CN101735794B - 一种改善煤粉润湿性能的添加剂 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种改善煤粉润湿性能的添加剂，其构成组分及重量百分比分别为：有机磺酸15％～40％；脂肪醇聚氧乙烯醚10％～25％；低级脂肪醇14％～35％；乙醇胺2％～15％水31％～53％。本发明各组分在常温下直接混合而成，可以直接加入到煤层气田压裂改造用液体中，与其它添加剂互溶，配伍性好，易分散，使用煤层温度0℃～80℃，添加剂使用质量浓度0.5％～5％，有效解决了煤粉产出而影响煤层气井产能的症结，推进了煤层气井高产稳产。

Description

一种改善煤粉润湿性能的添加剂
技术领域
本发明涉及用于煤层气田改造的化学剂，尤其是一种改善煤粉润湿性能的添加剂。
技术背景
煤粉是从煤岩表面脱落下来的细小颗粒，颗粒粒径变化范围较大，从1～2mm到约74μm不等，大部分甚至更细，在井筒内堆积的煤粉呈粘稠状。
煤粉的产生原因比较复杂，首先与煤岩性质密切相关，煤岩性质差别很大，特别是软煤，其结构更易破碎，形成的煤粉远远多于原生结构煤；其次钻具研磨及压裂支撑剂打磨也是煤粉产生的重要原因；另外应力状态改变也可能是导致煤基质破裂，产生煤粉。
在煤层气田改造过程中，煤岩破裂或在液体的冲刷下脱落下来大量的煤粉，很容易被液体带入裂缝的端部，并在裂缝端部起到堵塞作用，这种作用影响了裂缝端部的扩展，迫使裂缝改道而重新破裂另一方向的煤层，从而造成裂缝的复杂、弯曲不规则，并使裂缝内压力(或地面施工压力)升高。
在煤层气井建成投产后，煤粉会随着煤层水产出。煤粉产出影响煤层气井产能的症结主要体现在：(1)煤粉迁移直接堵塞煤层天然裂缝***或堵塞支撑剂充填层孔隙，进一步降低煤层渗透率，干扰煤层气的正常生产；现场生产中，表现出水产量明显降低、煤层气几乎不解吸或少解吸的特点；(2)煤粉堵塞泵吸入口，造成凡尔关闭不严，大幅度降低水泵功效；(3)进入井筒的细微煤粉逐渐堆积，形成粘稠胶状物进入泵内，极易造成卡泵现象，在生产过程中需要频繁检泵；(4)煤粉易在煤层下部井筒堆积，极易发生埋泵现象。
因此，煤粉治理已成为煤层气开发过程中的重要问题，合理控制煤粉产出成为煤层气井高产稳产的关键。
通过检索，发现三篇相近文献，下面予以简单介绍：
1、一种水煤浆添加剂及其制备方法(CN101550369)，该添加剂由阴离子表面活性剂萘磺酸甲醛缩合物钠盐、木质素磺酸盐和非离子表面活性剂烷基酚聚氧乙烯醚(甲基)丙烯酸酯按质量比为8∶1∶1～1∶8∶1复配而成。本发明是将萘磺酸甲醛缩合物钠盐、木质素磺酸盐和烷基酚聚氧乙烯醚(甲基)丙烯酸酯应用于水煤浆的制备技术中，其对煤种适应性广，特别是针对低变质程度的煤种，当三元复合型添加剂达到煤(干基)重量的0.1～1wt％时，可以制备出煤粉含量在62～70wt％的水煤浆，该浆体具有良好的流动性，较低的表观黏度和良好的静态稳定性。
2、一种复合型水煤浆添加剂(CN1693429)，该添加剂为石油磺酸盐表面活性剂，主要成分是单磺酸盐，也有双磺酸盐和多磺酸盐，还含有一定的无机盐，目前广泛用于提高石油采收率技术中。本发明是将石油磺酸盐应用于水煤浆制备技术中，当石油磺酸盐用量为干基煤量的1～2wt％时，可在低黏度情况下，制得煤粉含量为60～65wt％的水煤浆，该浆体可以长期静置稳定，同时满足泵送、雾化和稳定燃烧的要求。
3、一种添加剂及其应用方法(CN101195773)，旨在提供一种高效复合水煤浆添加剂及其在水煤浆制备中的应用方法，添加剂各组分按以下重量配比关系混合配制：45～85％木质素磺酸盐；5～25％萘磺酸盐；5～25％聚氧乙烯高聚物；5～35％碳酸盐或硫酸盐；0～4.5％pH值调节剂。应用方法包括将前述的添加剂制成固态粉状混合物或者配成任意浓度的水溶液，然后加入干基煤粉中搅拌均匀。本发明中的水煤浆添加剂价廉高效，成品水煤浆粘度低、浓度高、流变特性佳、稳定性好，此外，煤种适应性好。根据不同煤种的煤种，选择与之匹配的水煤浆添加剂配方及其配比，能对煤质进行适当的改性，可最大限度的提高制浆效果，同时拥有最优化的性价比。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足之处，提供一种煤层气田改造液体中使用的改善煤粉润湿性能的添加剂，该添加剂有效解决了煤粉产出而影响煤层气井产能的症结，推进了煤层气井高产稳产。
本发明的目的是这样实现的：
一种改善煤粉润湿性能的添加剂，其构成组分及重量百分比分别为：
有机磺酸：                    15％～40％；
脂肪醇聚氧乙烯醚：            10％～25％；
低级脂肪醇：                  14％～35％；
乙醇胺：                      2％～15％
水：                          31％～53％。
