CN108624288B - 一种煤层气井煤粉粒子抑制剂的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种由三羟甲基氨基甲烷、甲基丙烯酸缩水甘油酯、苄基氯和N，N‑二甲基丙烯酰胺为原料的煤层气井中煤粉粒子抑制剂的制备方法。本发明以三羟甲基氨基甲烷为起始原料，首先将其与等量的甲基丙烯酸缩水甘油酯发生环氧开环取代反应，然后再与两分子的苄基氯发生取代反应，生成含季胺侧链的甲基丙烯羧酯单体；将该单体与一定量的N，N‑二甲基丙烯酰胺在水中共聚，制备出了具有理想的抑制煤尘能力的聚合物水溶液，制备方法工艺简单，成本低廉，提供了一种制备消除煤层水中煤尘堵塞的煤尘粒子抑制剂的新途径。
Description
技术领域
本发明属煤层气开采助剂领域，特别是涉及一种包括三羟甲基氨基甲烷、甲基丙烯酸缩水甘油酯、苄基氯和N，N-二甲基丙烯酰胺为原料的煤层气井中煤粉粒子抑制剂的制备方法。
背景技术
煤粉的控制是煤层气井排采中的重要环节，过量煤粉产出引起的机械故障将导致频繁检泵作业，从而产生大幅度的井底压力波动而破坏气、水、煤粉流态的连续性进而影响井的产气潜力，增加排采成本。煤层气绝大部分以吸附的方式储存在煤基质中，需要降低储藏压力才能使煤层气解吸，煤储藏特点决定了煤层气井排采中的核心是井底压力和煤粉的控制。煤粉是在钻井工程及排采扰动作用下引起煤层失稳破坏而产生的，按煤粉来源可分为钻井残留煤粉、井壁失稳产生的煤粉和煤基质破裂产生的煤粉。煤粉中含有大量粘土矿物，包括高岭石、伊利石、绿泥石和伊/蒙混层矿物，其中以高岭石和伊利石为主。高岭石和伊利石通过运移堵塞渗流通道，降低煤储层渗透性；另外煤层气井多采用裸眼完井方式，在排采过程中煤粉随水、气运移至生产直井井筒，造成对筛管、排采泵的堵塞。目前主要防治措施为：一是采用具有较大的携粉能力螺杆泵排采；二是接防砂尾管，并结合油套环空注水稀释煤粉；三是采用表面活性剂解除堵塞。但上述三种措施仅能够解决煤粉粒径小，水中煤粉含量少，堵塞轻微的部分情况，对于大多数采气井仍然需要平均3个月周期性地检泵作业，不但使产量严重下降，还大大增加了开采成本。因此，研制一种能够抑制煤粉产生和运移的煤粉抑制剂对煤层气开采具有十分重要的意义。
煤和粘土分别属于疏水性物质和亲水性物质，同时具有与煤和粘土产生较强作用力的两亲大分子能够吸附于煤粉表面，并将煤粉粒子捆绑固结在一起，从而阻止煤粉的运移。苄基是一种疏水性基团，能够与疏水性的由多环芳烃组成的煤通过疏水相互作用产生较强的结合；而季胺离子是一种亲水性基团，能够与带负电的粘土颗粒通过静电相互作用产生较强的结合。
本发明以包括三羟甲基氨基甲烷、甲基丙烯酸缩水甘油酯、苄基氯和N，N-二甲基丙烯酰胺为原料制备了一种侧链含季胺离子和苄基的阳离子聚合物，该聚合物具有优异的煤粉吸附抑制能力。
发明内容
本发明以三羟甲基氨基甲烷为起始原料，首先将其与等量的甲基丙烯酸缩水甘油酯发生环氧开环取代反应，然后再与两分子的苄基氯发生取代反应，生成含季胺侧链的单体；将该单体与一定量的N，N-二甲基丙烯酰胺在水中共聚，制备出了具有理想的抑制煤尘能力的聚合物水溶液，制备方法工艺简单，成本低廉，提供了一种制备消除煤气井中煤粉堵塞的煤粉粒子抑制剂的新途径。
具体实施方式
实施例1
(1)将0.2mol三羟甲基氨基甲烷、1.00g氢氧化钠和100ml蒸馏水加入500ml四口反应瓶中，搅拌溶解，水浴升温至65℃，通入氮气10分钟，氮气保护下缓慢滴加0.2mol甲基丙烯酸缩水甘油酯，需要2小时，滴完后继续保温反应2小时，然后再分别缓慢滴加0.35mol苄基氯和50g30％的氢氧化钠水溶液，需要3小时，滴完后继续保温反应3小时，冷却至室温，生成淡黄色均匀液体；
(2)将0.005g乙二胺四乙酸二钠盐和0.1molN，N-二甲基丙烯酰胺溶解于100ml蒸馏水中，然后加入到(1)中，通入氮气5分钟，升温至60℃，氮气保护下，再加入5g0.05％的过硫酸铵水溶液，保温反应3小时，生成黄色透明粘稠液体。
实施例2
取一定粒径的煤粉100g，装入一端带有筛网的长L＝200mm，直径d＝25mm的不锈钢岩心管，填入时边装边用有机玻璃棒压实，以保证每次试验条件相同，然后将岩心管水平放置，从有筛网一端用1.0ml·min-1的流量饱和矿化度为5000mg/l的煤层水，做空白冲刷实验，测出岩芯渗透率k，并测出刚出煤尘时的泵排量；用不同平均粒径的煤粉制备模拟岩心，反向注入2.00％的实施例1的产物水溶液20g，静止12h，然后加大排量，收集驱出液，过滤，干燥，称量被驱出的煤尘质量，测定实施例1产物对煤层内不同粒径煤尘的抑制能力，结果见表1至表4。
表1 1#煤粉岩心空白冲刷试验(60℃)
表2 2#煤粉岩心空白冲刷试验(60℃)
表3实施例1产物对1#煤粉的抑制能力
表4实施例1产物对2#煤粉的抑制能力
Claims (1)
1.一种包括三羟甲基氨基甲烷、甲基丙烯酸缩水甘油酯、苄基氯和N，N-二甲基丙烯酰胺为原料的煤层气井煤粉粒子抑制剂的制备方法，包括下列步骤：
(1)将0.2mol三羟甲基氨基甲烷、1.00g氢氧化钠和100ml蒸馏水加入500ml四口反应瓶中，搅拌溶解，水浴升温至65℃，通入氮气10分钟，氮气保护下缓慢滴加0.2mol甲基丙烯酸缩水甘油酯，需要2小时，滴完后继续保温反应2小时，然后再分别缓慢滴加0.35mol苄基氯和50g30％的氢氧化钠水溶液，需要3h，滴完后继续保温反应3小时，冷却至室温，生成淡黄色均匀液体；
(2)将0.005g乙二胺四乙酸二钠盐和0.1molN，N-二甲基丙烯酰胺溶解于100ml蒸馏水中，然后加入到(1)中，通入氮气5分钟，升温至60℃，氮气保护下，再加入5g0.05％的过硫酸铵水溶液，保温反应3小时，生成黄色透明粘稠液体。
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