CN108977185A - 一种用于清除煤粉的清洗液及其制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于清除煤粉的清洗液及其制备方法和应用，属于煤层气井洗井领域。该清洗液包括以下质量百分比的组分：非离子表面活性剂0.2％‑0.5％、短链醇0.25％‑0.55％、防膨剂0.5％‑1.5％、余量为水。非离子表面活性剂选自非离子氟碳表面活性剂、聚乙二醇类非离子表面活性剂、烷基酚聚氧乙烯醚类非离子表面活性剂中的至少一种。在各组分的配合作用下，非离子表面活性剂能够将附着在管件以及其他仪器设备壁上的煤泥或煤粉颗粒剥离下来，以避免煤泥封堵管件和仪器设备，便于煤层气井的正常开采。短链醇的分子链吸附煤粉，并使煤粉分散于清洗液中，便于通过清洗液将煤粉携带至井筒外。该清洗液具有能够使煤粉分散，携带煤粉的能力好，洗井效果好的特点。

Description

一种用于清除煤粉的清洗液及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及煤层气井洗井领域，特别涉及一种用于清除煤粉的清洗液及其制备方法和应用。

背景技术

煤的抗压强度和抗拉强度小，易破碎成煤粉，所以在煤层气开采过程中，经常伴随着煤层气井出灰(煤粉)现象。煤层气井内的煤粉容易附着在煤层气井井筒内的管件及其他仪器设备的壁上，这减小了管件及其他仪器设备的过流面积，影响煤层气井的排采量。当出灰现象严重时，会引起管件及其他仪器设备的卡堵，导致煤层气井无法正常生产。并且，煤粉还容易封堵煤层气储层的产气通道，这降低了煤层气储层的渗透率，降低煤层气井的排采量。通过对煤层气井清洗，把煤粉携带至煤层气井井筒外，可以解决管件及其他仪器设备的封堵问题，并提高煤层气储层的渗透率。因此，提供一种用于清除煤层气井内煤粉的清洗液是十分必要的。

现有技术提供了一种用于清洗煤层气井的清洗液。该清洗液包括以下质量百分比的组分：防膨剂2％-3％，余量为水。其中，防膨剂为氯化钾，能够防止煤层气储层中的黏土矿物膨胀，避免黏土矿物膨胀后使煤层气储层的产气通道封堵。在使用前，通过将防膨剂加入水中搅拌得到该清洗液。在应用时，通过注水泵向待清洗的煤层气井内泵注该清洗液，然后使清洗液排出煤层气井井筒外，以完成煤层气井的清洗。

发明人发现现有技术至少存在以下问题：

在清洗煤层气井时，煤粉容易在清洗液中团聚，清洗液携带煤粉的能力差，导致洗井效果差。

发明内容

本发明实施例所要解决的技术问题在于，提供了一种能够使煤粉分散，携带煤粉的能力好，洗井效果好的用于清除煤粉的清洗液及其制备方法和应用。具体技术方案如下：

第一方面，本发明实施例提供了一种用于清除煤粉的清洗液，所述清洗液包括以下质量百分比的组分：非离子表面活性剂0.2％-0.5％、短链醇0.25％-0.55％、防膨剂0.5％-1.5％、余量为水；所述非离子表面活性剂选自非离子氟碳表面活性剂、聚乙二醇类非离子表面活性剂、烷基酚聚氧乙烯醚类非离子表面活性剂中的至少一种。

