專利名稱：煤層氣井壓裂用煤粉分散劑及活性水壓裂液的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種煤層氣井壓裂用分散劑及活性水壓裂液，具體涉及一種煤層氣井
壓裂用的能夠使煤粉在壓裂液中均勻分散、避免煤粉聚集成團、降低并穩(wěn)定施工壓力的煤 粉分散劑，以及包含該煤粉分散劑的活性水壓裂液。
背景技術(shù)：
煤層氣儲層具有低孔、低滲的特點，常規(guī)煤層氣直井如果不通過壓裂改造很難獲 得產(chǎn)能。由于煤是一種楊氏模量低、泊松比高、硬度低、易破碎的非常規(guī)儲層，在壓裂中易被 壓碎、壓實，產(chǎn)生煤粉，由于煤粉顆粒表面的潤濕性，在水中無法分散開，成團分布，引起壓 裂過程中泵壓高且波動幅度大，煤粉還會造成裂縫通道堵塞，影響煤層氣井的壓裂效果。同 時在排采過程中，增加檢泵次數(shù)，為煤層氣井的開采開發(fā)增加成本。 目前國內(nèi)尚沒有能夠解決這一問題的產(chǎn)品，本發(fā)明通過改變煤粉顆粒表面潤濕 性，使煤粉能夠在壓裂液中均勻分散開，懸浮于壓裂液中，避免壓裂施工時壓力波動，保證 壓裂施工的效果，降低煤層氣井的開采成本。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是為了解決上述技術(shù)問題而作出的，本發(fā)明的目的在于提供一種煤層氣井 壓裂用煤粉分散劑，該煤粉分散劑能夠使煤粉在壓裂液中均勻分布，降低施工壓力，同時將 其在排液時隨著壓裂液排出地層，避免堵塞裂縫通道。 由于煤粉顆粒表面的憎水性，水分子無法吸附到煤粉顆粒的表面，亦無法進入到 煤粉顆粒之間的空隙中，造成了煤粉顆粒聚集成團漂浮在水的表面、或沉在水底。因此必須 改變煤粉顆粒表面的潤濕性，使得煤粉表面由憎水改為親水，使得水分子能夠吸附到煤粉 顆粒的表面，同時進入到煤粉顆粒之間的空隙中，從而使煤粉不再成團分布，在水中均勻分 布。 由于表面活性劑分子結(jié)構(gòu)的特殊性，分子同時具有憎水基和親水基，一端的憎水 基能夠輕易的吸附在煤粉顆粒的表面，另一端的親水基與水分子結(jié)合，使水分子就能夠吸 附在煤粉顆粒的表面，從而將煤粉顆粒均勻分散開來。 煤粉在1. 5%氯化鉀(質(zhì)量百分比)溶液中聚集成團，漂浮在液體表面，圖la示出 煤粉在1.5% (質(zhì)量百分比)氯化鉀溶液中的分布狀態(tài)；煤粉在煤粉分散劑溶液中能夠均 勻分散，圖lb示出煤粉在煤粉分散劑溶液中的分布狀態(tài)。 圖2是煤粉沉降時間隨壓裂液中煤粉分散劑濃度變化的曲線圖，從圖2中可以看
出隨著壓裂液中煤粉分散劑的濃度逐漸增大，煤粉的沉降時間逐漸加快，當煤粉分散劑的
濃度達到0.2% (質(zhì)量百分比)時，煤粉沉降時間加快速度趨于平穩(wěn)。 本發(fā)明按下述方法制備(本說明書中所述濃度均為質(zhì)量百分比) A:將非離子表面活性劑、有機銨鹽、醇按2 : 1 : 7的比例配制，混合均勻形成澄
清透明的溶液，即得到煤粉分散劑的原液。所述的醇可以用醚取代。
B :由方法A所制得的煤粉分散劑原液可根據(jù)壓裂施工需要，按不同濃度比例，加 入到氯化鉀溶液中，混合均勻，形成澄清透明的煤粉分散劑活性水壓裂液。