而且，所述有机磺酸如下式所示：
R-SO3H，R＝C12-C18。
而且，所述脂肪醇聚氧乙烯醚如下式所示：
R-O-(CH2CH2O)n-H，R＝C12-C18，n＝6-10。
而且，所述低级脂肪醇为甲醇、乙醇或丙醇。
而且，所述乙醇胺包括一乙醇胺、二乙醇胺或者三乙醇胺。
本发明的优点和积极效果是：
1、本添加剂由有机磺酸、脂肪醇聚氧乙烯醚、低级脂肪醇和水复配而成，能改善液体对煤粉的润湿性，有效分散煤粉，防止结块沉淀，使煤粉随采出水采出，有效提高煤层气导流能力，防止煤层改造过程中煤粉堵塞裂缝，主要应用于煤层气井压裂改造和其它修井作业过程。
2、本添加剂的主要成分有机磺酸具有去污、湿润、发泡、乳化、分散等性能；脂肪醇聚氧乙烯醚，良好的湿润性能，较好的乳化、分散、洗净等性能；低级脂肪醇及乙醇胺，有利于提高有效成分的分散性能，能使疏水的煤粉均匀地分散在液体中，有效防止了煤层气井在排水采气过程中由于煤岩破碎形成的细小煤粉滞留在裂缝端部、影响裂缝扩展或堵塞煤层天然裂缝***及支撑剂充填层孔隙、降低煤层渗透率、干扰煤层气的正常生产的问题。
3、本发明各组分在常温下直接混合而成，可以直接加入到煤层气田压裂改造用液体中，与其它添加剂互溶，配伍性好，易分散，使用煤层温度0℃～80℃，添加剂使用质量浓度0.5％～5％，有效解决了煤粉产出而影响煤层气井产能的症结，推进了煤层气井高产稳产。
具体实施方式
下面结合实施例，对本发明进一步说明，下述实施例是说明性的，不是限定性的，不能以下述实施例来限定本发明的保护范围。
实施例1：
十二烷基磺酸∶脂肪醇聚氧乙烯醚∶甲醇∶一乙醇胺∶水＝18∶18∶24∶4∶38，在常温下直接混合而成。当分散剂加入量为1.5％(质量比)和2％(质量比)时，泵注排量分别为1ml/min和2ml/min，煤粉流出量见表1。
表1实施例1中煤粉流出量
  排量ml/min 2 1 2 1 2 1 2 1
  分散剂用量％ 0.5 0.5 1.5 1.5 2 2 4 4
  煤粉流出量g 0.71 0.33 2.54 1.18 2.81 1.32 3.01 1.38
实施例2：
十二烷基苯磺酸∶脂肪醇聚氧乙烯醚∶甲醇∶二乙醇胺∶水＝23∶18∶20∶4∶35，在常温下直接混合而成。当分散剂加入量为1.5％(质量比)和2％(质量比)时，泵注排量分别为1ml/min和2ml/min，煤粉流出量见表2。
表2实施例2中煤粉流出量
  排量ml/min 2 1 2 1 2 1 2 1
  分散剂用量％ 0.5 0.5 1.5 1.5 2 2 4 4
  煤粉流出量g 0.88 0.52   2.73   1.26   3.02   1.59 3.19 1.72
实施例3：
十二烷基苯磺酸∶脂肪醇聚氧乙烯醚∶乙醇∶三乙醇胺∶水＝23∶15∶20∶9∶33，在常温下直接混合而成。当分散剂加入量为1.5％(质量比)和2％(质量比)时，泵注排量分别为1ml/min和2ml/min，煤粉流出量见表3。
表3实施例3中煤粉流出量
  排量ml/min 2 1 2 1 2 1 2 1
  分散剂用量％ 0.5 0.5 1.5 1.5 2 2 4 4
  煤粉流出量g 0.63 0.42   2.47   1.08   2.66   1.15 2.91 1.47
本发明上述煤粉流出量是采用流动实验测定，具体过程是：将煤粉碎成一定粒度制成煤粉，把煤粉和石英砂以一定比例在一定压力下压制成柱状——模具，让含有添加剂的液体以一定的流速通过模具，收集流出物，测定通过模具流出物中煤粉的重量。
本发明的该添加剂作用机理如下：
添加剂可以吸附于煤粉表面，形成双分子层结构，外层分散剂极性端与水有较强亲合力，增加了煤粉被水润湿的程度，固体颗粒之间因静电斥力而远离。使体系均匀，悬浮性能增加，不沉淀。

Claims (4)

1.一种改善煤粉润湿性能的添加剂，其特征在于：其构成组分及重量百分比分别为：
有机磺酸：            15％～40％；
脂肪醇聚氧乙烯醚：    10％～25％；
脂肪醇：              14％～35％；
乙醇胺：              2％～15％
水：                  31％～53％；
所述脂肪醇为甲醇、乙醇或丙醇。
2.根据权利要求1所述的改善煤粉润湿性能的添加剂，其特征在于：所述有机磺酸如下式所示：
R-SO3H，R＝C12-C18。
3.根据权利要求1所述的改善煤粉润湿性能的添加剂，其特征在于：所述脂肪醇聚氧乙烯醚如下式所示：
R-O-(CH2CH2O)n-H，R＝C12-C18，n＝6-10。
4.根据权利要求1所述的改善煤粉润湿性能的添加剂，其特征在于：所述乙醇胺包括一乙醇胺、二乙醇胺或者三乙醇胺。
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