CN107870174A - 一种煤层气用粘土稳定剂的筛选方法及煤层气开采方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种煤层气用粘土稳定剂的筛选方法及煤层气开采方法，涉及非常规煤层气开采技术领域。一种煤层气用粘土稳定剂的筛选方法，包括：选取n个粘土稳定剂，分别测定每个粘土稳定剂对钠膨润土的防膨率，其中，n≥2；筛选对钠膨润土的防膨率大于第一预设值的粘土稳定剂，分别测定筛选得到的每个粘土稳定剂对煤粉的防膨率；筛选出对目标煤粉的防膨率最高的粘土稳定剂作为目标粘土稳定剂。该方法操作简便，结果精确、误差小，可以应用在煤层气开采领域中。一种煤层气开采方法，采用上述煤层气用粘土稳定剂的筛选方法筛选出适合目标气井的最优粘土稳定剂。降低煤层开采成本，提高经济效益。
Description
技术领域
本发明涉及非常规煤层气开采技术领域，且特别涉及一种煤层气用粘土稳定剂的筛选方法及煤层气开采方法。
背景技术
中国煤层气资源量为30～35万亿m3，其中埋深为300～1500m范围内煤层气总资源量约为25万亿m3。自20世纪八九十年代开始，经过几十年攻关探索，我国在煤层气地质理论、资源预测与区块评价、钻井完井及压裂技术等方面取得了较大进展，特别是近年高阶煤煤层气富集理论与煤层气多分支水平井、U型井等复杂结构井技术钻采煤层气资源取得了较好的效果。
在油田钻采过程中，粘土矿物是导致油层损害的重要潜在因素，而储层水敏性又是油层损害的重要因素之一。因此，使用粘土稳定剂是保护水敏性地层的有效手段。粘土稳定剂是油气田开发中使用量较大的一类油田化学品，性能好的粘土稳定剂价格高，但对于不同的地层，粘土稳定剂的作用效果也不同。目前粘土稳定剂大多用于压裂作业，对于煤层气开采没有成熟的研究。
发明内容
本发明的目的在于提供一种煤层气用粘土稳定剂的筛选方法，该方法操作简便，结果精确、误差小。
本发明的另一目的在于提供一种煤层气开采方法，降低煤层开采成本，提高经济效益。
本发明解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。
本发明提出一种煤层气用粘土稳定剂的筛选方法，包括：
选取n个粘土稳定剂，分别测定每个粘土稳定剂对钠膨润土的防膨率，其中，n≥2；
筛选对钠膨润土的防膨率大于第一预设值的粘土稳定剂，分别测定筛选得到的每个粘土稳定剂对煤粉的防膨率；
筛选出对目标煤粉的防膨率最高的粘土稳定剂作为目标粘土稳定剂。
本发明提出一种煤层气开采方法，采用上述煤层气用粘土稳定剂的筛选方法筛选出适合目标气井的最优粘土稳定剂。
本发明实施例的一种煤层气用粘土稳定剂的筛选方法及煤层气开采方法的有益效果是：
一种煤层气用粘土稳定剂的筛选方法通过对膨润土的防膨率测定，选取防膨效果相对较好的粘土稳定剂。用选出的粘土稳定剂测量煤粉的防膨率。煤粉中水敏粘土为主要测试对象，采用XRD衍射仪测定煤粉中水敏粘土的含量，使得测试中水敏粘土的含量一致，使测量结果更加精确。选出最优粘土稳定剂后，改变粘土稳定剂溶液的浓度分别对煤粉进行防膨率测定，得出最佳的用量。使得实际应用中，用少量的粘土稳定剂达到较优的效果，降低成本，获得更好的经济效益。在测试过程中，采用自平衡离心机测量膨胀体积，减少了数值读取的误差，精确了对煤粉防膨率的测定。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
