[發明專利]一種煤層氣井排采用高分子煤粉沉降劑及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 202010863277.2
• 申請日: 2020-08-25
• 公開（公告）號: CN111909307B
• 公開（公告）日: 2021-03-02
• 發明（設計）人: 魏迎春;孟濤;張勁;林亮;王安民;曹代勇;王亞東;趙萌
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學（北京）
• 主分類號: C08F220/58
• 分類號: C08F220/58;C08F220/06;C08F230/02;C08F220/20;C08F222/38;C08F2/30;E21B43/00
• 代理公司: 北京中知星原知識產權代理事務所(普通合伙) 11868
• 代理人: 艾變開

本發明提供了一種煤層氣井排采用高分子煤粉沉降劑，包括以下的式(A)、式(B)、式(C)式(D)和式(E)的重復單元：其中，R1選自H或C1?C4烷基，R2、R3獨立地選自C1?C4烷基，M為鈉或鉀。本發明提供的沉降劑帶有豐富的官能團：羧酸根陰離子、氧肟酸基、多羥基、氨基，磷酸酯基，各種官能團協同發揮作用，與煤粉顆粒表面相互作用，能夠使各種粒徑的煤粉快速沉降。沉降劑采用反相微乳液方法制備得到，得到了分子量較大的沉降劑，可以快速，有效的使煤粉沉降，減少了卡泵的風險，同時，對煤層的滲透破壞率小。

技術領域

本發明屬于煤層氣井開發技術領域，具體涉及一種煤層氣井排采用高分子煤粉沉降劑及其制備方法和應用。

背景技術

我國煤盆地構造-熱演化的復雜性和煤儲層的特殊性，煤是一種泊松比高、硬度低、易破碎的非常規儲層，煤層氣開發過程中普遍存在煤粉產出問題。大多數煤儲層松軟、夾持性差等因素，煤層氣井壓裂和排采過程中，煤巖易發生破碎，使得壓裂支撐劑及煤粉返吐、地層產煤粉嚴重。煤粉的產出會造成排采設備損壞、導致卡泵和埋泵等，縮短檢泵周期，增加煤層氣井作業費用和生產成本，破壞煤層氣井連續穩定生產，影響煤層氣開發，已成為困擾煤層氣商業開發的主要因素。因此，防煤粉技術的研究和發展對煤層氣開發具有重要意義。針對煤層氣開發中煤粉問題，為了防止煤粉對泵及排出設備的影響，現有煤粉管控工藝技術，一方面是采用分散劑使煤粉懸浮排出，但是加入分散劑的煤粉也難免會在管壁和泵壁附著聚集，造成卡泵。另一方面是阻止煤粉進入排采系統，防止煤粉引起的卡泵等排采設備故障，如在泵下安裝防砂篩管，但防砂篩管易堵塞，不能真正解決煤粉問題。因此，本發明的技術是使煤粉在進入排采設備前就被沉降到井底，煤粉很少進入排采系統中，減少了卡泵的風險。

現有技術中一般采用常見的表面活性劑作為煤粉分散劑，研究其和煤粉分散的效果，但這種并非針對煤的特殊形貌和化學成分的表面活性劑，難以在實際煤層氣開采中發揮功效。比如中國專利CN101693829A公開了一種煤層氣井壓裂用煤粉分散劑，其包括非離子表面活性劑、有機銨鹽和醇，其中非離子表面活性劑是辛基苯酚聚氧乙烯醚。中國專利CN101948684A公開了一種煤層氣井壓裂用活性水壓裂液，其中煤粉分散劑為木質素磺酸鈉。這些分散劑的分散性能也有待進一步提高，而且這種單一的分散體系，難以滿足實際生產中煤層的復雜情況作出相應的調整。發明人在前的專利CN110183567A公開了一種高分子聚合物基煤粉分散劑，其是丙烯酸、長鏈烷基丙烯酸酯、山梨醇丙烯酸酯的三元共聚物，通過調節三種單體的含量配比，可以針對不同煤層氣井的情況，調整高分子分散劑的結構，以滿足實際的需要。但是煤粉分散劑，懸浮劑的有效期較短，而且即使分散性再好，在復雜的地質環境下，受到水質和水量等復雜情況的影響，難免會有煤粉聚集成團，造成卡泵。

除了使煤粉分散，懸浮外，使煤粉沉降也是一種煤粉管控工藝中可行的思路。其是可以控制煤粉聚集成團，絮凝，沉降在井底，煤粉很少進入排采系統，減少了卡泵的風險。CN110080723A公開了一種陰離子型PAM絮凝劑在煤層氣井筒懸浮煤粉處理中的應用，使煤層產出的煤粉通過絮凝作用沉降在井底，后期通過洗井將煤粉排至地面，緩解煤層氣井筒堵塞問題。但是這種絮凝劑用量大，對煤層的傷害較大，長期使用甚至造成不可逆的傷害。劉子雄(《煤炭科學技術》，第48卷第5期，煤層氣井壓裂裂縫內超級分子膜控煤粉可行性研究，以及專利CN1100094175A)開發了一類超分子膜技術的煤粉穩定劑，加入后可以有效吸附大粒徑煤粉，降低煤粉對裂縫通道的堵塞，提高滲透率。但是該方法是AB兩種試劑的混合使用，試劑濃度不同會導致沉降行為，聚集成團的狀態差異很大，對添加試劑的濃度和用量提出了很高的要求和操作，在實際煤層氣井運行過程中，不同煤層氣井的地質，煤粉差別很大，即使是同一煤層氣井，不同時間的排水量也差異很大。難以控制AB雙組份的煤粉穩定劑在水中的濃度。而且該方法只能沉降大粒徑的煤粉，小粒徑煤粉會從其網狀結構穿過，會對泵內部結構產生黏附，聚集等不利情況。