在传统看来,致密气、煤层气分别赋存在不同深度差异较大的地质层位中,似乎很难在勘探中同时发现两种气体。然而大量勘探发现:在含煤岩系中,除赋存有煤层气资源外,在其相邻地层中还存在有丰富的致密气资源。目前对于低产煤层气、致密气,如果仅开发一种气体其总体单井产量低、经济效益差,尤其煤层气单井日产量低于1000m3占90;以上,经济效益极差。根据勘探发现致密气、煤层气部分地区存在纵向上重叠的特点,探讨实行致密气、煤层气合采工艺,以提高低品味非常规天然气单井产量与实现低成本开采。因此,本文从气液两相携带煤粉即气—液—煤粉三相流模拟、层间干扰和采气工艺管柱结构三方面入手研究致密气、煤层气合采的具体工艺方法,重点开展了以下工作:(1)搭建了气液固三相流模拟实验装置。利用透明有机玻璃管自主设计并搭建可视化气液固三相流模拟装置,整套实验装置由气液供给装置、液体流入系统、气体流入系统、测试与数据监控装置四部分组成,可以使固体颗粒不经过气、液流量计,有效防止固体颗粒对流量计仪表的伤害,同时有方法计量固体颗粒的流量,该装置水平段长3.27m,高 5.77m,管柱内径 40mm。(2)开展气液两相携带煤粉实验。利用已搭建的实验装置,开展了 15组不同气流量、液流量、固相流量的多相流实验,测试垂直段气、液、固三相在不同流态下的压力,并借助数码相机捕捉了不同流动条件下的流动状态,并对比分析了与气液两相的差异。(3)对七种常用压降模型开展评价。利用测得的15组实验数据,对Ansari模型、Gray 模型、Hagedom-Brown 模型、No Slip 模型、Orkiszewski 模型、Beggs-Brill 模型和Mukherjee-Brill模型7种常用压降模型进行了评价,得出气—液两相流误差最小的是Hagedron-Brown模型;气—液—煤粉三相流误差最小的为Mukherjee-Brill。(4)对Hagedron-Brown模型进行气—液—煤粉三相流修正,引入持固率Hs参数,得出持固率与表观气流速关系图,持固率随着表观气流速的的增加呈现先减小后增大的趋势,表观气流速10m/s对应持固率最小。同时在低气流速下,表观液流速越低持固率反而越大。当气流速大于10m/s时,不同表观液流速下的的持固率逐渐接近,说明在高气量时,液流速对持固率影响较小。(5)为模拟合采井筒干扰,通过Gambit软件和Fluent软件建立两层管柱模型并进行网格划分、计算模型的设置、黏度模型和流体材质的选择、边界条件和求解设置,分析出口压力、水相体积分数、层间距对干扰的影响。(6)开展了致密气和煤层气合采的工艺管柱设计,并分析了不同工艺管柱(油管悬挂、油管下入位置、滑套封隔、机采管柱)对井筒压力分布,层间干扰的影响,针对多气合采产层组类型及特点,优化多气合采产层组开发方式,预测单井产量,优化合理的采气方法。本文基于致密砂岩层、煤层上下重叠的特点,建立气—液—煤粉三相流压降模型,利用Fluent软件模拟层间干扰现象和利用软件对两层合采管柱结构进行设计,为致密砂岩气和煤层气合采提供可靠的技术和方法。更多还原