C:由方法A所制得的煤粉分散劑原液也可按不同濃度比例，加入到防膨劑溶液 中，混合均勻，形成澄清透明的煤粉分散劑活性水壓裂液。 D :由方法B、方法C制得的煤粉分散劑活性水壓裂液在壓裂中可作為前置液或攜
砂液單獨使用，也可在壓裂中全程使用，用作前置液、攜砂液、頂替液等。 E :方法B、方法C中煤粉分散劑原液的推薦使用濃度為0. 2%，可根據(jù)煤層中粉煤
的含量對煤粉分散劑原液的濃度進行調(diào)整，粉煤含量越高，煤粉分散劑原液的使用濃度越
高，調(diào)整范圍為0. 15 0. 25%，即煤粉分散劑原液占最終制得的煤粉分散劑活性水壓裂液
的總質(zhì)量的O. 15 0.25%。 F :方法B中所述氯化鉀溶液中氯化鉀的質(zhì)量占最終制得的煤粉分散劑活性水壓 裂液的總質(zhì)量的1.0 1.5% ;方法C所述防膨劑溶液中防膨劑的質(zhì)量占最終制得的煤粉 分散劑活性水壓裂液的總質(zhì)量的0. 4 1. 0%。 本發(fā)明所述的非離子表面活性劑優(yōu)選為辛基苯酚聚氧乙烯醚，進一步優(yōu)選為辛基 苯酚聚氧乙烯(10)醚(簡稱0P-10);所述的有機銨鹽優(yōu)選為12-烷基-3_甲基氯化銨； 所述的醇優(yōu)選為乙醇、丙醇、丁醇或戊醇；所述醚優(yōu)選為乙醚、丙醚、丁醚或戊醚；所述的防 膨劑是油氣田開發(fā)中常用的化工料，也被稱作粘土穩(wěn)定劑，為季銨鹽與氯化鉀、氯化銨復(fù)配 的混合物，防膨劑中季銨鹽、氯化鉀、氯化銨的含量與使用地層中粘土礦物的含量和類型有 關(guān)，防膨劑的主要成分為季銨鹽，占防膨劑總質(zhì)量的80 90% 。 本發(fā)明所選的12-烷基-3_甲基氯化銨能夠很容易地吸附于煤粉顆粒表面，使煤 粉顆粒呈正電性，從而使煤粉顆粒互相排斥，不易聚集成團；辛基苯酚聚氧乙烯(10)醚(簡 稱0P-10)為非離子表面活性劑，其本身不帶電荷，可以使帶正電的煤粉顆粒與水分子相結(jié) 合，從而使煤粉顆粒在水中快速沉降。 經(jīng)過室內(nèi)大量實驗，生產(chǎn)和現(xiàn)場試驗了煤粉分散劑活性水壓裂液，本發(fā)明具有如 下優(yōu)點 煤粉分散劑可以有效地分散煤粉，避免壓裂施工過程中煤粉聚集，堵塞壓裂流體 通道，造成端部脫砂的產(chǎn)生，影響壓裂施工的成敗。同時還能在后期排采過程中，將產(chǎn)生的 煤粉隨著排出液攜帶出底層，減少煤層氣井排采過程中的檢泵次數(shù)。


圖la是表示煤粉在1. 5%氯化鉀溶液中的分布狀態(tài)的圖。 圖lb是表示煤粉在煤粉分散劑溶液中的分布狀態(tài)的圖。 圖2是煤粉沉降時間隨壓裂液中煤粉分散劑濃度變化的曲線圖。
具體實施例方式
下述濃度均為質(zhì)量百分比，比例為質(zhì)量比。
實施例1 將辛基苯酚聚氧乙烯(10)醚(簡稱0 -10)、12-烷基-3_甲基氯化銨、乙醇按 2:1: 7的比例(質(zhì)量比)混合均勻，配制成澄清透明的煤粉分散劑原液。將煤粉分散劑原液按0. 15質(zhì)量份、氯化鉀按1. 0 1. 5質(zhì)量份，加入到98. 85 98. 35質(zhì)量份的水中，混
合均勻，形成澄清透明的煤粉分散劑活性水壓裂液，煤粉分散劑原液占最終制得的壓裂液