具体地，作为优选，所述非离子氟碳表面活性剂为全氟烷基乙氧基醚醇类非离子氟表面活性剂和/或氟烷基聚氧乙烯基醚醇类非离子表面活性剂。

具体地，作为优选，所述短链醇选自乙醇、丙醇、正丁醇、异丁醇、乙二醇、丙二醇、乙三醇、丙三醇中的至少一种。

具体地，作为优选，所述防膨剂选自氯化钾、氯化钠、氯化钙、氯化铵中的至少一种。

具体地，作为优选，所述清洗液还包括质量百分比为0.1％-0.2％的羟丙基胍胶。

具体地，作为优选，所述清洗液包括以下质量百分比的组分：

所述非离子氟碳表面活性剂0.2％-0.5％、所述短链醇0.25％-0.55％、所述防膨剂0.5％-1.5％、所述羟丙基胍胶0.12％-0.15％、余量为水。

第二方面，本发明实施例还提供了所述清洗液的制备方法，所述清洗液通过以下方法制备得到：

按照各组分的质量百分比，向配液池中加入水、非离子表面活性剂、短链醇、氯化钾、以及可选的羟丙基胍胶，然后在预定温度条件下，搅拌预定时间，得到所述清洗液。

具体地，作为优选，所述预定温度为20℃-70℃，所述预定时间为30-100min。

第三方面，本发明实施例还提供了所述清洗液在煤层气井洗井中的应用。

本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：

本发明实施例提供的用于清除煤粉的清洗液，在各组分的配合作用下，非离子表面活性剂能够将附着在管件以及其他仪器设备壁上的煤泥或煤粉颗粒剥离下来，以避免煤泥封堵管件和仪器设备，便于煤层气井的正常开采。短链醇的分子链吸附煤粉，并使煤粉分散于清洗液中，便于通过清洗液将煤粉携带至井筒外。在清洗液清洗煤层气井时，盐类防膨剂可以防止煤层气储层中的黏土矿物膨胀，避免降低煤层气储层的渗透率。可见，本发明实施例提供的清洗液具有能够使煤粉分散，携带煤粉的能力好，洗井效果好等特点。

具体实施方式

除非另有定义，本发明实施例所用的所有技术术语均具有与本领域技术人员通常理解的相同的含义。为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施方式作进一步地详细描述。

第一方面，本发明实施例提供了一种用于清除煤粉的清洗液，该清洗液包括以下质量百分比的组分：非离子表面活性剂0.2％-0.5％、短链醇0.25％-0.55％、防膨剂0.5％-1.5％、余量为水；非离子表面活性剂选自非离子氟碳表面活性剂、聚乙二醇类非离子表面活性剂、烷基酚聚氧乙烯醚类非离子表面活性剂中的至少一种。

本发明实施例提供的用于清除煤粉的清洗液，在各组分的配合作用下，非离子表面活性剂能够将附着在管件以及其他仪器设备壁上的煤泥或煤粉颗粒剥离下来，以避免煤泥封堵管件和仪器设备，便于煤层气井的正常开采。短链醇的分子链吸附煤粉，并使煤粉分散于清洗液中，便于通过清洗液将煤粉携带至井筒外。在清洗液清洗煤层气井时，防膨剂可以防止煤层气储层中的黏土矿物膨胀，避免降低煤层气储层的渗透率。可见，本发明实施例提供的清洗液具有能够使煤粉分散，携带煤粉的能力好，洗井效果好等特点。

具体地，非离子表面活性剂的质量百分比可以为0.2％、0.25％、0.3％、0.35％、0.4％、0.45％、0.5％等。短链醇的质量百分比可以为0.25％、0.3％、0.35％、0.4％、0.45％、0.5％、0.55％等。防膨剂的质量百分比可以为0.5％、0.6％、0.7％、0.8％、0.9％、1％、1.1％、1.2％、1.3％、1.4％、1.5％等。

如此设置各组分的质量百分比，在节省成本的前提下，使该清洗液具有能够分散煤粉，携带煤粉的特点，以便于提高洗井效果。

在各组分的配合作用下，非离子表面活性剂能够浸润煤粉，以降低煤粉在管件或者其他仪器设备壁上的附着力，进而便于将煤粉剥离下来。

具体地，非离子表面活性剂可以选自上述三类非离子表面活性剂中的任意一种、两种、或者三者的混合物，并需要满足非离子表面活性剂占清洗液的质量百分比为0.2％-0.5％。

上述三类的非离子表面活性剂浸润及剥离煤粉的能力好，容易获取。

非离子氟碳表面活性剂为全氟烷基乙氧基醚醇类非离子氟表面活性剂和/或氟烷基聚氧乙烯基醚醇类非离子表面活性剂。即非离子氟碳表面活性剂为全氟烷基乙氧基醚醇类非离子氟表面活性剂和氟烷基聚氧乙烯基醚醇类非离子表面活性剂中的任意一种，或者为两者的混合物。

这两种非离子氟碳表面活性剂与煤粉之间的浸润效果好，能够高效地将煤粉剥离下来。

其中，全氟烷基乙氧基醚醇类非离子氟表面活性剂及氟烷基聚氧乙烯基醚醇类非离子表面活性剂均中含有极性基含氧醚键和羟基，通过调整极性基的长度，便于得到不同的非离子氟碳表面活性剂。举例来说，全氟烷基乙氧基醚醇类非离子氟表面活性剂的分子式可以为CF₃(CF₂)₄CH₂O(CH₂CH₂O)₃H、CF₃CF₂(CF₂CF₂)₆CH₂CH₂O(CH₂CH₂O)₃H、F(CF₂)₆(CH₂)₃(OCH₂CH₂)₄OH等。氟烷基聚氧乙烯基醚醇类非离子表面活性剂的分子式可以为C₆F₅(OCH₂CH₂)₁₀OH。

