CN108361059B - 改性低渗透煤储层的复配表面活性剂及其改性方法 - Google Patents
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Abstract
一种改性低渗透煤储层的复配表面活性剂及其改性方法，属于煤矿开采技术领域。该改性低渗透煤储层的复配表面活性剂，包括的各个组分及其质量百分比为：脂肪醇硫酸钠为0.1～0.3wt.％，复配组分为0.1～0.3wt.％，余量为水；所述的复配组分为非离子表面活性剂、正离子表面活性剂或长链极性有机物。其改性方法包括：制作并筛选标准煤样；配制改性低渗透煤储层的复配表面活性剂；将标准煤样进行浸泡，饱和后，计算初始孔隙率，在25～40℃浸泡6～18h，计算质量损失率、孔隙率和静态水润湿角实验。采用该改性低渗透煤储层的复配表面活性剂对低渗透煤储层进行改性，解决了单一表面活性剂反应时间长、反应不完全的缺陷。
Description
技术领域
本发明属于煤矿开采技术领域，具体涉及一种改性低渗透煤储层的复配表面活性剂及其改性方法。
背景技术
由于我国煤层具有渗透性低、结构致密的特点，随着开采深度的增加，在煤炭开采过程中，常常伴随着瓦斯爆炸、煤与瓦斯突出、瓦斯中毒窒息、冲击地压等多种灾害事故的发生，这不但给煤矿工人的生命安全及矿井财产造成巨大的威胁，而且还制约着煤炭工业的发展。
为了改善我国煤层的特点，以提高煤层渗透性，减少煤层冲击性，防止瓦斯事故的发生，一些学者通过物理手段(如密集钻孔、超前排放钻孔、深孔预裂爆破、浅孔松动爆破、预抽瓦斯等)对煤层骨架结构造成损伤破坏，这些手段能够取得一定的改善效果，但存在操作复杂、成本较高、容易发生二次坍塌、巷道掘进速度低等缺点。因此，寻求一种在安全生产的情况下提高巷道掘进速度的改性方法尤为重要。
采用煤层注水的方式改性煤体，对预防煤与瓦斯突出，降低采空区、工作面的瓦斯浓度起到一定作用，但效果好坏取决于水能否均匀的润湿煤体。我国的煤大多数具有较低的表面自由能，其表面张力低于水的表面张力，水对煤的润湿角大约在60～100°左右，水很难在煤的表面铺展，煤层难以达到均匀润湿。
基于煤层注水这一研究思路，很多学者采用煤层注酸、碱等化学溶液来改性煤体。这些化学手段均能快速的达到改性效果，但是酸、碱等化学溶液具有强腐蚀性，在使用过程中对工人身体健康造成伤害，同时会腐蚀生产设备及管道设施等，而且使用后排出的废水会污染环境，对人类身体健康造成二次伤害。因此，探寻一种无毒无腐蚀、价格低廉、有效可行的化学试剂已成为研究热点。大量实验证明，用一定浓度的表面活性剂改性煤体，能够改善水对煤的润湿性能，提高润湿效果。表面活性剂分子具有固定的亲水亲油基团特殊结构，溶于水后能够定向排列的吸附在溶液表面从而降低水的表面张力，也能够吸附于固体表面可彻底改变固体的表面性质。常用的表面活性剂有阳离子表面活性剂、阴离子表面活性剂、非离子表面活性剂及双分子表面活性剂。目前，低渗透煤储层主要以硬脂酸钠，十六烷基磺酸钠，十二烷基磺酸钠，十六烷基硫酸酯钠或十六烷基磷酸酯钠等阴离子表面活性剂作为改性剂，在40～60℃下反应48h才可达到效果。其反应时间长，反应速率慢，对煤储层的改性作用不完全，仍存在发展的空间。
发明内容
为了解决上述现有技术中单一表面活性剂的缺陷，本发明的目的在于提供一种改性低渗透煤储层的复配表面活性剂及其改性方法，采用该改性低渗透煤储层的复配表面活性剂对低渗透煤储层进行改性，解决了单一表面活性剂反应时间长、反应不完全的缺陷。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
本发明的一种改性低渗透煤储层的复配表面活性剂，包括脂肪醇硫酸钠、复配组分和水；
其中，各个组分的质量百分比为：脂肪醇硫酸钠为0.1～0.3wt.％，复配组分为0.1～0.3wt.％，余量为水；
所述的脂肪醇硫酸钠为碳原子数为12～16的脂肪醇硫酸钠；
所述的复配组分为非离子表面活性剂、正离子表面活性剂或长链极性有机物中的一种。
其中，
所述的脂肪醇硫酸钠，优选为十二烷基硫酸钠或十六烷基硫酸钠中的一种；