的總質(zhì)量的0. 15%，氯化鉀占最終制得的壓裂液的總質(zhì)量的1. 0 1. 5%。所配得的壓裂
液可應(yīng)用在粉煤含量不高的煤層氣井壓裂中，壓裂時作為前置液或攜砂液單獨使用，也可
全程使用，按照前置液、攜砂液、頂替液的順序注入。 實施例2 將辛基苯酚聚氧乙烯(10)醚(簡稱0 -10)、12-烷基-3_甲基氯化銨、乙醚按2:1: 7的比例(質(zhì)量比)混合均勻，配制成澄清透明的煤粉分散劑原液。將煤粉分散劑原液按0. 15質(zhì)量份、氯化鉀按1. 0 1. 5質(zhì)量份，加入到98. 85 98. 35質(zhì)量份的水中，混合均勻，形成澄清透明的煤粉分散劑活性水壓裂液，煤粉分散劑原液占最終制得的壓裂液的總質(zhì)量的0. 15%，氯化鉀占最終制得的壓裂液的總質(zhì)量的1. 0 1. 5%。所配得的壓裂液可應(yīng)用在粉煤含量不高的煤層氣井壓裂中，壓裂時作為前置液或攜砂液單獨使用，也可全程使用，按照前置液、攜砂液、頂替液的順序注入。
實施例3 對于粉煤含量較高的煤層氣井壓裂，可以將實施例1或?qū)嵤├?的壓裂液中煤粉分散劑原液的用量由0. 15質(zhì)量份增大至0. 20質(zhì)量份，同時在壓裂液中的使用的水量適應(yīng)性減少，氯化鉀用量不變，即在壓裂液中煤粉分散劑原液由占壓裂液總質(zhì)量的O. 15%增大至O. 20%，效果會更好；如果儲層中粉煤的含量很高，還可將實施例1壓裂液中煤粉分散劑原液的用量增大至0. 25質(zhì)量份，同時在壓裂液中的使用的水量適應(yīng)性減少，氯化鉀用量不變，即在壓裂液中煤粉分散劑原液增大至由占壓裂液總質(zhì)量的0. 25% 。使用方法同實施例1。 實施例4 將按實施例1或?qū)嵤├?制備的煤粉分散劑原液按0. 15的質(zhì)量份、防膨劑(防膨劑的主要成分為季銨鹽，占防膨劑總質(zhì)量的80 90% )按0. 4 1. 0的質(zhì)量份，加入到99. 45 98. 85質(zhì)量份的水中，混合均勻，形成澄清透明的煤粉分散劑活性水壓裂液，煤粉分散劑原液占最終制得的壓裂液的總質(zhì)量的0. 15%，防膨劑占最終制得的壓裂液的總質(zhì)量的O. 4 1. 0%。所配得的壓裂液可應(yīng)用在粉煤含量不高、儲層水敏性較強的煤層氣井壓裂中，壓裂時既可作為前置液或攜砂液單獨使用，也可在壓裂中全程使用，按照前置液、攜砂液、頂替液的順序注入。
實施例5 對于粉煤含量較高、儲層水敏性較強的煤層氣井壓裂，可以將實施例3壓裂液中煤粉分散劑原液的用量由0. 15質(zhì)量份增大至0. 20質(zhì)量份，同時在壓裂液中的使用的水量適應(yīng)性減少，氯化鉀用量不變，即在壓裂液中煤粉分散劑原液由占壓裂液總質(zhì)量的O. 15%增大至O. 20%，效果更好；如果儲層中粉煤的含量很高，還可將實施例3壓裂液中煤粉分散劑原液的用量增大至0. 25質(zhì)量份，同時在壓裂液中的使用的水量適應(yīng)性減少，氯化鉀用量不變，即在壓裂液中煤粉分散劑原液增大至由占壓裂液總質(zhì)量的0.25%。使用方法同實施例3。 事實上，實施例1-5中不必先制得煤粉分散劑原液，然后再制得活性水壓裂液。而是可以直接將辛基苯酚聚氧乙烯(10)醚、12-烷基-3_甲基氯化銨、乙醇、氯化鉀加入到水中，混合均勻，直接形成澄清透明的煤粉分散劑活性水壓裂液，最終效果相同。 