一種用于煤層氣藏的煤粉穩(wěn)定劑及其使用方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及煤層氣藏開發(fā)開采領(lǐng)域，具體涉及一種用于煤層氣藏的煤粉穩(wěn)定劑及 其使用方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 煤層氣壓裂是煤層氣井開采過程中的重要環(huán)節(jié)。但是，不合理的壓裂工藝和返排 措施會(huì)造成煤層中煤粉運(yùn)移，在天然裂縫、人工壓裂縫和井筒中形成煤粉堵塞。不但增加了 施工壓力、對(duì)壓裂設(shè)備造成危害，而且也會(huì)降低網(wǎng)縫的導(dǎo)流能力，使得氣井的排水降壓難以 達(dá)到理想狀態(tài)。因此，煤粉治理是煤層氣井壓裂開采的核心問題之一。
[0003] 煤粉根據(jù)來源可以分為原生煤粉和次生煤粉。原生煤粉與煤體結(jié)構(gòu)有關(guān)，在原生 結(jié)構(gòu)煤中發(fā)育較少，主要富集在次級(jí)褶皺的軸部、斷層帶以及層間滑動(dòng)面內(nèi)的構(gòu)造煤中，其 發(fā)育程度與煤體結(jié)構(gòu)的破碎程度有關(guān)。次生煤粉與工程因素有關(guān)，是在鉆井、壓裂和壓裂后 的返排過程中形成的。由于煤的硬度差、彈性模量小，泊松比低，在相同外力條件下，煤巖比 常規(guī)儲(chǔ)層更容易發(fā)生破壞、產(chǎn)生大量煤粉，運(yùn)移后產(chǎn)生架橋堵塞。
[0004] 煤粉可以分有機(jī)成分和無機(jī)成分，表面具有一定的親水性，表面Zeta電位 為-20~-30mV?；钚运畨毫堰^程，以及壓裂后的排水降壓過程，是煤粉運(yùn)移傷害的主要時(shí) 期。
[0005] 陽離子穩(wěn)定劑是利用顆粒表面離子交換特性，以破壞離子交換能力或破壞雙電層 離子之間的斥力來防止顆粒的分散迀移。無機(jī)鹽雖可暫時(shí)穩(wěn)定粘土，但有效期短；無機(jī)聚 合物，如羥基鋁的有效期較長(zhǎng)，但對(duì)使用的條件要求較高；有機(jī)季銨鹽表面活性劑效果較 好，但用量大；聚季銨鹽表面活性劑的用量小、效果好，但分子量大，對(duì)地層有一定的堵塞作 用。
[0006] 針對(duì)煤粉運(yùn)移傷害問題，現(xiàn)有的對(duì)策是增加壓裂液的煤粉分散懸浮能力。懸浮劑 的機(jī)理是改變煤的潤(rùn)濕能力，使煤粉能長(zhǎng)時(shí)間分散懸浮于工作液中，在返排時(shí)攜帶出井筒。 據(jù)檢索，發(fā)現(xiàn)如下相關(guān)專利文獻(xiàn)，CN101693829提供了一種煤層氣井壓裂用煤粉分散劑及活 性水壓裂液，主要成分是非離子表面活性劑，有機(jī)銨鹽及低碳醇。CN101735794A提供了一種 改善煤粉潤(rùn)濕性能的添加劑，主要成分為有機(jī)磺酸、脂肪醇聚氧乙烯醚、低級(jí)脂肪醇和水。 CN101948684A涉及煤層氣井壓裂施工用的一種壓裂液，添加陰離子或非離子聚丙烯酰胺做 降阻劑，木質(zhì)素磺酸鹽作為煤粉分散劑。CN201110313042. 7提供了一種用于煤層壓裂的煤 粉懸浮劑，組分包括季銨鹽表面活性劑、乙醇胺、低級(jí)脂肪醇和水。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 為解決上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明的目的在于提供一種用于煤層氣藏的煤 粉穩(wěn)定劑，本發(fā)明煤粉穩(wěn)定劑在壓裂施工中、壓裂施工后返排階段或排采階段，可以大排量 注入煤粉穩(wěn)定劑溶液，陽離子吸附在負(fù)電荷的煤表面，使煤巖的Zeta電位增至零左右，降 低煤粉和煤粉、煤粉和煤基質(zhì)表面間負(fù)電荷的排斥力，使煤粉固定。采用有機(jī)季銨鹽表面活 性劑或聚季銨鹽表面活性劑，與無機(jī)陽離子聚合物、醇進(jìn)行復(fù)配。材料在煤粉顆粒上形成不 可逆的吸附膜、防止煤粉分散迀移。