所述的非离子表面活性剂为脂肪醇聚氧乙烯醚，优选为十二醇聚氧乙烯醚、正辛醇聚氧乙烯醚或异辛醇聚氧乙烯醚中的一种；
所述的正离子表面活性剂为碳原子数为12～18的长链烷基三甲基溴化铵，优选为十二烷基三甲基溴化铵(C15H34NBr)或十六烷基三甲基溴化铵(C19H42NBr)。
所述的长链极性有机物为碳原子数≥7的一元醇或碳原子数≥7的极性多元醇。
本发明的一种改性低渗透煤储层的复配表面活性剂的改性方法，包括以下步骤：
步骤1，制作并筛选标准煤样
在煤块上取煤芯，切割制成煤柱，对煤柱进行筛选，筛选出纵波波速为2～2.5km/s的煤柱作为标准煤样，测量标准煤样的高度H和直径D，得到标准煤样的体积V0，将标准煤样烘干后，称量烘干后的标准煤样的干燥质量m0，保存，备用；
步骤2，配制改性低渗透煤储层的复配表面活性剂
根据复配表面活性剂的组分及各个组分的质量百分比，称取原料，将原料混合均匀，得到复配表面活性剂；
步骤3，浸泡
(1)将烘干后的标准煤样浸没入复配表面活性剂中进行浸泡，当标准煤样完全饱和后，称量饱和后的标准煤样的饱和质量M0，计算标准煤样的初始孔隙率n0，其计算公式为：
n0＝(M0-m0)/ρ/V0×100％
式中，n0为标准煤样的初始孔隙率；
M0为标准煤样的饱和质量，单位为g；
m0为标准煤样的干燥质量，单位为g；
ρ为复配表面活性剂的密度，单位为g/mL，优选为1g/mL；
V0为标准煤样的体积，单位为cm3；
(2)将饱和的标准煤样进行浸泡，浸泡时间为6～18h，浸泡温度25～40℃，使煤样与复配表面活性剂充分接触，得到浸泡后的标准煤样；
步骤4，质量损失率和孔隙率实验
(1)将浸泡收的标准煤样擦干表面水分，称量浸泡后的标准煤样的浸泡饱和质量Mi；
(2)将浸泡后的标准煤样置于105～110℃进行烘干，干燥时间为24～48h，得到浸泡过的干燥的标准煤样，称量浸泡过的干燥的标准煤样的质量为mi，并测量其高度和直径，得到浸泡过的干燥的标准煤样的体积Vi；
计算浸泡后的标准煤样的孔隙率ni，计算公式为：
ni＝(Mi-mi)/ρ/Vi×100％
式中，ni为浸泡后的标准煤样的孔隙率，无量纲；
Mi为标准煤样的浸泡饱和质量，单位为g；
mi为浸泡过的干燥的标准煤样的质量，单位为g；
ρ为复配表面活性剂的密度，单位为g/mL，优选为1g/mL；
Vi为浸泡过的干燥的标准煤样的体积，单位为cm3；
(3)计算标准煤样的质量损失率Δm，计算公式为：
Δm＝100％×(m0-mi)/m0
式中，Δm为标准煤样的质量损失率；
m0为标准煤样的干燥质量，单位为g；
mi为浸泡过的干燥的标准煤样的质量，单位为g；
(4)计算次生孔隙率Δn
Δn＝n0-ni
式中，Δn为次生孔隙率；
n0为标准煤样的初始孔隙率，无量纲；
ni为浸泡后的标准煤样的孔隙率，无量纲；
步骤5，静态水润湿角实验
通过直接测量法，测量浸泡过的干燥的标准煤样的润湿角；
所述的步骤1中，所述的取煤芯采用的设备为岩石取芯机，同时，为了保证标准煤样的均匀性，每一组的标准煤样尽量在同一煤块上钻取。
所述的步骤1中，所述的切割为利用岩石切割机进行切割。
所述的步骤1中，所述的筛选为利用非金属超声波检测仪对煤柱进行筛选。
所述的步骤1中，所述的烘干为，将标准煤样置于105～110℃烘干箱中干燥24～48h，目的是充分去除标准煤样孔隙中附着的游离水和结合水。
所述的步骤3(1)中，所述的标准煤样完全饱和，优选浸泡时间为1h，当标准煤样不再吸收复配表面活性剂，即为完全饱和。
所述的步骤3(1)中，标准煤样是否再吸收复配表面活性剂，需进行吸水实验，向标准煤样中滴加复配表面活性剂，当水滴不再渗入标准煤样中，则认为标准煤样饱和。
所述的步骤4(2)中，所述的烘干采用烘干箱。
所述的各个阶段标准煤样的质量精度为百分之一。
所述的步骤5中，润湿角的测试方法的具体过程为：
向浸泡过的干燥的标准煤样滴加多滴水滴，通过观测与标准煤样表面接触的液滴、液面或液体中气泡的外形，然后分别测量出每个水滴三相交界处流动界面与标准煤样界面的夹角，即为单个静态水润湿角，取其平均值，作为标准煤样的静态水润湿角。