下面对本发明实施例的一种煤层气用粘土稳定剂的筛选方法及煤层气开采方法进行具体说明。
本发明实施例提供的一种煤层气用粘土稳定剂的筛选方法，包括：
选取n个粘土稳定剂，分别测定n个粘土稳定剂对钠膨润土的防膨率，其中，n≥2。在本发明实施例中，粘土稳定剂可以为无机盐如氯化钠、氯化钾、氯化铵、氢氧化钾、氢氧化钙以及三氯化铝，也可以为无及多核聚合物、阳离子表面活性剂、两性例子表面活性剂以及阳离子聚合物，可以选取四种或五种或六种粘土稳定剂进行测试。
称取0.50g钠膨润土，精确至0.01g，装入10mL离心管中。选取粘土稳定剂，配制1wt％的水溶液，将10mL粘土稳定剂溶液加入上述离心管中，充分摇匀，在室温下放置2h，装入离心机内，在转速为1400～1600r/min的条件下离心分离10～20min。读出钠膨润土在粘土稳定剂溶液中的膨胀体积V1。
称取0.50g钠膨润土，精确至0.01g，装入10mL离心管中。将10mL水加入上述离心管中，充分摇匀，在室温下放置2h，装入离心机内，在转速为1400～1600r/min的条件下离心分离10～20min。读出钠膨润土在水中的膨胀体积V2。
称取0.50g钠膨润土，精确至0.01g，装入10mL离心管中。将10mL煤油加入上述离心管中，充分摇匀，在室温下放置2h，装入离心机内，在转速为1400～1600r/min的条件下离心分离10～20min。读出钠膨润土在煤油中的膨胀体积V0。
将得到的V1、V2、V0按防膨率公式计算防膨率：
B1——防膨率，用百分数表示；
V2——钠膨润土在水中的膨胀体积，单位为毫升；
V1——钠膨润土在粘土稳定剂溶液中的膨胀体积，单位为毫升；
V0——钠膨润土在煤油中的膨胀体积，单位为毫升。
计算得到n个粘土稳定剂对钠膨润土的防膨率，筛选对钠膨润土的防膨率大于第一预设值的粘土稳定剂，分别测定筛选得到的每个粘土稳定剂对煤粉的防膨率。在本发明中，第一预设值可以根据实际需要进行修改。第一预设值可以为70％或75％或80％或90％或92％，即选取对钠膨润土防膨率大于70％或75％或80％或90％或92％的粘土稳定剂。
煤粉含有有机质和无机成分，不同地区不同地层的煤粉包含的物质及比例不同。为了准确的得到煤层气用粘土稳定剂的防膨率，在本发明实施例中，采用XRD衍射仪测定煤粉中水敏粘土的含量。
称取水敏粘土含量为0.50g的煤粉，分别将得到的钠膨润土防膨率相对高的至少两种粘土稳定剂配制1wt％的水溶液，分别测定煤粉在粘土稳定剂溶液中的防膨体积。
再称取水敏粘土含量为0.50g的煤粉，分别测定煤粉在水和煤油中的防膨体积。按照上述防膨率公式计算选取的t个粘土稳定剂对煤粉的防膨率，得到对煤粉的防膨率最高的粘土稳定剂即为最优粘土稳定剂。
在目标粘土稳定剂的水溶液浓度为0.5～2％的范围内，选取m个不同浓度值，分别测定对煤粉的防膨率，筛选出对目标煤粉防膨率最高的粘土稳定剂。测定方法与上述方法相同，分别测定煤粉在不同浓度最优粘土稳定剂溶液中的防膨体积、煤粉在水和煤油中的防膨体积，按照防膨率公式计算即得不同浓度的最优粘土稳定剂对煤粉的防膨率。
关于膨胀体积的测定一般采用离心机，一般的离心机在离心后离心管内膨润土或煤粉上端面是倾斜的，通常取倾斜面的最大值和最小值的平均值作为膨润土膨胀后的体积。但是这样的计算估值使得实验数据有一定的误差。为了减小误差，提高实验结果的精确性。在本发明中，采用自平衡离心机测定膨胀体积。自平衡离心机在离心的过程中，离心管近乎垂直于离心转轴，因此离心后离心管内膨润土或煤粉的端面是水平的，直接读取膨胀体积即可。减少了数值读取的误差，精确了对煤粉防膨率的测定。