經(jīng)過實驗證明，使用其他辛基苯酚聚氧乙烯醚，和/或?qū)⒁掖几臑楸?、丁醇或?br> 醇都可達到類似的效果。 煤粉分散劑能夠使壓裂所產(chǎn)生的煤粉以懸浮微粒的形態(tài)均勻分散于壓裂液中，避免煤粉成團堵塞裂縫孔道，從而降低、平穩(wěn)施工壓裂壓力。 在煤層氣井壓裂試驗中，施工壓裂平穩(wěn)，排液初期返排液中攜帶有大量煤粉，各井壓后排液時均見氣，點火燃燒，壓裂效果明顯。 另外，本發(fā)明不限于前面敘述的實施例，可以在不脫離本發(fā)明宗旨的范圍內(nèi)進行各種變形實施。
權(quán)利要求
一種煤層氣井壓裂用煤粉分散劑，其特征在于該煤粉分散劑包含以下組分(1)非離子表面活性劑，(2)有機銨鹽，(3)醇，其中，所述非離子表面活性劑為辛基苯酚聚氧乙烯醚，所述有機銨鹽為12-烷基-3-甲基氯化銨，所述醇為乙醇、丙醇、丁醇或戊醇，非離子表面活性劑、有機銨鹽、醇的質(zhì)量比為2∶1∶7。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的煤粉分散劑，其特征在于 醇可以用醚取代，所述醚為乙醚、丙醚、丁醚或戊醚。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的煤粉分散劑，其特征在于所述非離子表面活性劑優(yōu)選為辛基苯酚聚氧乙烯(10)醚。
4. 一種制備如權(quán)利要求1至3任一項所述的煤粉分散劑的方法，其特征在于所述方法包括如下步驟(1) 將非離子表面活性劑、有機銨鹽、醇按2 : i : 7的質(zhì)量比稱??；(2) 將步驟(1)中所稱取的非離子表面活性劑、有機銨鹽加入到醇中，混合均勻形成澄 清透明的溶液，即煤粉分散劑；其中，所述非離子表面活性劑為辛基苯酚聚氧乙烯醚，所述有機銨鹽為12-烷基-3-甲 基氯化銨，所述醇為乙醇、丙醇、丁醇或戊醇。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的制備煤粉分散劑的方法，其特征在于 醇可以用醚取代，所述醚為乙醚、丙醚、丁醚或戊醚。
6. 根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的制備煤粉分散劑的方法，其特征在于所述非離子表面 活性劑為辛基苯酚聚氧乙烯(10)醚。
7. —種包含如權(quán)利要求1至3任一項所述的煤粉分散劑的活性水壓裂液，其特征在于該活性水壓裂液包含以下組分(1)如權(quán)利要求1至3任一項所述的煤粉分散劑，(2)氯化鉀溶液或防膨劑溶液，其中，所述煤粉分散劑占該壓裂液的總質(zhì)量的0. 15 0. 25質(zhì) 量％，所述氯化鉀溶液中氯化鉀的質(zhì)量占該壓裂液總質(zhì)量的1. 0 1. 5質(zhì)量％，所述防膨劑 溶液中防膨劑的質(zhì)量占該壓裂液總質(zhì)量的0. 4 1. 0質(zhì)量％。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的活性水壓裂液，其特征在于 煤粉分散劑占該壓裂液的總質(zhì)量的0. 2質(zhì)量％。