本发明的一种改性低渗透煤储层的复配表面活性剂的改性方法，通过分析浸泡前后煤样的质量损失率、孔隙率和润湿角的变化规律，对比单一表面活性剂，本发明的复配表面活性剂改性煤储层的改性机理为(1)非离子表面活性剂与负离子表面活性剂之间的相互作用主要是极性头之间的离子-偶极子相互作用，使极性头之间的电性斥力减弱，另外两种表面活性剂分子碳氢链间的疏水相互作用，在混合液中比较容易形成胶团。(2)正离子表面活性剂与负离子表面活性剂之间会产生强烈的相互作用，这种相互作用主要是电性相反的表面活性剂之间的静电吸引作用和碳氢链间的“疏水作用”；与单一离子表面活性剂相比，不但没有同电荷之间的斥力，反而增加了正、负电荷间的引力。另外，在混合液中更容易形成胶团，更容易发生吸附，从而产生更高的表面活性。(3)单一表面活性剂吸附层中，由于同电性电荷之间的相互斥力，表面活性离子很难接近，然而，醇分子的加入，更容易通过疏水作用插入表面活性离子而吸附，使表面分子排列更紧密，两种表面活性剂之间的相互作用为偶极-离子相互作用。
复配表面活性剂作用后，煤样质量损失率和孔隙率均有不同程度的增加，润湿角减小，主要是因为煤样与复配表面活性剂发生化学反应，改变煤样矿物质成分及矿物晶体之间连接方式，使煤体内部结构松散，因此，能够提高煤体渗透率，减少冲击性。
通过分析，本发明的复配表面活性剂对提高煤层渗透性，减少煤层冲击性具有很好的作用效果，能有效的防止瓦斯事故发生。
本发明的改性低渗透煤储层的复配表面活性剂及其改性方法，其优点是：
1.本发明所选用的复配表面活性剂，反应速率快，反应时间短，仅需要6～18h达到反应效果。
2.复配表面活性剂主要是依靠混合表面活性剂体系中，两种表面活性剂之间的相互促进作用，即在溶液中的聚集结构(胶团)的形成和在表面上的吸附作用(包括离子交换吸附、离子对吸附、氢键形成吸附、π电子形成吸附、色散力吸附和憎水作用吸附)。
3.本发明选用的复配表面活性剂具有比单一表面活性剂更为优良的效果，即增效作用(包括形成胶团能力的增效、提高润湿性效率的增效、提高渗透率能力的增效)。
4.本发明配制工艺简单，易于操作，成本低廉，便于工业生产及推广应用。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的详细说明。
实施例1
一种改性低渗透煤储层的复配表面活性剂，为非离子-离子表面活性剂混合体系，具体包括十二烷基硫酸钠(C12H25SO4Na)、十二醇聚氧乙烯醚和水；
其中，各个组分的质量百分比为：十二烷基硫酸钠为0.3wt.％，十二醇聚氧乙烯醚为0.3wt.％，余量为水；
一种改性低渗透煤储层的复配表面活性剂的改性方法，包括以下步骤：
步骤1，制作并筛选标准煤样
采用岩石取芯机在煤块上取煤芯，为了保证煤样的均匀性，每一组的煤样尽量在同一煤块上钻取，利用岩石切割机将煤芯切割成大小为的煤柱，利用非金属超声波检测仪对煤柱进行筛选，挑选纵波波速在2～2.5km/s范围内的标准煤样，测量标准煤样的高度H为49.85mm，直径D为100.15mm，得到标准煤样的体积V0为195.37cm3，将标准煤样放置于105℃烘干箱中干燥48h后，称量烘干后的标准煤样的干燥质量m0为258.15g，保存，备用。
步骤2，配制改性低渗透煤储层的复配表面活性剂
根据上述复配表面活性剂的组分及各个组分的质量百分比，称取原料，将原料混合均匀，得到复配表面活性剂；
步骤3，浸泡
(1)将烘干后的标准煤样浸没入复配表面活性剂中进行浸泡，浸泡1h后，当标准煤样在复配表面活性剂中完全饱和后，称量饱和后的标准煤样的饱和质量M0为267.14g，计算标准煤样的初始孔隙率n0，其计算公式为：
n0＝(M0-m0)/ρ/V0×100％
式中，n0为标准煤样的初始孔隙率；
M0为标准煤样的饱和质量，单位为g；
m0为标准煤样的干燥质量，单位为g；
ρ为复配表面活性剂的密度，单位为g/mL，取1g/mL；
V0为标准煤样的体积，单位为cm3；
经过计算，初始孔隙率n0为4.60％。
(2)将饱和的标准煤样进行浸泡，浸泡时间为12h，浸泡温度40℃，使煤样与复配表面活性剂充分接触，得到浸泡后的标准煤样；
步骤4，质量损失率和孔隙率实验