本发明提供一种煤层气开采方法，采用上述煤层气用粘土稳定剂的筛选方法筛选出适合目标气井的最优粘土稳定剂。测量结果精确，减小误差，可以应用在煤层气开采领域中，提高施工效果，降低开采成本。
以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。
实施例1
本实施例提供了测定钠膨润土用粘土稳定剂防膨率的方法，包括：
称取0.50g钠膨润土，精确至0.01g，装入10mL离心管中。选取阳离子聚合物作为粘土稳定剂，配制1wt％的水溶液，将10mL粘土稳定剂溶液加入上述离心管中，充分摇匀，在室温下放置2h，装入离心机内，在转速为1500r/min的条件下离心分离15min。读出钠膨润土在粘土稳定剂溶液中的膨胀体积V1。
称取0.50g钠膨润土，精确至0.01g，装入10mL离心管中。将10mL水加入上述离心管中，充分摇匀，在室温下放置2h，装入离心机内，在转速为1500r/min的条件下离心分离15min。读出钠膨润土在水中的膨胀体积V2。
称取0.50g钠膨润土，精确至0.01g，装入10mL离心管中。将10mL煤油加入上述离心管中，充分摇匀，在室温下放置2h，装入离心机内，在转速为1500r/min的条件下离心分离15min。读出钠膨润土在煤油中的膨胀体积V0。
将得到的V1、V2、V0按防膨率公式计算防膨率，计算得防膨率为78.3％。由于不同粘土稳定剂对钠膨润土的防膨率不同，因此对多种不同的粘土稳定剂进行防膨率测试。
实施例2
本实施例提供了测定钠膨润土用粘土稳定剂防膨率的方法，包括：
称取0.50g钠膨润土，精确至0.01g，装入10mL离心管中。选取无机多核聚合物、阳离子表面活性剂以及阳离子聚合物作为粘土稳定剂，分别配制1wt％的水溶液，分别将10mL上述粘土稳定剂溶液加入上述离心管中，充分摇匀，在室温下放置2h，装入离心机内，在转速为1500r/min的条件下离心分离15min。读出钠膨润土分别在上述粘土稳定剂溶液中的膨胀体积V1.1、V1.2、V1.3。
称取0.50g钠膨润土，精确至0.01g，装入10mL离心管中。将10mL水加入上述离心管中，充分摇匀，在室温下放置2h，装入离心机内，在转速为1500r/min的条件下离心分离15min。读出钠膨润土在水中的膨胀体积V2。
称取0.50g钠膨润土，精确至0.01g，装入10mL离心管中。将10mL煤油加入上述离心管中，充分摇匀，在室温下放置2h，装入离心机内，在转速为1500r/min的条件下离心分离15min。读出钠膨润土在煤油中的膨胀体积V0。
将得到的V1.1、V1.2、V1.3、V2、V0按防膨率公式计算防膨率，计算得防膨率分别为80.1％、81.3％、78.3％。从得到的结果可知，选取的三种粘土稳定剂对钠膨润土的防膨率不在最佳范围内，继续选取粘土稳定剂进行测试。
实施例3
本实施例提供了测定钠膨润土用粘土稳定剂防膨率的方法，包括：
称取0.50g钠膨润土，精确至0.01g，装入10mL离心管中。选取无机盐如氯化钠、氯化钾等，无机多核聚合物、阳离子表面活性剂、两性离子聚合物以及阳离子聚合物作为粘土稳定剂，分别配制1wt％的水溶液，分别将10mL上述粘土稳定剂溶液加入上述离心管中，充分摇匀，在室温下放置2h，装入自平衡离心机内，在转速为1500r/min的条件下离心分离15min。读出钠膨润土分别在上述粘土稳定剂溶液中的膨胀体积V1.1、V1.2、V1.3、V1.4、V1.5。
