一种用于煤层气藏的煤粉稳定剂及其使用方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及煤层气藏开发开采领域，具体涉及一种用于煤层气藏的煤粉稳定剂及 其使用方法。
【背景技术】
[0002] 煤层气压裂是煤层气井开采过程中的重要环节。但是，不合理的压裂工艺和返排 措施会造成煤层中煤粉运移，在天然裂缝、人工压裂缝和井筒中形成煤粉堵塞。不但增加了 施工压力、对压裂设备造成危害，而且也会降低网缝的导流能力，使得气井的排水降压难以 达到理想状态。因此，煤粉治理是煤层气井压裂开采的核心问题之一。
[0003] 煤粉根据来源可以分为原生煤粉和次生煤粉。原生煤粉与煤体结构有关，在原生 结构煤中发育较少，主要富集在次级褶皱的轴部、断层带以及层间滑动面内的构造煤中，其 发育程度与煤体结构的破碎程度有关。次生煤粉与工程因素有关，是在钻井、压裂和压裂后 的返排过程中形成的。由于煤的硬度差、弹性模量小，泊松比低，在相同外力条件下，煤岩比 常规储层更容易发生破坏、产生大量煤粉，运移后产生架桥堵塞。
[0004] 煤粉可以分有机成分和无机成分，表面具有一定的亲水性，表面Zeta电位 为-20~-30mV。活性水压裂过程，以及压裂后的排水降压过程，是煤粉运移伤害的主要时 期。
[0005] 阳离子稳定剂是利用颗粒表面离子交换特性，以破坏离子交换能力或破坏双电层 离子之间的斥力来防止颗粒的分散迀移。无机盐虽可暂时稳定粘土，但有效期短；无机聚 合物，如羟基铝的有效期较长，但对使用的条件要求较高；有机季铵盐表面活性剂效果较 好，但用量大；聚季铵盐表面活性剂的用量小、效果好，但分子量大，对地层有一定的堵塞作 用。
[0006] 针对煤粉运移伤害问题，现有的对策是增加压裂液的煤粉分散悬浮能力。悬浮剂 的机理是改变煤的润湿能力，使煤粉能长时间分散悬浮于工作液中，在返排时携带出井筒。 据检索，发现如下相关专利文献，CN101693829提供了一种煤层气井压裂用煤粉分散剂及活 性水压裂液，主要成分是非离子表面活性剂，有机铵盐及低碳醇。CN101735794A提供了一种 改善煤粉润湿性能的添加剂，主要成分为有机磺酸、脂肪醇聚氧乙烯醚、低级脂肪醇和水。 CN101948684A涉及煤层气井压裂施工用的一种压裂液，添加阴离子或非离子聚丙烯酰胺做 降阻剂，木质素磺酸盐作为煤粉分散剂。CN201110313042. 7提供了一种用于煤层压裂的煤 粉悬浮剂，组分包括季铵盐表面活性剂、乙醇胺、低级脂肪醇和水。
【发明内容】
[0007] 为解决上述现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种用于煤层气藏的煤 粉稳定剂，本发明煤粉稳定剂在压裂施工中、压裂施工后返排阶段或排采阶段，可以大排量 注入煤粉稳定剂溶液，阳离子吸附在负电荷的煤表面，使煤岩的Zeta电位增至零左右，降 低煤粉和煤粉、煤粉和煤基质表面间负电荷的排斥力，使煤粉固定。采用有机季铵盐表面活 性剂或聚季铵盐表面活性剂，与无机阳离子聚合物、醇进行复配。材料在煤粉颗粒上形成不 可逆的吸附膜、防止煤粉分散迀移。
[0008] 本发明煤粉稳定剂的机理是：（1) "中和"作用和"包被"作用，煤岩的Zeta电 位增至零左右，降低煤粉和煤粉、煤粉和煤基质表面间负电荷的排斥力，使煤粉不易运移； ⑵"桥连"作用，同时吸附多个颗粒，从而抑制煤粉的分散和运移。
[0009] 本发明通过下述技术方案实现：
[0010] 一种用于煤层气藏的煤粉稳定剂，所述煤粉稳定剂由下列重量百分比的组分组 成：
[0011] 有机季铵盐表面活性剂或聚季铵盐表面活性剂20~40 %
[0012] 无机阳离子聚合物 1~10%
[0013]醇 5 ~30%;
[0014] 最后，由水补齐至100%。
[0015] 进一步地，所述有机季铵盐表面活性剂为：二甲基二烯丙基氯化铵、2-氯乙基三 甲基氯化铵、十六烷基三甲基氯化铵、十二烷基三甲基氯化铵、十八烷基三甲基氯化铵、 十六烷基三甲基溴化铵、十二烷基三甲基溴化铵、十四烷基三甲基溴化铵、十八烷基三甲基 溴化铵、十二烷基二甲基溴化铵、双十二烷基二甲基溴化铵或2-羟乙基三甲基氯化铵中的 一种或两种以上混合物。
[0016] 再进一步地，所述聚季铵盐表面活性剂为：丙烯酰胺与二甲基二烯丙基氯化铵的 合成产物、丙烯酰胺与三甲基单烯丙基氯化铵的合成产物、丙烯酰胺和甲醛与二甲胺的合 成产物、环氧氯丙烷与二甲胺的合成产物中的一种或两种以上的混合物。
[0017] 更进一步地，所述无机阳离子聚合物为羟基铝、羟基锆或氯氧化锆中的一种或两 种以上的混合物。
[0018] 另外，所述醇为甲醇、乙醇、丙醇或乙二醇中的一种或两种的混合物。
[0019] 作为一种优选，所述煤粉稳定剂由下列重量百分比的组分组成：有机季铵盐表面 活性剂40 %、无机阳离子聚合物5 %、醇25 %、水30 %。
[0020] 作为另一种优选，所述煤粉稳定剂由下列重量百分比的组分组成：聚季铵盐表面 活性剂35%、无机阳离子聚合物5%、醇25%、水35%。
[0021] 作为第三种优选，所述煤粉稳定剂由下列重量百分比的组分组成：有机季铵盐表 面活性剂30%、无机阳离子聚合物5%、醇25%、水40%。
[0022] 本发明是现场制备，也就是直接将各原料按比例混合均匀，即可直接使用。
[0023] 上述用于煤层气藏的煤粉稳定剂的使用方法，包括以下步骤：
[0024] 在前置液阶段，将煤粉稳定剂配制好后泵入地层；
[0025] 在压裂过程中，将煤粉稳定剂配制好后泵入地层；
[0026] 在压裂后，将煤粉稳定剂作为顶替液配制号后泵入地层；
[0027] 在生产过程中，井筒发生堵塞时，将煤粉稳定剂配制好后泵入地层。
[0028] 本发明具有以下优点及有益效果：
[0029] 本发明煤粉稳定剂对地层的伤害率低，