CN101781553A - 一种煤岩软化活性压裂剂 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种煤岩软化活性压裂剂，该煤岩软化活性压裂剂是由阴离子表面活性剂烷基苯磺酸盐、非离子表面活性剂烷基酚聚氧乙烯醚或脂肪醇聚氧乙烯醚和非离子表面活性剂加成物脂肪醇与环氧乙烷缩合物混合形成复配新型表面活性剂，然后再与氯化钾、硫酸钠、水按一定的比例混合成系列专用煤岩软化活性压裂剂。本发明可用于提高注水效率，预防顶板煤层冲击，大幅度降低煤岩层硬度系数，增强煤层冒放性，提高资源采出率，降低煤尘、防止瓦斯和煤层自燃发火等。
Description
技术领域
本发明属于矿山工程技术领域，具体涉及一种适用于坚硬煤岩断裂冲击预防、注水压裂软化，增强冒放性，提高资源采出率的煤岩软化活性压裂剂。
背景技术
冲击灾害是一种采矿过程诱发的矿井地震，是矿井的一大自然灾害。冲击灾害所释放的能量，从岩石微小裂纹破裂的10-5J，到大尺度煤岩破坏的109J，相当于里氏震级的-6～5级。目前我国已经成为世界上冲击地压灾害最严重的国家之一。我国发生冲击灾害矿井数量从1985年到2003年已经增长一倍，超过1000个矿井有冲击灾害威胁。每年由于冲击灾害造成了很大的经济损失和人员伤亡事件。但是，随着我国矿井开采以每年20米平均速度向深部延伸，矿井冲击灾害亦有日益严重的趋势。冲击灾害的预防问题，一直伴随煤矿开采，经过了近百年的探索，包括我国在内的许多国家的研究和长期防治方面的实践与经验，总结了一些行之有效的防治措施，其中注水预防冲击地压的方法简单易行，廉价，适用性广，成为防治冲击灾害的首选技术措施。
目前，国内生产中采取了一定技术措施。国家煤矿安全规程规定注水率2％，但效果不佳，主要源于煤层、岩层疏水性和软化性问题所致。近年来事故率达到36％以上，安全生产及采出率的提高受到严重限制。
面对我国不断上升的矿山冲击灾害事故，在生产实践中，采用了不同水基添加剂，主要还是以有效破断煤层、预防瓦斯、降低煤尘为指导，而对水基压裂材料及性能与煤岩基质的吸附润湿性问题，及其压裂液软化能力、配比和破坏面定时定点控制等方面，由于种种原因，研究不够，面对我国煤矿生产安全实际，有待深入开发研究。
冲击灾害煤岩压裂软化技术实施中包括三个阶段，首先，在煤岩中预先压裂形成符合一定要求的(节理组)破裂带，以破坏坚硬顶板，释放弹性变形能量；其二，通过活性压裂液改变煤岩基质的吸附润湿特性和亲合力，达到软化整体煤岩结构、改变煤岩物理力学特性的目的。其三，依靠矿山压力和支架的反复支撑对煤岩的破碎作用，实现冲击煤岩体的最大限度破碎和弹性能释放，达到避免冲击倾向，保护人员与设备，并释放煤层瓦斯、降低煤尘，延缓自燃。多年的现场应用表明，该技术在冲击灾害防治过程具有环保、安全、高效、经济等煤岩冲击灾害预防的特色。但是，面对不同冲击灾害类型的煤层、岩层等多种类型煤岩，在生产实践中，采用了不同水基添加剂，主要还是以有效破断煤层、预防瓦斯、降低煤尘为指导，而对水基压裂材料的性能与煤岩基质的吸附湿润特性问题，及其压裂液软化能力、压裂水溶液驱气界面定时定点控制等方面，种种原因，研究不够，面对产业化推广，仍存在有待深入开发研究的问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种煤岩软化活性压裂剂，该软化活性压裂剂用于煤层注水过程中，具有“高压压裂，低压软化”的作用，增强煤岩层软化性，提高注水效率，降低煤尘，预防瓦斯煤层动力灾害。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种煤岩软化活性压裂剂，其特征在于，它是由以下质量百分比的阴离子表面活性剂烷基苯磺酸盐、非离子表面活性剂和非离子表面活性剂加成物混合成复配新型表面活性剂后，再与以下质量百分比的氯化钾、硫酸钠和水混合均匀制得：