称取0.50g钠膨润土，精确至0.01g，装入10mL离心管中。将10mL水加入上述离心管中，充分摇匀，在室温下放置2h，装入自平衡离心机内，在转速为1500r/min的条件下离心分离15min。读出钠膨润土在水中的膨胀体积V2。
称取0.50g钠膨润土，精确至0.01g，装入10mL离心管中。将10mL煤油加入上述离心管中，充分摇匀，在室温下放置2h，装入自平衡离心机内，在转速为1500r/min的条件下离心分离15min。读出钠膨润土在煤油中的膨胀体积V0。
将得到的V1.1、V1.2、V1.3、V1.4、V1.5、V2、V0按防膨率公式计算防膨率，计算得防膨率分别为96.2％、80.1％、81.3％、87.5％、78.3％。由结果可知，无机盐及两性离子聚合物对钠膨润土的防膨率较高，因此选取该两种粘土稳定剂对煤粉进行测试。
实施例4
本实施例提供了煤层气用粘土稳定剂的筛选方法，包括：
称取含有0.50g水敏粘土的煤粉，精确至0.01g，装入10mL离心管中。选取无机盐及两性离子聚合物作为粘土稳定剂，分别配制1wt％的水溶液，分别将10mL上述粘土稳定剂溶液加入上述离心管中，充分摇匀，在室温下放置2h，装入自平衡离心机内，在转速为1500r/min的条件下离心分离15min。读出钠膨润土分别在上述粘土稳定剂溶液中的膨胀体积V1.1、V1.2。
称取含有0.50g水敏粘土的煤粉，精确至0.01g，装入10mL离心管中。将10mL水加入上述离心管中，充分摇匀，在室温下放置2h，装入自平衡离心机内，在转速为1500r/min的条件下离心分离15min。读出钠膨润土在水中的膨胀体积V2。
称取含有0.50g水敏粘土的煤粉，精确至0.01g，装入10mL离心管中。将10mL煤油加入上述离心管中，充分摇匀，在室温下放置2h，装入自平衡离心机内，在转速为1500r/min的条件下离心分离15min。读出钠膨润土在煤油中的膨胀体积V0。
将得到的V1.1、V1.2、V2、V0按防膨率公式计算防膨率，计算得防膨率分别为50％、10％。从得到的结果可知，相同的防膨率对钠膨润土及煤粉的防膨率是不同的，相差较大。若按照钠膨润土的标准对煤层使用粘土稳定剂，使用量偏差过大，施工效果偏差大，对产量及地层均有较大的影响。
实施例5
本实施例提供了煤层气用粘土稳定剂的筛选方法，包括：
称取含有0.50g水敏粘土的煤粉，精确至0.01g，装入10mL离心管中。选取无机盐作为粘土稳定剂，分别配制0.5wt％、1wt％、1.5wt％、2wt％的水溶液，分别将10mL上述粘土稳定剂溶液加入上述离心管中，充分摇匀，在室温下放置2h，装入自平衡离心机内，在转速为1500r/min的条件下离心分离15min。读出钠膨润土分别在上述粘土稳定剂溶液中的膨胀体积V1.1、V1.2、V1.3、V1.4。
称取含有0.50g水敏粘土的煤粉，精确至0.01g，装入10mL离心管中。将10mL水加入上述离心管中，充分摇匀，在室温下放置2h，装入自平衡离心机内，在转速为1500r/min的条件下离心分离15min。读出钠膨润土在水中的膨胀体积V2。
称取含有0.50g水敏粘土的煤粉，精确至0.01g，装入10mL离心管中。将10mL煤油加入上述离心管中，充分摇匀，在室温下放置2h，装入自平衡离心机内，在转速为1500r/min的条件下离心分离15min。读出钠膨润土在煤油中的膨胀体积V0。