(1)将浸泡收的标准煤样擦干表面水分，称量浸泡后的标准煤样的浸泡饱和质量Mi为266.19g；
(2)将浸泡后的标准煤样置于烘干箱中，于105℃进行烘干，干燥时间为48h，得到浸泡过的干燥的标准煤样，称量浸泡过的干燥的标准煤样的质量为mi为196.44g，并测量其高度和直径，得到浸泡过的干燥的标准煤样的体积Vi为195.27cm3；
计算浸泡后的标准煤样的孔隙率ni，计算公式为：
ni＝(Mi-mi)/ρ/Vi×100％
式中，ni为浸泡后的标准煤样的孔隙率，无量纲；
Mi为标准煤样的浸泡饱和质量，单位为g；
mi为浸泡过的干燥的标准煤样的质量，单位为g；
ρ为复配表面活性剂的密度，单位为g/mL，取1g/mL；
Vi为浸泡过的干燥的标准煤样的体积，单位为cm3；
经过计算，煤样孔隙率ni为35.72％。
(3)计算标准煤样的质量损失率Δm，计算公式为：
Δm＝100％×(m0-mi)/m0
式中，Δm为标准煤样的质量损失率；
m0为标准煤样的干燥质量，单位为g；
mi为浸泡过的干燥的标准煤样的质量，单位为g；
经过计算，煤样质量损失率Δm为23.90％
(4)计算次生孔隙率Δn
Δn＝n0-ni
式中，Δn为次生孔隙率；
n0为标准煤样的初始孔隙率，无量纲；
ni为浸泡后的标准煤样的孔隙率，无量纲；
经过计算，煤样次生孔隙率Δn为31.12％。
步骤5，静态水润湿角实验
向浸泡过的干燥的标准煤样滴加多滴水滴，通过观测与标准煤样表面接触的液滴、液面或液体中气泡的外形，然后分别测量出每个水滴三相交界处流动界面与标准煤样界面的夹角，即为单个静态水润湿角，取其平均值，作为标准煤样的静态水润湿角为14.5°。
实施例2
一种改性低渗透煤储层的复配表面活性剂，为正-负离子表面活性剂混合体系，具体包括十二烷基硫酸钠(C12H25SO4Na)、十二烷基三甲基溴化铵(C15H34N·Br)和水；
其中，各个组分的质量百分比为：十二烷基硫酸钠为0.1wt.％，十二烷基三甲基溴化铵(C15H34N·Br)为0.1wt.％，余量为水；
一种改性低渗透煤储层的复配表面活性剂的改性方法，包括以下步骤：
步骤1，制作并筛选标准煤样
采用岩石取芯机在煤块上取煤芯，为了保证煤样的均匀性，每一组的煤样尽量在同一煤块上钻取，利用岩石切割机将煤芯切割成大小为的煤柱，利用非金属超声波检测仪对煤柱进行筛选，挑选纵波波速在2～2.5km/s范围内的标准煤样，测量标准煤样的高度H为49.94mm，直径D为101.04mm，得到标准煤样的体积V0为197.82cm3，将标准煤样放置于105℃烘干箱中干燥48h后，称量烘干后的标准煤样的干燥质量m0为275.46g，保存，备用。
步骤2，配制改性低渗透煤储层的复配表面活性剂
根据上述复配表面活性剂的组分及各个组分的质量百分比，称取原料，将原料混合均匀，得到复配表面活性剂；
步骤3，浸泡
(1)将烘干后的标准煤样浸没入复配表面活性剂中进行浸泡，浸泡1h后，当标准煤样在复配表面活性剂中完全饱和后，称量饱和后的标准煤样的饱和质量M0为285.16g，计算标准煤样的初始孔隙率n0，其计算公式为：
n0＝(M0-m0)/ρ/V0×100％
式中，n0为标准煤样的初始孔隙率；
M0为标准煤样的饱和质量，单位为g；
m0为标准煤样的干燥质量，单位为g；
ρ为复配表面活性剂的密度，单位为g/mL，取1g/mL；
V0为标准煤样的体积，单位为cm3；
经过计算，初始孔隙率n0为4.90％。
(2)将饱和的标准煤样进行浸泡，浸泡时间为18h，浸泡温度25℃，使煤样与复配表面活性剂充分接触，得到浸泡后的标准煤样；
步骤4，质量损失率和孔隙率实验
(1)将浸泡收的标准煤样擦干表面水分，称量浸泡后的标准煤样的浸泡饱和质量Mi为284.36g；
(2)将浸泡后的标准煤样置于烘干箱中，于105℃进行烘干，干燥时间为48h，得到浸泡过的干燥的标准煤样，称量浸泡过的干燥的标准煤样的质量为mi为240.49g，并测量其高度和直径，得到浸泡过的干燥的标准煤样的体积Vi为16.95cm3；
计算浸泡后的标准煤样的孔隙率ni，计算公式为：
ni＝(Mi-mi)/ρ/Vi×100％