[0008] 本發(fā)明煤粉穩(wěn)定劑的機(jī)理是：（1) "中和"作用和"包被"作用，煤巖的Zeta電 位增至零左右，降低煤粉和煤粉、煤粉和煤基質(zhì)表面間負(fù)電荷的排斥力，使煤粉不易運(yùn)移； ⑵"橋連"作用，同時(shí)吸附多個(gè)顆粒，從而抑制煤粉的分散和運(yùn)移。
[0009] 本發(fā)明通過下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：
[0010] 一種用于煤層氣藏的煤粉穩(wěn)定劑，所述煤粉穩(wěn)定劑由下列重量百分比的組分組 成：
[0011] 有機(jī)季銨鹽表面活性劑或聚季銨鹽表面活性劑20~40 %
[0012] 無機(jī)陽離子聚合物 1~10%
[0013]醇 5 ~30%;
[0014] 最后，由水補(bǔ)齊至100%。
[0015] 進(jìn)一步地，所述有機(jī)季銨鹽表面活性劑為：二甲基二烯丙基氯化銨、2-氯乙基三 甲基氯化銨、十六烷基三甲基氯化銨、十二烷基三甲基氯化銨、十八烷基三甲基氯化銨、 十六烷基三甲基溴化銨、十二烷基三甲基溴化銨、十四烷基三甲基溴化銨、十八烷基三甲基 溴化銨、十二烷基二甲基溴化銨、雙十二烷基二甲基溴化銨或2-羥乙基三甲基氯化銨中的 一種或兩種以上混合物。
[0016] 再進(jìn)一步地，所述聚季銨鹽表面活性劑為：丙烯酰胺與二甲基二烯丙基氯化銨的 合成產(chǎn)物、丙烯酰胺與三甲基單烯丙基氯化銨的合成產(chǎn)物、丙烯酰胺和甲醛與二甲胺的合 成產(chǎn)物、環(huán)氧氯丙烷與二甲胺的合成產(chǎn)物中的一種或兩種以上的混合物。
[0017] 更進(jìn)一步地，所述無機(jī)陽離子聚合物為羥基鋁、羥基鋯或氯氧化鋯中的一種或兩 種以上的混合物。
[0018] 另外，所述醇為甲醇、乙醇、丙醇或乙二醇中的一種或兩種的混合物。
[0019] 作為一種優(yōu)選，所述煤粉穩(wěn)定劑由下列重量百分比的組分組成：有機(jī)季銨鹽表面 活性劑40 %、無機(jī)陽離子聚合物5 %、醇25 %、水30 %。
[0020] 作為另一種優(yōu)選，所述煤粉穩(wěn)定劑由下列重量百分比的組分組成：聚季銨鹽表面 活性劑35%、無機(jī)陽離子聚合物5%、醇25%、水35%。
[0021] 作為第三種優(yōu)選，所述煤粉穩(wěn)定劑由下列重量百分比的組分組成：有機(jī)季銨鹽表 面活性劑30%、無機(jī)陽離子聚合物5%、醇25%、水40%。
[0022] 本發(fā)明是現(xiàn)場(chǎng)制備，也就是直接將各原料按比例混合均勻，即可直接使用。
[0023] 上述用于煤層氣藏的煤粉穩(wěn)定劑的使用方法，包括以下步驟：
[0024] 在前置液階段，將煤粉穩(wěn)定劑配制好后泵入地層；
[0025] 在壓裂過程中，將煤粉穩(wěn)定劑配制好后泵入地層；
[0026] 在壓裂后，將煤粉穩(wěn)定劑作為頂替液配制號(hào)后泵入地層；
[0027] 在生產(chǎn)過程中，井筒發(fā)生堵塞時(shí)，將煤粉穩(wěn)定劑配制好后泵入地層。
[0028] 本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)及有益效果：
[0029] 本發(fā)明煤粉穩(wěn)定劑對(duì)地層的傷害率低，