一种实现煤层表面气润湿反转提高煤层气井产量的方法

摘要

本发明涉及一种实现煤层表面气润湿反转提高煤层气井产量的方法。该方法包括将由全氟辛基磺酰胺丙基氧化胺和平平加O组成气润湿反转处理剂加入甲醇或乙醇溶剂配成溶液，或者加入其它入井流体中，泵入煤层中；使煤层表面全部浸于含有气润湿反转处理剂的溶液中，能有效的将煤层表面从液体润湿性转变为气体润湿性并且简便易行，而且可以防止煤层孔隙的堵塞和基质的膨胀，从而显著的改善煤层气井的产量。

说明书

技术领域

本发明涉及一种实现煤层表面气润湿反转提高煤层气井产量的方法，属于煤层气开采技术领域。

背景技术

尽管石油、天然气在我国的能源消费中所占的比重很大，但是，煤炭仍然是我国的第一大能源。煤炭属于化石能源，其开采具有相当大的风险和安全问题。煤炭工业自1834年法国伊萨克矿井发生世界上第一次有记载的瓦斯（即煤层气）突出以来，世界各主要采煤国家都发生过不同程度的瓦斯突出现象。我国的瓦斯突出灾害也很严重，与各主要产煤国相比，我国的煤炭赋存条件差，主要依靠井工开采。近年来，随着开采深度的增加，煤层瓦斯含量也逐渐增加，煤层瓦斯压力增大，瓦斯突出危险性增高，突出灾害日趋严重，突出防治难度也越来越大。从目前的情况来看，瓦斯突出仍然是煤炭生产的主要安全问题之一，另外，煤层气还是比较洁净的能源，含高浓度甲烷的煤层气其热值与天然气相当，为此，国家大力支持先采气后采煤，提高瓦斯开采效率。但是，由于煤的渗透率极低，透气性很差，导致瓦斯排采率特低。为了加大煤的透气性和煤层气井的产量，常常进行水力压裂措施，但由于大部分煤层都是亲水的，煤样表面多为水湿，导致水力压裂过程中压入煤层的水无法完全反排出来，形成所谓的“水锁”现象，即水挡住瓦斯气体的流动，阻碍后续瓦斯的生产排采。气润湿反转方法可以改变井底附近煤层的润湿性，将煤层的润湿性由亲水变为亲气，毛管压力将从阻力变成动力，降低或解除“水锁”现象，加大水的返排，减少对煤层的伤害，进而提高煤层气井的产量。

CN102504790A提供一种用阳离子氟碳表面活性剂实现岩心表面气润湿反转的方法。所用的润湿反转处理剂含有阳离子氟碳表面活性剂FC911、季铵盐表面活性剂和极性流体；优选的所用的润湿反转处理剂由FC911、十六烷基三甲基溴化铵和水配成。该发明能将气藏岩石表面转变为强气湿性，且具有良好的稳定性。该方法适用于天然气藏井。而煤层气在储集特征、渗流特点、开发机理、开采方式等方面都与常规天然气藏不同。煤层气藏具有以下特点：煤层的杨氏模量比一般的砂岩或石灰岩储层低(一般小一个数量级)，而压缩系数高，气水共存，煤层气藏压力低，煤层易损害，煤层裂缝发育。与常规天然气藏相比，煤层气藏有其独特性，煤层气藏具有双重孔隙气藏性质，由基质和割理组成，即存在原生孔隙和次生孔隙，因为原生孔隙有巨大的表面积，并吸附了大量的气体（约占总气量的85％～90％）；另一方面，原生孔隙的渗透率非常低，对于水和气都是不可渗流的，煤层气主要以吸附状态储集在基质微孔隙中，裂隙中一般不含或含少量气体，而水主要富集在裂隙或割理中，基质孔隙中不含水。煤层中的煤粉以及富含的粘土矿物遇水易于水化，会因遇到入井流体的水发生水化膨胀而造成对煤层的堵塞和伤害。因此，用于常规天然气藏的方法不适用于煤层气藏。