式中，ni为浸泡后的标准煤样的孔隙率，无量纲；
Mi为标准煤样的浸泡饱和质量，单位为g；
mi为浸泡过的干燥的标准煤样的质量，单位为g；
ρ为复配表面活性剂的密度，单位为g/mL，取1g/mL；
Vi为浸泡过的干燥的标准煤样的体积，单位为cm3；
经过计算，煤样孔隙率ni为22.27％。
(3)计算标准煤样的质量损失率Δm，计算公式为：
Δm＝100％×(m0-mi)/m0
式中，Δm为标准煤样的质量损失率；
m0为标准煤样的干燥质量，单位为g；
mi为浸泡过的干燥的标准煤样的质量，单位为g；
经过计算，煤样质量损失率Δm为12.69％。
(4)计算次生孔隙率Δn
Δn＝n0-ni
式中，Δn为次生孔隙率；
n0为标准煤样的初始孔隙率，无量纲；
ni为浸泡后的标准煤样的孔隙率，无量纲；
经过计算，煤样次生孔隙率Δn为17.37％。
步骤5，静态水润湿角实验
向浸泡过的干燥的标准煤样滴加多滴水滴，通过观测与标准煤样表面接触的液滴、液面或液体中气泡的外形，然后分别测量出每个水滴三相交界处流动界面与标准煤样界面的夹角，即为单个静态水润湿角，取其平均值，作为标准煤样的静态水润湿角为23.8°。
实施例3
一种改性低渗透煤储层的复配表面活性剂，为长链极性有机物-离子表面活性剂混合体系，具体包括十二烷基硫酸钠(C12H25SO4Na)、正辛醇和水；
其中，各个组分的质量百分比为：十二烷基硫酸钠为0.2wt.％，正辛醇为0.2wt.％，余量为水；
一种改性低渗透煤储层的复配表面活性剂的改性方法，包括以下步骤：
步骤1，制作并筛选标准煤样
采用岩石取芯机在煤块上取煤芯，为了保证煤样的均匀性，每一组的煤样尽量在同一煤块上钻取，利用岩石切割机将煤芯切割成大小为的煤柱，利用非金属超声波检测仪对煤柱进行筛选，挑选纵波波速在2～2.5km/s范围内的标准煤样，测量标准煤样的高度H为49.82mm，直径D为100.09mm，得到标准煤样的体积V0为195.01cm3，将标准煤样放置于105℃烘干箱中干燥48h后，称量烘干后的标准煤样的干燥质量m0为253.31g，保存，备用。
步骤2，配制改性低渗透煤储层的复配表面活性剂
根据上述复配表面活性剂的组分及各个组分的质量百分比，称取原料，将原料混合均匀，得到复配表面活性剂；
步骤3，浸泡
(1)将烘干后的标准煤样浸没入复配表面活性剂中进行浸泡，浸泡1h后，当标准煤样在复配表面活性剂中完全饱和后，称量饱和后的标准煤样的饱和质量M0为262.48g，计算标准煤样的初始孔隙率n0，其计算公式为：
n0＝(M0-m0)/ρ/V0×100％
式中，n0为标准煤样的初始孔隙率；
M0为标准煤样的饱和质量，单位为g；
m0为标准煤样的干燥质量，单位为g；
ρ为复配表面活性剂的密度，单位为g/mL，取1g/mL；
V0为标准煤样的体积，单位为cm3；
经过计算，初始孔隙率n0为4.70％。
(2)将饱和的标准煤样进行浸泡，浸泡时间为6h，浸泡温度30℃，使煤样与复配表面活性剂充分接触，得到浸泡后的标准煤样；
步骤4，质量损失率和孔隙率实验
(1)将浸泡收的标准煤样擦干表面水分，称量浸泡后的标准煤样的浸泡饱和质量Mi为261.90g；
(2)将浸泡后的标准煤样置于烘干箱中，于105℃进行烘干，干燥时间为48h，得到浸泡过的干燥的标准煤样，称量浸泡过的干燥的标准煤样的质量为mi为197.43g，并测量其高度和直径，得到浸泡过的干燥的标准煤样的体积Vi为194.95cm3；
计算浸泡后的标准煤样的孔隙率ni，计算公式为：
ni＝(Mi-mi)/ρ/Vi×100％
式中，ni为浸泡后的标准煤样的孔隙率，无量纲；
Mi为标准煤样的浸泡饱和质量，单位为g；
mi为浸泡过的干燥的标准煤样的质量，单位为g；
ρ为复配表面活性剂的密度，单位为g/mL，取1g/mL；
Vi为浸泡过的干燥的标准煤样的体积，单位为cm3；
经过计算，煤样孔隙率ni为33.07％。
(3)计算标准煤样的质量损失率Δm，计算公式为：
Δm＝100％×(m0-mi)/m0
式中，Δm为标准煤样的质量损失率；
m0为标准煤样的干燥质量，单位为g；
mi为浸泡过的干燥的标准煤样的质量，单位为g；