聚乙二醇类非离子表面活性剂可以为聚乙二醇脂肪酸酯、聚乙二醇乙氧基化脂肪酸等。烷基酚聚氧乙烯醚类非离子表面活性剂可以为碳链长度为8-12的烷基酚聚氧乙烯醚。

在上述三类非离子表面活性剂中，优选非离子氟碳表面活性剂，该非离子表面活性剂浸润及剥离煤粉的能力好，能够提高洗井效果。

在各组分的配合作用下，短链醇的分子链能够吸附煤粉，由于短链醇的分子链短，不易使煤粉团聚，进而便于煤粉分散于清洗液中。作为优选，短链醇选自乙醇、丙醇、正丁醇、异丁醇、乙二醇、丙二醇、乙三醇、丙三醇中的至少一种。例如，短链醇可以为上述八种短链醇中的任意一种、两种、三种、四种、五种、六种、七种、或者全部八种的混合物，并且需要满足短链醇的质量百分比为0.25％-0.55％。

上述几种短链醇的分散效果好，价格低廉，容易获取。

在各组分的配合作用下，防膨剂可以防止煤层气储层中的黏土矿物膨胀，防止减小煤层气的过流通道，进而避免降低煤层气储层的渗透性能。作为优选，防膨剂选自氯化钾、氯化钠、氯化钙、氯化铵中的至少一种。例如防膨剂可以选自上述四种防膨剂中的任意一种、两种、三种、或者四种防膨剂的混合物，并且需要满足防膨剂的质量百分比为0.5％-1.5％。

上述防膨剂的价格低廉，具有优异的防止黏土矿物膨胀的效果。

作为优选，本发明实施例提供的清洗液包括以下质量百分比的组分：非离子氟碳表面活性剂2％-5％、短链醇0.25％-0.55％、氯化钾0.5％-1.5％、余量为水。

如此设置清洗液的各组分及其质量分数，在原料成本低廉的前提下，能够改善该清洗液剥离及携带煤粉的能力，进而高效清洗煤层气井。

为了提高煤粉在清洗液中的悬浮性能，清洗液还包括质量百分比为0.1％-0.2％的羟丙基胍胶。羟丙基胍胶的质量百分比可以为0.1％、0.12％、0.14％、0.16％、0.18％、0.2％等。

羟丙基胍胶具有分散性好、粘弹性好、反排率高、黏土抑制性强等特点，在各组分的配合作用下，能够提高煤粉在清洗液中的悬浮性能，防止煤粉沉降。

作为优选，本发明实施例提供的清洗液包括以下质量百分比的组分：非离子氟碳表面活性剂0.2％-0.5％、短链醇0.25％-0.55％、防膨剂0.5％-1.5％、羟丙基胍胶0.12％-0.15％、余量为水。

如此设置清洗液的各组分及其质量百分比，能够提高煤粉的分散及悬浮性能，并赋予该清洗液优异的剥离及携带煤粉的能力。

第二方面，本发明实施例还提供了上述清洗液的制备方法，该清洗液通过以下方法制备得到：

按照各组分的质量百分比，向配液池中加入水、非离子表面活性剂、短链醇、氯化钾、以及可选的羟丙基胍胶，然后在预定温度条件下，搅拌预定时间，得到清洗液。

该制备方法简单，便于推广使用。该清洗液可以在作业现场直接制备，也可以在配制好后运输至作业现场。

具体地，预定温度为20℃-70℃，例如可以为20℃、25℃、30℃、35℃、40℃、45℃、50℃、55℃、60℃、70℃等，预定时间为30-100min，例如可以为30min、40min、50min、60min、70min、80min、90min、100min等。

如此设置搅拌的温度和时间，可使各组分能够完全溶解于水中，并形成成分均一的清洗液。

第三方面，本发明实施例还提供了上述清洗液在煤层气井洗井中的应用。

本发明实施例提供的清洗液主要用于使煤粉从管件及其他仪器设备的壁上剥离下来，并使煤粉分散并悬浮于清洗液中，以便于将煤粉携带至井筒外。在使用时，首先在待清洗的煤层气井附近的配液池配制该清洗液，或者将配制好的清洗液运输至待清洗的煤层气井附近。然后通过注水泵将清洗液泵注至井筒内，经过预定时间后，将携带煤粉的清洗液排至井筒外，以避免煤粉封堵井筒内管件及其他仪器设备、以及煤层气储层的产气通道。

该清洗液用于清洗煤粉的方法简单，清洗效率高，可推广使用。

以下将通过具体实施例进一步地描述本发明。

在以下具体实施例中，所涉及的操作未注明条件者，均按照常规条件或者制造商建议的条件进行。所用原料未注明生产厂商及规格者均为可以通过市购获得的常规产品。

其中，非离子氟碳表面活性剂为购自克拉玛依市红都有限责任公司的型号为FBHD-2的非离子氟碳表面活性剂。羟丙基胍胶为购自江苏昆山尤凯利贸易有限公司的型号为HP105的羟丙基胍胶。