阴离子表面活性剂烷基苯磺酸盐 5-35％，
非离子表面活性剂 3-30％，
非离子表面活性剂加成物 2-5％，
氯化钾 1-5％，
硫酸钠 1-5％，
水 45-73％。
所述非离子表面活性剂为烷基酚聚氧乙烯醚或脂肪醇聚氧乙烯醚。
所述非离子表面活性剂加成物为脂肪醇与环氧乙烷缩合物。
压裂软化技术原理是：首先，在煤岩中预先压裂形成符合一定要求的破裂带，以释放弹性变形能量；其二，通过压裂液改变煤岩基质的吸附润湿特性和软化性，达到软化煤岩结构、弱化物理力学性质的目的；其三，依靠矿山压力的破碎作用，实现冲击煤岩体的最大限度破碎和弹性能释放，达到避免冲击灾害，提高资源回收率，释放瓦斯、降低煤尘，延缓自燃的目的。
本发明所依据的技术原理：本发明以阴离子表面活性剂烷基苯磺酸盐、非离子表面活性剂为烷基酚聚氧乙烯醚或脂肪醇聚氧乙烯醚和非离子表面活性剂加成物等为主要原料加合反应形成新的表面活性剂，其中新的表面活性剂在与无机盐溶液组成煤岩压裂软化的专用压裂软化液复配新型表面活性剂(CFS系列)，在不同压力下形成压裂作用和渗透软化作用，改善煤岩表面张力和水煤接触角，阻止压裂滤失，增强煤岩亲水性和软化性的作用。
面对不同变质煤层的压裂软化，煤为极性材料，因此，复配新型表面活性剂(CFS系列)材料具备耐酸碱、耐硬水，同时具有良好的润湿性、渗透性和软化性特点，属阴离子或者非离子表面活性剂加合的活性液。
这一研究对煤矿开采引起的冲击地压、坍塌、提高采出率和注水效率、预防煤与瓦斯突出等事故的发生、控制具有重要意义，在矿山安全生产上起得作用是难以估量的。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、本发明适用于各类煤层条件下使用。
2、通过参与煤岩层注水工程，形成“高压压裂，低压渗透”作用，明显的提高煤岩层润湿系数和软化系数。
3、使用本发明可改善注水性能，预防冲击灾害，降低煤尘、防止瓦斯和煤层自燃发火等。
4、由于其压力灵敏的特殊组分，本发明具有防压裂漏失、增强浸润软化性的作用。
5、本发明绿色环保，无毒、无腐蚀，无易燃易爆性。
6、本发明使得注水施工工艺简单，智能化全自动控制。
7、本发明与其它无机盐具有良好的协同稳定作用。
8、本发明在冲击灾害防治过程中具有环保、安全、高效、经济等作用。
下面通过实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
具体实施方式
实施例1
按各原料的质量百分比进行称量后，将阴离子表面活性剂烷基苯磺酸盐5％、非离子表面活性剂烷基酚聚氧乙烯醚或脂肪醇聚氧乙烯醚30％和脂肪醇与环氧乙烷缩合物5％混合形成复配新型表面活性剂，然后再与氯化钾2％、硫酸钠3％和水55％混合，充分搅拌，使各组分混合均匀，标定即可制得成品煤岩软化活性压裂剂。
实施例2