经过计算，煤样质量损失率Δm为22.06％。
(4)计算次生孔隙率Δn
Δn＝n0-ni
式中，Δn为次生孔隙率；
n0为标准煤样的初始孔隙率，无量纲；
ni为浸泡后的标准煤样的孔隙率，无量纲；
经过计算，煤样次生孔隙率Δn为28.37％。
步骤5，静态水润湿角实验
向浸泡过的干燥的标准煤样滴加多滴水滴，通过观测与标准煤样表面接触的液滴、液面或液体中气泡的外形，然后分别测量出每个水滴三相交界处流动界面与标准煤样界面的夹角，即为单个静态水润湿角，取其平均值，作为标准煤样的静态水润湿角为15.9°。
实施例4
一种改性低渗透煤储层的复配表面活性剂，为长链极性有机物-离子表面活性剂混合体系，具体包括十六烷基硫酸钠、5-甲基-3-己醇和水；
其中，各个组分的质量百分比为：十六烷基硫酸钠为0.3wt.％，5-甲基-3-己醇为0.2wt.％，余量为水；
一种改性低渗透煤储层的复配表面活性剂的改性方法，包括以下步骤：
步骤1，制作并筛选标准煤样
采用岩石取芯机在煤块上取煤芯，为了保证煤样的均匀性，每一组的煤样尽量在同一煤块上钻取，利用岩石切割机将煤芯切割成大小为的煤柱，利用非金属超声波检测仪对煤柱进行筛选，挑选纵波波速在2～2.5km/s范围内的标准煤样，测量标准煤样的高度H为49.94mm，直径D为100.02mm，得到标准煤样的体积V0为195.82cm3，将标准煤样放置于105℃烘干箱中干燥48h后，称量烘干后的标准煤样的干燥质量m0为265.82g，保存，备用。
步骤2，配制改性低渗透煤储层的复配表面活性剂
根据上述复配表面活性剂的组分及各个组分的质量百分比，称取原料，将原料混合均匀，得到复配表面活性剂；
步骤3，浸泡
(1)将烘干后的标准煤样浸没入复配表面活性剂中进行浸泡，浸泡1h后，当标准煤样在复配表面活性剂中完全饱和后，称量饱和后的标准煤样的饱和质量M0为274.83g，计算标准煤样的初始孔隙率n0，其计算公式为：
n0＝(M0-m0)/ρ/V0×100％
式中，n0为标准煤样的初始孔隙率；
M0为标准煤样的饱和质量，单位为g；
m0为标准煤样的干燥质量，单位为g；
ρ为复配表面活性剂的密度，单位为g/mL，取1g/mL；
V0为标准煤样的体积，单位为cm3；
经过计算，初始孔隙率n0为4.60％。
(2)将饱和的标准煤样进行浸泡，浸泡时间为10h，浸泡温度35℃，使煤样与复配表面活性剂充分接触，得到浸泡后的标准煤样；
步骤4，质量损失率和孔隙率实验
(1)将浸泡收的标准煤样擦干表面水分，称量浸泡后的标准煤样的浸泡饱和质量Mi为270.25g；
(2)将浸泡后的标准煤样置于烘干箱中，于110℃进行烘干，干燥时间为30h，得到浸泡过的干燥的标准煤样，称量浸泡过的干燥的标准煤样的质量为mi为209.34g，并测量其高度和直径，得到浸泡过的干燥的标准煤样的体积Vi为194.19cm3；
计算浸泡后的标准煤样的孔隙率ni，计算公式为：
ni＝(Mi-mi)/ρ/Vi×100％
式中，ni为浸泡后的标准煤样的孔隙率，无量纲；
Mi为标准煤样的浸泡饱和质量，单位为g；
mi为浸泡过的干燥的标准煤样的质量，单位为g；
ρ为复配表面活性剂的密度，单位为g/mL，取1g/mL；
Vi为浸泡过的干燥的标准煤样的体积，单位为cm3；
经过计算，煤样孔隙率ni为31.37％。
(3)计算标准煤样的质量损失率Δm，计算公式为：
Δm＝100％×(m0-mi)/m0
式中，Δm为标准煤样的质量损失率；
m0为标准煤样的干燥质量，单位为g；
mi为浸泡过的干燥的标准煤样的质量，单位为g；
经过计算，煤样质量损失率Δm为21.25％。
(4)计算次生孔隙率Δn
Δn＝n0-ni
式中，Δn为次生孔隙率；
n0为标准煤样的初始孔隙率，无量纲；
ni为浸泡后的标准煤样的孔隙率，无量纲；
经过计算，煤样次生孔隙率Δn为26.77％。
步骤5，静态水润湿角实验
向浸泡过的干燥的标准煤样滴加多滴水滴，通过观测与标准煤样表面接触的液滴、液面或液体中气泡的外形，然后分别测量出每个水滴三相交界处流动界面与标准煤样界面的夹角，即为单个静态水润湿角，取其平均值，作为标准煤样的静态水润湿角为16.3°。