此外，还有研究提议使用聚合物来改变煤层表面气润湿，但是由于煤层是具有很强吸附能力的介质，吸附聚合物后会引起煤层孔隙的堵塞和基质的膨胀，煤层总的割理孔隙度仅为1%～2%，即使聚合物的吸附导致基质的轻微膨胀，也会使割理孔隙度及渗透率相对大的下降，而且这种基质的膨胀是不可逆的。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种可保护煤层的、实现煤层表面气润湿反转提高煤层气井产量的方法。

术语说明：

所述全氟辛基磺酰胺丙基氧化胺为公知原料，可市购，其分子式为：

平平加O，化学名：脂肪醇聚氧乙烯醚，非离子表面活性剂，可市购。

本发明技术方案如下：

一种实现煤层表面气润湿反转的方法，该方法包括：

将由全氟辛基磺酰胺丙基氧化胺和平平加O组成的气润湿反转处理剂加入甲醇或乙醇溶剂配成溶液，或者加入其它入井流体中，泵入煤层中；使煤层表面全部浸于含有气润湿反转处理剂的溶液中，使部分煤层表面从液体润湿性转变为气体润湿性，达到明显的气润湿；

其中，所述平平加O与全氟辛基磺酰胺丙基氧化胺的质量比为3:5-9，气润湿反转处理剂配成溶液的质量浓度是0.1%-0.3%，或者以质量浓度0.1%-0.3%的比例加入其它入井流体中；

所述煤层表面在气润湿反转处理剂中浸泡处理时间为3～4小时；所述气润湿反转处理剂与煤层表面接触处理的温度条件为30～80℃。

所述其它入井流体是压裂液、钻井液和/或完井液。本发明优选溶剂为甲醇。

根据本发明优选的，所述煤层表面在气润湿反转处理剂中浸泡处理时间为3小时。

根据本发明优选的，所述气润湿反转处理剂与煤层表面接触处理的温度条件为35～70℃。

根据本发明优选的，所述平平加O选自平平加O-10或平平加O-15，市购产品。

根据本发明，一种优选的方案是：将煤层表面转变为气润湿性的方法，由平平加O-10与全氟辛基磺酰胺丙基氧化胺按3:7的质量比混合，加甲醇配成0.1～0.2wt%的溶液，泵入煤层中，使煤层表面全部浸泡于所述气润湿反转处理剂中，地下温度35～70℃，处理时间为3小时。

根据本发明，另一种优选的方案是：将煤层表面转变为气体润湿性的方法，由平平加O-10与全氟辛基磺酰胺丙基氧化胺按3:7的质量比混合，以0.1-0.2wt%的浓度加入其它入井流体中，随入井流体泵入煤层。所述入井流体是压裂液、钻井液和/或完井液。

本发明中用含氧化胺型氟碳表面活性剂的气润湿反转处理剂获得煤层气润湿性表面，全氟辛基磺酰胺丙基氧化胺作为氟碳表面活性剂具有既疏水又疏油的特殊性能，是由于氟原子特殊的物理和化学性质，含有大量C-F键的化合物的分子间凝聚力小，结果使表面自由能也降低，形成了对各种液体很难润湿、很难附着的特有性质。

本发明中使用的氧化胺型氟碳表面活性剂，在中性和碱性环境中显示非离子性质，在酸性环境中显示弱的阳离子性质，而且其中的N-O键使得该表面活性剂不论在酸性、中性、碱性环境中，均能与煤表面的N、O键合，对煤层具有保护作用，有利于提高煤层气井气体采收率以及改善地层堵塞现象。

本发明具有以下技术特点和优良效果：

本发明可使煤层表面达到强气湿，改善煤层的润湿性，有利于提高煤层气井产能。

本发明所使用的表面活性剂，氧化胺型氟碳表面活性剂和平平加O以及所用的溶剂醇，对煤层具有保护作用，有利于提高煤层气井气体采收率以及改善地层堵塞现象。

本发明所使用的气润湿反转处理剂可有效避免化学药剂和含氟聚合物对地层的污染。

本发明的方法成功实现煤层表面气润湿反转，能有效的将煤层表面从液体润湿性转变为气体润湿性并且简便易行，而且可以防止煤层孔隙的堵塞和基质的膨胀，从而显著的改善煤层气井的产量。

