[發明專利]無固相凍膠組合物和無固相凍膠體系及其制備方法及應用

有效

• 申請號: 202211534909.6
• 申請日: 2022-12-01
• 公開（公告）號: CN115819910B
• 公開（公告）日: 2023-08-11
• 發明（設計）人: 趙光;呂東方;戴彩麗;李凱;李曉龍;趙金忠;趙明遠;李嘉鳴
• 申請（專利權）人: 中國石油大學（華東）;中煤科工西安研究院（集團）有限公司
• 主分類號: C08L33/26
• 分類號: C08L33/26;C09K8/512;C09K8/516;C09K8/42;C09K8/88;C08L61/14;C08L61/06;C08K5/20;C08K5/18
• 代理公司: 北京潤平知識產權代理有限公司 11283
• 代理人: 劉亭亭

本發明涉及采礦工程技術領域，公開了一種無固相凍膠組合物和無固相凍膠體系及其制備方法及應用。所述無固相凍膠組合物包括各自獨立保存的聚丙烯酰胺、交聯劑、促凝劑和配液水；其中，所述促凝劑含有伯胺基團?NHsubgt;2/subgt;，且該伯胺基團?NHsubgt;2/subgt;取代或部分取代所述聚丙烯酰胺中的酰胺基。該無固相凍膠成膠液的水動力學半徑為納米尺度，易于進行超低孔超低滲砂巖裂隙深部，擴散半徑大。同時，無固相凍膠成膠液的成膠時間可控，且其成膠后，強度大，能夠控制裂隙高強度出水。

技術領域

本發明涉及采礦工程技術領域，具體涉及一種無固相凍膠組合物和無固相凍膠體系及其制備方法及應用。

背景技術

隨著我國國民經濟的迅速增長，對煤炭資源的需求不斷提高。安全高效是煤田開發之重，其中頂板和底板出水是影響煤田安全開采的重要因素。煤田開采過程中，頂板和底板地層水經常涌入采掘工作面，引發災害性水害事故，嚴重影響安全生產。超細水泥注漿堵水技術是控制水涌的重要技術。注入的超細水泥在含水層段內形成固相封堵，大大降低了出水層的滲透率，阻止地層水向工作面的流動，保證了煤田安全高效的開采。因此，對應淺層煤田，頂板、底板出水采用注超細水泥漿措施基本能夠解決堵水問題。但隨著煤田開發向深部進軍，頂板、底板砂巖多為低孔-超低孔、低滲-超低滲、細喉道、小孔隙的含水層，裂隙發育更復雜，出水透水風險仍存在。對于該類儲層，由于常規超細水泥漿為固相顆粒，粒徑較大，無法進入裂隙深部，注入過程中擴散半徑小，易形成固相滲濾面，導致水泥漿材料注不進，裂隙出水堵不住或高壓注得進，造成砂巖破裂，對煤層砂巖形成二次傷害。

CN107056190B公開了一種高性能超細水泥基灌漿料，該灌漿料是按如下重量份的原料經充分攪拌均勻制得：超細水泥2640-2760份、改性納米級鈣粉塵60-110份、聚羧酸減水劑19-25份、超細膨脹劑65-105份、超細低鈣粉煤灰70-120份、超細脫硫石膏10-28份，脂肪醇硫酸鈉0.5-1.3份。其中超細水泥粒徑為≥1200目的普通硅酸鹽水泥。該體系漿液配制簡單、施工工藝簡單，操作方便，堵水效果好的特點。由于超細水泥為微米尺度，對于超低滲超低砂巖孔裂隙堵水應用存在一定局限性。

CN101086210A公開了一種煤層氣調剖堵水技術，該技術是根據煤層氣井地質特征和壓裂改造參數，判斷出水層位，注入凝膠、彈性顆粒和惰性纖維進行調剖堵水。本專利中未公開使用的煤層應用條件，同時涉及彈性顆粒，對于超低滲超低砂巖裂隙仍存在注入性、擴散半徑小的難點。

基于現有煤層砂巖裂隙注漿材料發展現狀及復雜超低孔超低滲裂隙控水要求，研究和開發一種無固相的凍膠體系進行堵水具有重要意義。

發明內容

本發明的目的是為了克服現有技術存在的常規超細水泥漿為固相顆粒，粒徑較大，無法進入裂隙深部的缺陷問題，提供一種無固相凍膠組合物和無固相凍膠體系及其制備方法及應用，該無固相凍膠成膠液的水動力學半徑為納米尺度，易于進行超低孔超低滲砂巖裂隙深部，擴散半徑大。同時，無固相凍膠成膠液的成膠時間可控，且其成膠后，強度大，能夠控制裂隙高強度出水。

為了實現上述目的，本發明第一方面提供了一種無固相凍膠組合物，其中，所述無固相凍膠組合物包括各自獨立保存的聚丙烯酰胺、交聯劑、促凝劑和配液水；其中，所述促凝劑含有伯胺基團-NH₂，且該伯胺基團-NH₂取代或部分取代所述聚丙烯酰胺中的酰胺基。

本發明第二方面提供了一種采用前述所述的無固相凍膠組合物制備無固相凍膠成膠液的制備方法，其中，所述的制備方法包括：

(1)將聚丙烯酰胺和配液水接觸進行第一攪拌混合，得到聚丙烯酰胺溶液；

(2)將交聯劑和所述聚丙烯酰胺溶液接觸進行第二攪拌混合；

(3)將促凝劑和所述聚丙烯酰胺溶液接觸進行第三攪拌混合，得到無固相凍膠成膠液。