将得到的V1.1、V1.2、V1.3、V1.4、V2、V0按防膨率公式计算防膨率，计算得防膨率分别为49％、50％、50％、51％。从得到的结果可知，不同浓度的同一种粘土稳定剂对煤粉的防膨率不同，对煤粉防膨率随浓度的降低而减少。在本实施例中，粘土稳定剂浓度降低使得防膨率降低，但防膨率的变化较小。综合考虑，适当降低粘度稳定剂浓度对煤粉的防膨率影响较小，减少使用量，降低使用成本，具有较好的经济效益。
综上所述，一种煤层气用粘土稳定剂的筛选方法，通过对膨润土的防膨率测定，选取防膨效果相对较好的粘土稳定剂。用选出的粘土稳定剂测量煤粉的防膨率。煤粉中水敏粘土为主要测试对象，采用XRD衍射仪测定煤粉中水敏粘土的含量，使得测试中水敏粘土的含量一致，使测量结果更加精确。选出最优粘土稳定剂后，改变粘土稳定剂溶液的浓度分别对煤粉进行防膨率测定，得出最佳的用量。使得实际应用中，用少量的粘土稳定剂达到较优的效果，降低成本，获得更好的经济效益。
以上所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
Claims (10)
1.一种煤层气用粘土稳定剂的筛选方法，其特征在于，包括：
选取n个粘土稳定剂，分别测定每个所述粘土稳定剂对钠膨润土的防膨率，其中，n≥2；
筛选对所述钠膨润土的防膨率大于第一预设值的粘土稳定剂，分别测定筛选得到的每个所述粘土稳定剂对煤粉的防膨率；
筛选出对所述煤粉的防膨率最高的粘土稳定剂作为目标粘土稳定剂。
2.根据权利要求1所述的煤层气用粘土稳定剂的筛选方法，其特征在于，还包括：在所述目标粘土稳定剂的水溶液浓度为0.5～2％的范围内，选取m个不同浓度值，分别测定对所述煤粉的防膨率，筛选出对煤粉的防膨率最高的粘土稳定剂。
3.根据权利要求1所述的煤层气用粘土稳定剂的筛选方法，其特征在于，测定所述煤粉的防膨率的方法包括：测定所述煤粉在粘土稳定剂溶液中的膨胀体积V2，测定所述煤粉在水中的膨胀体积V1，测定所述煤粉在煤油中的膨胀体积V0，按公式：计算所述煤粉的防膨率。
4.根据权利要求3所述的煤层气用粘土稳定剂的筛选方法，其特征在于，测定所述粘土稳定剂对所述钠膨润土和测定粘土稳定剂对所述煤粉的防膨率的过程中，粘土稳定剂溶液的质量百分数为1％。
5.根据权利要求4所述的煤层气用粘土稳定剂的筛选方法，其特征在于，测定所述粘土稳定剂对所述煤粉的防膨率的过程中，所述煤粉中的水敏粘土的含量与所述粘土稳定剂溶液的用量比为0.50g:10mL。
6.根据权利要求5所述的煤层气用粘土稳定剂的筛选方法，其特征在于，每次进行防膨率测试的所述煤粉中含有0.50g所述水敏粘土。
7.根据权利要求6所述的煤层气用粘土稳定剂的筛选方法，其特征在于，采用XRD衍射仪测定所述煤粉中所述水敏粘土的含量。
8.根据权利要求3所述的煤层气用粘土稳定剂的筛选方法，其特征在于，采用自平衡离心机测定所述煤粉的膨胀体积。
9.根据权利要求8所述的煤层气用粘土稳定剂的筛选方法，其特征在于，在测定所述煤粉的膨胀体积的过程中，所述自平衡离心机的转速为1400～1600r/min，离心时间为10～20min。
10.一种煤层气开采方法，其特征在于，采用如权利要求1～9任一项所述的煤层气用粘土稳定剂的筛选方法筛选出适合目标气井的最优粘土稳定剂。
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