实施例5
一种改性低渗透煤储层的复配表面活性剂，为非离子-离子表面活性剂混合体系，具体包括十六烷基硫酸钠、正辛醇聚氧乙烯醚和水；
其中，各个组分的质量百分比为：十六烷基硫酸钠为0.1wt.％，正辛醇聚氧乙烯醚为0.2wt.％，余量为水；
一种改性低渗透煤储层的复配表面活性剂的改性方法，包括以下步骤：
步骤1，制作并筛选标准煤样
采用岩石取芯机在煤块上取煤芯，为了保证煤样的均匀性，每一组的煤样尽量在同一煤块上钻取，利用岩石切割机将煤芯切割成大小为的煤柱，利用非金属超声波检测仪对煤柱进行筛选，挑选纵波波速在2～2.5km/s范围内的标准煤样，测量标准煤样的高度H为49.96mm，直径D为100.13mm，得到标准煤样的体积V0为196.19cm3，将标准煤样放置于110℃烘干箱中干燥24h后，称量烘干后的标准煤样的干燥质量m0为268.66g，保存，备用。
步骤2，配制改性低渗透煤储层的复配表面活性剂
根据上述复配表面活性剂的组分及各个组分的质量百分比，称取原料，将原料混合均匀，得到复配表面活性剂；
步骤3，浸泡
(1)将烘干后的标准煤样浸没入复配表面活性剂中进行浸泡，当向标准煤样滴加复配表面活性剂，标准煤样不再吸收时，标准煤样在复配表面活性剂中完全饱和，称量饱和后的标准煤样的饱和质量M0为278.47g，计算标准煤样的初始孔隙率n0，其计算公式为：
n0＝(M0-m0)/ρ/V0×100％
式中，n0为标准煤样的初始孔隙率；
M0为标准煤样的饱和质量，单位为g；
m0为标准煤样的干燥质量，单位为g；
ρ为复配表面活性剂的密度，单位为g/mL，取1g/mL；
V0为标准煤样的体积，单位为cm3；
经过计算，初始孔隙率n0为5.0％。
(2)将饱和的标准煤样进行浸泡，浸泡时间为6h，浸泡温度30℃，使煤样与复配表面活性剂充分接触，得到浸泡后的标准煤样；
步骤4，质量损失率和孔隙率实验
(1)将浸泡收的标准煤样擦干表面水分，称量浸泡后的标准煤样的浸泡饱和质量Mi为274.15g；
(2)将浸泡后的标准煤样置于烘干箱中，于105℃进行烘干，干燥时间为48h，得到浸泡过的干燥的标准煤样，称量浸泡过的干燥的标准煤样的质量为mi为220.36g，并测量其高度和直径，得到浸泡过的干燥的标准煤样的体积Vi为195.82cm3；
计算浸泡后的标准煤样的孔隙率ni，计算公式为：
ni＝(Mi-mi)/ρ/Vi×100％
式中，ni为浸泡后的标准煤样的孔隙率，无量纲；
Mi为标准煤样的浸泡饱和质量，单位为g；
mi为浸泡过的干燥的标准煤样的质量，单位为g；
ρ为复配表面活性剂的密度，单位为g/mL，取1g/mL；
Vi为浸泡过的干燥的标准煤样的体积，单位为cm3；
经过计算，煤样孔隙率ni为27.46％。
(3)计算标准煤样的质量损失率Δm，计算公式为：
Δm＝100％×(m0-mi)/m0
式中，Δm为标准煤样的质量损失率；
m0为标准煤样的干燥质量，单位为g；
mi为浸泡过的干燥的标准煤样的质量，单位为g；
经过计算，煤样质量损失率Δm为17.98％。
(4)计算次生孔隙率Δn
Δn＝n0-ni
式中，Δn为次生孔隙率；
n0为标准煤样的初始孔隙率，无量纲；
ni为浸泡后的标准煤样的孔隙率，无量纲；
经过计算，煤样次生孔隙率Δn为22.46％。
步骤5，静态水润湿角实验
向浸泡过的干燥的标准煤样滴加多滴水滴，通过观测与标准煤样表面接触的液滴、液面或液体中气泡的外形，然后分别测量出每个水滴三相交界处流动界面与标准煤样界面的夹角，即为单个静态水润湿角，取其平均值，作为标准煤样的静态水润湿角为17.8°。
Claims (9)
1.一种改性低渗透煤储层的复配表面活性剂的室内改性方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，制作并筛选标准煤样
在煤块上取煤芯，切割制成Ø50 mm×100 mm煤柱，对煤柱进行筛选，筛选出纵波波速为2~2.5km/s的煤柱作为标准煤样，测量标准煤样的高度H和直径D，得到标准煤样的体积V 0，将标准煤样烘干后，称量烘干后的标准煤样的干燥质量m 0，保存，备用；