按各原料的质量百分比进行称量，将阴离子表面活性剂烷基苯磺酸盐10％、非离子表面活性剂烷基酚聚氧乙烯醚或脂肪醇聚氧乙烯醚20％和脂肪醇与环氧乙烷缩合物3％混合形成复配新型表面活性剂，然后再与氯化钾5％、硫酸钠2％和水60％混合，充分搅拌，使各组分混合均匀，标定即可制得成品煤岩软化活性压裂剂。
实施例3
按各原料的质量百分比进行称量，将阴离子表面活性剂烷基苯磺酸盐20％、非离子表面活性剂烷基酚聚氧乙烯醚或脂肪醇聚氧乙烯醚3％和脂肪醇与环氧乙烷缩合物2％混合形成复配新型表面活性剂，然后再与氯化钾1％、硫酸钠1％和水73％混合，充分搅拌，使各组分混合均匀，标定即可制得成品煤岩软化活性压裂剂。
实施例4
按各原料的质量百分比进行称量，将阴离子表面活性剂烷基苯磺酸盐25％、非离子表面活性剂烷基酚聚氧乙烯醚或脂肪醇聚氧乙烯醚20％和脂肪醇与环氧乙烷缩合物2％混合形成复配新型表面活性剂，然后再与氯化钾3％、硫酸钠5％和水45％混合，充分搅拌，使各组分混合均匀，标定即可制得成品煤岩软化活性压裂剂。
实施例5
按各原料的质量百分比进行称量，将阴离子表面活性剂烷基苯磺酸盐30％、非离子表面活性剂烷基酚聚氧乙烯醚或脂肪醇聚氧乙烯醚5％和脂肪醇与环氧乙烷缩合物4％混合形成复配新型表面活性剂，然后再与氯化钾1％、硫酸钠2％和水58％混合，充分搅拌，使各组分混合均匀，标定即可制得成品煤岩软化活性压裂剂。
实施例6
按各原料的质量百分比进行称量，将阴离子表面活性剂烷基苯磺酸盐35％、非离子表面活性剂烷基酚聚氧乙烯醚或脂肪醇聚氧乙烯醚10％和脂肪醇与环氧乙烷缩合物2％混合形成复配新型表面活性剂，然后再与氯化钾1％、硫酸钠2％和水50％混合，充分搅拌，使各组分混合均匀，标定即可制得成品煤岩软化活性压裂剂。
以上实例制得煤岩活性剂可在各类煤层条件下使用，改善注水性能，自然吸水率增加1～2％；煤岩硬度系数下降32～58％左右；预防冲击灾害，降低煤尘、防止瓦斯和煤层自燃发火等效果；绿色环保，无毒、无腐蚀，无易燃易爆性；使得注水施工工艺简单，智能化全自动控制。
使用注意事项：本发明的用量如下(煤岩活性剂的加量是指煤岩活性剂和水的质量百分比)：
1、硬度为2.5左右的普通硬煤软化，温度在20℃左右，煤岩活性剂的加量应在0.05‰-0.2‰之间。
2、复杂煤岩层在300～400米埋藏深度的时候，煤岩活性剂的加量应在0.1‰-0.2‰之间。
3、加入的方法：智能自动化控制加入注水井液中。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。
Claims (3)
1.一种煤岩软化活性压裂剂，其特征在于，它是由以下质量百分比的阴离子表面活性剂烷基苯磺酸盐、非离子表面活性剂和非离子表面活性剂加成物混合成复配新型表面活性剂后，再与以下质量百分比的氯化钾、硫酸钠和水混合均匀制得：
阴离子表面活性剂烷基苯磺酸盐 5-35％，
非离子表面活性剂 3-30％，
非离子表面活性剂加成物 2-5％，
氯化钾 1-5％，
硫酸钠 1-5％，
水 45-73％。
2.根据权利要求1所述的一种煤岩软化活性压裂剂，其特征在于：所述非离子表面活性剂为烷基酚聚氧乙烯醚或脂肪醇聚氧乙烯醚。
3.根据权利要求1所述的一种煤岩软化活性压裂剂，其特征在于：所述非离子表面活性剂加成物为脂肪醇与环氧乙烷缩合物。
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