煤层气是非常规天然气资源的组成部分,拥有光明的勘探开发前景。我国煤层气的高效开发离不开压裂等储层改造手段。大量实践表明,压裂后会产生大量煤粉。煤粉堵塞导致的储层和压裂支撑裂缝渗透性伤害对煤层气的正常排采有严重影响。关于煤粉在地层和压裂支撑缝中的产生和运移现象,前人已有大量研究。但这些研究多聚焦在宏观尺度。目前有关煤粉在压裂支撑缝中的微观运移机理还未被科学揭示。鉴于此,本论文结合现场实际,运用理论与实验相结合的手段,对裂缝局部煤粉的微观运移进行研究,旨在揭示煤粉在压裂支撑裂缝内的微观运移机理,从而为现场煤粉防治提供理论支撑。(1)以滇东黔西地区的二叠系煤层为研究的目标区域,以煤岩学、岩石力学、煤层气开发地质学等基础理论为指导,了解压裂目标煤层的一般特征:目标区块具有松软、弱含水、多薄层叠置的特征,区块内以原生结构煤为主,主要为半亮和半暗型煤,割理较发育。煤岩以有机质为主,其中的无机矿物多为粘土矿物、石英和方解石。(2)以微观动力学为基础,分析煤粉运移的力学机理,以岩石力学为基础了解煤岩的破坏及煤粉的形成机理。可知:煤粉的产生是静态地质因素和动态工程因素的共同作用的结果。井下煤粉粒度区间分布较大,煤粉粒度分布曲线具有一定程度的波动起伏,且有双波峰并存的现象。煤粉所受的水动力Fd和Ff、双电层排斥力FDL,以及Born短程排斥力FB充当煤粉的动力,而煤粉自身的重力FG和范德华力Fads阻碍了煤粉的运动。(3)对目标区不同层位的煤岩物性分析发现:煤变质程度和zeta电位绝对值关系都为:LC3#煤>SH15#煤>HP5#煤。而不同流体中煤粉颗粒的zeta电位也存在差异,其绝对值关系为:1;煤粉分散剂溶液>蒸馏水>1;KC1溶液。(4)运用正交实验方法,对比分析了天然裂缝和压裂支撑裂缝中驱替液体类型、煤粉来源、驱替流量、煤粉粒径因素对煤粉运移的影响。研究表明,在天然的割理裂缝中①残留煤粉存在分区现象,可将割理裂缝截面分为煤粉凝聚区、煤粉分散区、煤粉空置区。加入煤粉分散剂和增加煤粉粒径能减少煤粉凝聚区面积;②驱替流量的变化能最大程度影响煤粉在割理裂缝中的运移。煤粉颗粒的驱出量和流动速度与煤变质程度、驱替流量成正比,与煤粉粒径成反比。加入KC1或煤粉分散剂都能促进煤粉的运移,并且加入KC1效果更加明显。在压裂支撑裂缝中①裂缝出口处残留煤粉更加密集;②支撑剂充填带中的煤粉颗粒周围聚集少量气泡。③煤粉粒径成为影响煤粉在压裂支撑裂缝中运移最主要的因素。并且煤粉颗粒的驱出量和流动速度与煤变质程度、驱替流量和煤粉粒径都成正比。加入KC1或煤粉分散剂依旧都能促进煤粉的运移。④煤粉的煤变质程度越高驱出煤粉平均粒径越小。驱替流量越大驱出的煤粉平均粒径越大。煤粉分散剂的加入有利于小粒径煤粉的运移。(5)针对煤粉的运移机理,从抑制煤粉的角度,建议压裂选层考虑煤化程度高的煤岩;压裂和返排阶段适量加入煤粉分散剂和KC1;适当提高注入与返排液体的流量。更多还原