步骤2，配制改性低渗透煤储层的复配表面活性剂
根据改性低渗透煤储层的复配表面活性剂的组分及各个组分的质量百分比，称取原料，将原料混合均匀，得到复配表面活性剂；
所述的改性低渗透煤储层的复配表面活性剂包括脂肪醇硫酸钠、复配组分和水；
其中，各个组分的质量百分比为：脂肪醇硫酸钠为0.1~0.3 wt.%，复配组分为0.1~0.3wt.%，余量为水；
所述的脂肪醇硫酸钠为碳原子数为12~16的脂肪醇硫酸钠；
所述的复配组分为非离子表面活性剂、正离子表面活性剂或长链极性有机物中的一种；
步骤3，浸泡
(1)将烘干后的标准煤样浸没入复配表面活性剂中进行浸泡，当标准煤样完全饱和后，称量饱和后的标准煤样的饱和质量M 0，计算标准煤样的初始孔隙率n 0，其计算公式为：
n 0=（M 0-m 0）/ρ/V 0×100%
式中，n 0为标准煤样的初始孔隙率；
M 0为标准煤样的饱和质量，单位为g；
m 0为标准煤样的干燥质量，单位为g；
ρ为复配表面活性剂的密度，单位为g/mL；
V 0为标准煤样的体积，单位为cm3；
(2)将饱和的标准煤样进行浸泡，浸泡时间为6~18h，浸泡温度25~40℃，使煤样与复配表面活性剂充分接触，得到浸泡后的标准煤样；
步骤4，质量损失率和孔隙率实验
(1)将浸泡收的标准煤样擦干表面水分，称量浸泡后的标准煤样的浸泡饱和质量M i；
(2)将浸泡后的标准煤样置于105~110℃进行烘干，干燥时间为24~48h，得到浸泡过的干燥的标准煤样，称量浸泡过的干燥的标准煤样的质量为m i，并测量其高度和直径，得到浸泡过的干燥的标准煤样的体积V i；
计算浸泡后的标准煤样的孔隙率n i，计算公式为：
n i=（M i-m i）/ρ/V i×100%
式中，n i为浸泡后的标准煤样的孔隙率，无量纲；
M i为标准煤样的浸泡饱和质量，单位为g；
m i 为浸泡过的干燥的标准煤样的质量，单位为g；
ρ为复配表面活性剂的密度，单位为g/mL；
V i为浸泡过的干燥的标准煤样的体积，单位为cm3；
(3) 计算标准煤样的质量损失率Δm，计算公式为：
Δm=100%×（m 0-m i)/m 0
式中，Δm为标准煤样的质量损失率；
m 0为标准煤样的干燥质量，单位为g；
m i为浸泡过的干燥的标准煤样的质量，单位为g；
(4)计算次生孔隙率Δn
Δn=n 0-n i
式中，Δn为次生孔隙率；
n 0为标准煤样的初始孔隙率，无量纲；
n i为浸泡后的标准煤样的孔隙率，无量纲；
步骤5，静态水润湿角实验
通过直接测量法，测量浸泡过的干燥的标准煤样的润湿角。
2.如权利要求1所述的改性低渗透煤储层的复配表面活性剂的室内改性方法，其特征在于，所述的步骤1中，所述的烘干为，将标准煤样置于105~110℃烘干箱中干燥24~48h。
3.如权利要求1所述的改性低渗透煤储层的复配表面活性剂的室内改性方法，其特征在于，所述的步骤3(1)中，所述的标准煤样完全饱和，浸泡时间为1h。
4.如权利要求1所述的改性低渗透煤储层的复配表面活性剂的室内改性方法，其特征在于，所述的脂肪醇硫酸钠为十二烷基硫酸钠或十六烷基硫酸钠。
5.如权利要求1所述的改性低渗透煤储层的复配表面活性剂的室内改性方法，其特征在于，所述的非离子表面活性剂为脂肪醇聚氧乙烯醚。
6.如权利要求5所述的改性低渗透煤储层的复配表面活性剂的室内改性方法，其特征在于，所述的脂肪醇聚氧乙烯醚为十二醇聚氧乙烯醚、正辛醇聚氧乙烯醚或异辛醇聚氧乙烯醚中的一种。
7.如权利要求1所述的改性低渗透煤储层的复配表面活性剂的室内改性方法，其特征在于，所述的正离子表面活性剂为碳原子数为12~18的长链烷基三甲基溴化铵。
8.如权利要求1所述的改性低渗透煤储层的复配表面活性剂的室内改性方法，其特征在于，所述的碳原子数为12~18的长链烷基三甲基溴化铵为十二烷基三甲基溴化铵或十六烷基三甲基溴化铵。
9.如权利要求1所述的改性低渗透煤储层的复配表面活性剂的室内改性方法，其特征在于，所述的长链极性有机物为碳原子数≥7的一元醇或碳原子数≥7的极性多元醇。
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