9. 根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的活性水壓裂液，其特征在于所述防膨劑為季銨鹽與氯化鉀、氯化銨復(fù)配的混合物，季銨鹽占防膨劑總質(zhì)量的80 90質(zhì)量％。
10. —種制備如權(quán)利要求7至9任一項所述的活性水壓裂液的方法，其特征在于 所述方法包括如下步驟(1) 將非離子表面活性劑、有機銨鹽、醇按2 : i : 7的質(zhì)量比稱取；(2) 將步驟(1)中所稱取的非離子表面活性劑、有機銨鹽、醇混合均勻形成澄清透明的 溶液，即煤粉分散劑；(3) 將步驟(2)所得的煤粉分散劑加入到氯化鉀溶液或防膨劑溶液中，配得活性水壓 裂液；其中，所述非離子表面活性劑為辛基苯酚聚氧乙烯醚，所述有機銨鹽為12-烷基-3_甲 基氯化銨，所述醇為乙醇、丙醇、丁醇或戊醇，所述煤粉分散劑占該壓裂液的總質(zhì)量的[0. 15 0. 25質(zhì)量％，所述氯化鉀溶液中氯化鉀的質(zhì)量占該壓裂液總質(zhì)量的1. 0 1. 5質(zhì)量％，所述防膨劑溶液中防膨劑的質(zhì)量占該壓裂液總質(zhì)量的0. 4 1. 0質(zhì)量％。
11. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的制備活性水壓裂液的方法，其特征在于醇可以用醚取代，所述醚為乙醚、丙醚、丁醚或戊醚。
12. 根據(jù)權(quán)利要求10或11所述的制備活性水壓裂液的方法，其特征在于所述非離子表面活性劑為辛基苯酚聚氧乙烯(10)醚。
13. 根據(jù)權(quán)利要求10至12任一項所述的制備活性水壓裂液的方法，其特征在于煤粉分散劑占該壓裂液的總質(zhì)量的0. 2質(zhì)量％。
14. 根據(jù)權(quán)利要求10至13任一項所述的制備活性水壓裂液的方法，其特征在于所述防膨劑為季銨鹽與氯化鉀、氯化銨復(fù)配的混合物，季銨鹽占防膨劑總質(zhì)量的80 90質(zhì)量％。
15. 根據(jù)權(quán)利要求10至14任一項所述的制備活性水壓裂液的方法，其特征在于將所述步驟(2)和(3)合并為一個步驟，即步驟(2)'，所述步驟(2)'為將步驟(1)中所稱取的非離子表面活性劑、有機銨鹽、醇加入到氯化鉀溶液或防膨劑溶液中，混合均勻形成活性水壓裂液。
全文摘要
本發(fā)明提供一種煤層氣井壓裂用煤粉分散劑及活性水壓裂液，該煤粉分散劑的特征在于該煤粉分散劑包含以下組分(1)非離子表面活性劑，(2)有機銨鹽，(3)醇，其中，所述非離子表面活性劑為辛基苯酚聚氧乙烯醚，所述有機銨鹽為12-烷基-3-甲基氯化銨，所述醇為乙醇、丙醇、丁醇或戊醇，非離子表面活性劑、有機銨鹽、醇的質(zhì)量比為2∶1∶7。能夠使煤粉在壓裂液中均勻分布，降低施工壓力，同時將其在排液時隨著壓裂液排出地層，避免堵塞裂縫通道。
文檔編號C09K8/60GK101693829SQ20091020852
公開日2010年4月14日 申請日期2009年10月28日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月28日
發(fā)明者劉川慶, 孫斌, 李曙光 申請人:中聯(lián)煤層氣國家工程研究中心有限責任公司;