主，且質(zhì)量分?jǐn)?shù)較低，細(xì)小顆粒的煤粉一部分在壓差作用下隨氣、水運(yùn)移至井筒中，剩余部分沉積在裂隙通道內(nèi)?，F(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)顯示最高質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.4%，顆粒粒徑小于0.2 mm。

4）第4 階段。煤層氣井產(chǎn)氣量和產(chǎn)水量逐漸變小甚至中斷，煤粉產(chǎn)出較少。隨著產(chǎn)水量逐漸降低，儲(chǔ)層中大部分煤粉沉淀在裂隙內(nèi)，僅少量煤粉以粉塵形式隨氣產(chǎn)出，煤粉顆粒粒徑一般小于1 μm，高速運(yùn)移的煤粉顆粒對(duì)煤儲(chǔ)層的孔裂隙通道具有疏通打磨作用，使得煤層的透氣性明顯提高，有利于氣體的產(chǎn)出?，F(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示煤粉顆粒粒徑小于0.1 mm。

5 結(jié) 論

1）研究區(qū)原生煤粉可劃分為煤粉發(fā)育復(fù)雜區(qū)、煤層底部發(fā)育煤粉區(qū)、煤粉不發(fā)育區(qū)、煤粉較少發(fā)育區(qū)和煤層頂?shù)装l(fā)育煤粉區(qū)5 類地區(qū)；次生煤粉主要分布在井筒附近、壓裂裂縫和天然裂縫中。

2）原生煤粉發(fā)育復(fù)雜區(qū)一般在見(jiàn)氣之前初次產(chǎn)煤粉，原生煤粉底部發(fā)育區(qū)和原生煤粉頂?shù)装l(fā)育區(qū)的多數(shù)井在產(chǎn)氣后初次產(chǎn)粉，原生煤粉不發(fā)育區(qū)和原生煤粉較少發(fā)育區(qū)一般在見(jiàn)氣之后初次產(chǎn)煤粉。

3）產(chǎn)出煤粉粒徑分布在0.4 ～ 3 300 μm，質(zhì)量分?jǐn)?shù)集中在0 ～ 0.5%。排水降壓階段主要受井筒附近煤粉發(fā)育特征的影響，產(chǎn)出煤粉以中、粗顆粒煤粉為主，煤粉顆粒大，質(zhì)量分?jǐn)?shù)不高；提產(chǎn)放氣階段受排采強(qiáng)度和煤粉發(fā)育特征的影響，以中、細(xì)顆粒煤粉為主，煤粉顆粒較小，煤粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)高且波動(dòng)較大；穩(wěn)定產(chǎn)氣階段主要產(chǎn)出遠(yuǎn)端裂縫中的原生煤粉或壓裂工程產(chǎn)生的次生煤粉，煤粉顆粒更小，煤粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)相對(duì)較小且波動(dòng)小。