我国煤层气资源量丰富,地质资源量位居世界第三。目前,煤层气将有望成为“十三五”期间非常规天然气资源开发的重要阵地,开发利用前景广阔。由于其独特的赋存状态与储层物性,煤层气开发难度大。通过水力压裂建立有效裂缝网络是煤层气开发的关键。但是在压裂后煤层气井开采实践中,由于煤粉造成的储层有效裂缝伤害以及卡泵、埋泵甚至危害技术管线致使煤层气开采效率低下和成本提升这一问题不容回避。鉴于此,本文针对煤粉在支撑裂缝中的运移与伤害规律进行研究,结合现场实际,选用计算流体力学领域软件FLUENT对排水阶段的全尺寸、局部分支支撑裂缝煤粉运移伤害进行仿真模拟研究,从而对现场防煤粉实践进行指导。(1)从沁水盆地煤岩的物理特征出发,分析煤岩岩石孔隙度、渗透率、力学特征、割理等物理性质与煤粉产出特征分析,研究分析煤粉产生机理:煤粉是地质与工程诱因共同作用的结果,粒径分布范围较广,且存在间歇煤粉产出的特征。煤粉以无机矿物为主,主要是以高岭石和伊利石为主的黏土矿物。(2)从现场监测数据入手,分析煤岩支撑裂缝特征及煤粉对支撑裂缝的伤害机理可知:煤层气井压裂形成的裂缝多呈现非对称分布的分支网状裂缝形态。支撑剂粒径越大,可排出的煤粉颗粒粒径的范围也更广,煤粉颗粒更容易排出;煤粉随地层流体进入支撑裂缝后,可能发生吸附聚集、小孔喉处架桥堵塞,这是支撑裂缝充填层孔隙度和渗透率伤害的主要原因。(3)利用ANSYS ICEM软件分别建立单条支撑裂缝全域模型与局部分支裂缝模型,根据现场约束条件,利用FLUENT软件进行不同条件下的支撑裂缝煤粉伤害计算。分析模拟结果,取得以下认识:①支撑裂缝截面明显分为煤粉运移区、煤粉沉积区以及煤粉空置区,支撑剂粒径越小,沉积区、空置区面积越小。煤粉随流体运移,煤粉体积分数沿运移方向上逐渐增加;②煤粉对主裂缝的伤害程度大于分支裂缝。同时,当大量煤粉滞留在支撑裂缝中时,不管是单缝还是分支缝,两相流对煤粉伤害有一定的解除作用,但是程度有限。支撑剂粒径越小,两相流的煤粉粒径越大,入口煤粉浓度越高,影响范围增加越慢,排出煤粉所需时间更长;③孔隙度伤害率与渗透率伤害率均随裂缝分支数量的增加而增加,随着入口煤粉处的浓度的增加而增加,随煤粉粒径的减小(80目减少至140目)而减少,以及随着支撑剂粒径的减小而增加。其中,“分支数量”对孔隙度伤害率影响程度最大的,“支撑剂粒径”对渗透率伤害率影响程度最大。(4)针对煤粉对不同裂缝的伤害特征,建议在压裂或者返排过程中添加煤粉分散剂、选用20/40目支撑剂作为压裂的主体支撑剂并压裂前端泵入一定量的小粒径支撑剂,以控制煤层深部煤粉颗粒进入主支撑裂缝、避免压裂连通储层中的软煤层等措施减少煤粉对支撑裂缝的伤害。