附图说明

图1是水滴在未处理的煤样表面的形状和接触角θ，θ＝46°；

图2是油滴在未处理的煤样表面的形状和接触角θ，θ＝82°；

图3是水滴在实施例1处理后的煤样表面的形状和水、气、固三相接触角，θ＝103°；

图4是油滴在实施例1处理后的煤样表面的形状和油、气、固三相接触角，θ＝94°；

图5是水滴在实施例2处理后的煤样表面的形状和水、气、固三相接触角，θ＝106°；

图6是油滴在实施例2处理后的煤样表面的形状和油、气、固三相接触角，θ＝98°；

其中，固相基底是磨平表面的煤样，水相为0.2%的NaCl，相对密度1.012，粘度1.0cp，空气/水表面张力为72.8mN/m。油为正癸烷（n-C10），相对密度为0.73，粘度0.92cp，空气/正癸烷表面张力23.4mN/m。测量温度为25℃。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步说明，但并不限制本发明。实施例中所有百分比均为质量百分比，所用原料均可市购。为了便于效果对比实施例中使用的平平加O均为平平加O-10。

实施例1：

气润湿反转处理剂是由平平加O-10与氟碳表面活性剂全氟辛基磺酰胺丙基氧化胺组成的甲醇溶液，平平加O-10与全氟辛基磺酰胺丙基氧化胺质量比为3:7，溶液浓度为0.1%。

煤层表面气润湿反转实验方法：先将煤样表面打磨光滑，然后用乙醇、丙酮清洗干净。浸泡在所述的气润湿反转处理剂中，在25℃温度下处理3小时，然后在室温下晾干。

本实施例中测量处理后煤样表面接触角，水空气煤样系统接触角为103°，如图3所示，正癸烷空气煤样系统接触角为94°，如图4所示。

实施例2：

如实施例1所述，不同的是气润湿反转处理剂溶液浓度为0.2%。

本实施例测量处理后煤样表面接触角，水空气煤样系统接触角为106°，如图5所示，正癸烷空气煤样系统接触角为98°，如图6所示。

实施例3：

如实施例1所述，不同的是气润湿反转处理剂溶液浓度为0.3%。

本实施例测量处理后煤样表面接触角，水空气煤样系统接触角为102°，正癸烷空气煤样系统接触角为91°。

实施例4：

如实施例2所述，不同的是气润湿反转处理剂中平平加O-10与全氟辛基磺酰胺丙基氧化胺质量比为3:6。

本实施例测量处理后煤样表面接触角，水空气煤样系统接触角为96°，正癸烷空气煤样系统接触角为93°。

实施例5：

如实施例2所述，不同的是气润湿反转处理剂中平平加O-10与全氟辛基磺酰胺丙基氧化胺质量比为3:9。

本实施例测量处理后煤样表面接触角，水空气煤样系统接触角为99°，正癸烷空气煤样系统接触角为94°。

实施例6：

如实施例2所述，不同的是气润湿反转处理剂中平平加O-10与全氟辛基磺酰胺丙基氧化胺的质量比为3:5。

本实施例测量处理后煤样表面接触角，水空气煤样系统接触角为89°，正癸烷空气煤样系统接触角为85°。

实施例7：

如实施例2所述，不同的是气润湿反转处理剂是由平平加O-10与氟碳表面活性剂全氟辛基磺酰胺丙基氧化胺组成的乙醇溶液。

本实施例测量处理后煤样表面接触角，水空气煤样系统接触角为104°，正癸烷空气煤样系统接触角为95°。

以上所有实施例中，煤样经气润湿反转处理剂溶液浸泡6小时后，煤样均未见破碎或者松散。

实施例8：

将煤层表面转变为气体润湿性的方法，由平平加O-10与全氟辛基磺酰胺丙基氧化胺按3:7的质量比混合，将该混合物作为气润湿反转处理剂以0.2wt%的浓度加入压裂液中，随入井流体进入煤层，可提高气井产量10%。