实施例1

本实施例提供了一种用于清除煤粉的清洗液，该清洗液通过将水99.05％、非离子氟碳表面活性剂0.2％、乙醇0.25％、氯化钠0.5％加入配液池中，然后在20℃的条件下搅拌30min得到。其中，上述各组分均为按照质量百分比加入，后面的实施例相同，不再赘述。

实施例2

本实施例提供了一种用于清除煤粉的清洗液，该清洗液通过将水98.65％、非离子氟碳表面活性剂0.3％、乙醇0.25％、氯化钾0.8％加入配液池中，然后在30℃的条件下搅拌40min得到。

实施例3

本实施例提供了一种用于清除煤粉的清洗液，该清洗液通过将水98.35％、非离子氟碳表面活性剂0.3％、乙醇0.35％、氯化钾1％加入配液池中，然后在40℃的条件下搅拌45min得到。

实施例4

本实施例提供了一种用于清除煤粉的清洗液，该清洗液通过将水98.15％、非离子氟碳表面活性剂0.3％、乙醇0.45％、氯化钾1.1％加入配液池中，然后在45℃的条件下搅拌40min得到。

实施例5

本实施例提供了一种用于清除煤粉的清洗液，该清洗液通过将水97.95％、非离子氟碳表面活性剂0.3％、乙醇0.55％、氯化钾1.2％加入配液池中，然后在50℃的条件下搅拌47min得到。

实施例6

本实施例提供了一种用于清除煤粉的清洗液，该清洗液通过将水97.98％、非离子氟碳表面活性剂0.35％、正丁醇与乙醇的混合物0.35％、氯化钠与氯化钾的混合物1.2％、羟丙基胍胶0.12％加入配液池中，然后在70℃的条件下搅拌55min得到。其中，正丁醇与乙醇的质量比为1:1，氯化钠与氯化钾的质量比为1:2。

实施例7

本实施例提供了一种用于清除煤粉的清洗液，该清洗液通过将水98.05％、非离子氟碳表面活性剂0.36％、正丁醇0.35％、氯化钾1.1％、羟丙基胍胶0.14％加入配液池中，然后在70℃的条件下搅拌60min得到。

实施例8

本实施例提供了一种用于清除煤粉的清洗液，该清洗液通过将水97.72％、非离子氟碳表面活性剂0.38％、乙醇0.35％、氯化钠与氯化钾的混合物1.2％、羟丙基胍胶0.15％加入配液池中，然后在70℃的条件下搅拌65min得到。其中，正丁醇与乙醇的质量比为1:2，氯化钠与氯化钾的质量比为2:1。

应用实施例1

本应用实施例对实施例1-8提供的清洗液的解堵能力和携带煤粉的性能进行评价。其中，清洗液的解堵能力通过使煤泥完全分解的时间来评价，煤泥完全分解的时间越长，说明清洗液的解堵能力越差，使煤粉分散的能力越差，反之，则说明清洗液的解堵能力越好，使煤粉分散的能力越好。清洗液携带煤粉的能力通过煤粉在清洗液中悬浮的时间来评价，悬浮时间越长，说明清洗液携带煤粉的能力越好。

具体实验过程为：取9个量程为200mL的量筒，并在每个量筒内150mL刻度处封堵一圈煤泥环，然后将9个带有煤泥环的量筒依次编号为1号、2号、3号、4号、5号、6号、7号、8号、9号。分别获取实施例1-8提供的清洗液190mL，以及190mL质量浓度为2％的氯化钾溶液，然后分别倒入1-9号量筒内，并使煤泥环浸入清洗液中。记录每个量筒内煤泥环完全分解的时间和煤粉悬浮的时间，具体参数参见表1。

表1

编号	完全分解的时间/s	悬浮的时间/min
			1号	113	44
2号	96	47
			3号	92	82
4号	95	84
			5号	91	85
6号	84	99
			7号	82	103
8号	80	105
			9号	400	12

由表1可知，实施例1-8提供的清洗液与2％的氯化钾溶液相比，具有优异的解堵能力，且解堵后煤粉的悬浮性好。并且，在实施例2-5提供的清洗液中，随着短链醇质量百分比的增大，煤粉悬浮的时间越长。实施例2-5提供的清洗液中的表面活性剂的质量百分比相同，其解堵能力基本相同。实施例6-8提供的清洗液中含有羟丙基胍胶，该清洗液的解堵能力及煤粉的悬浮性能均优于其他实施例提供的清洗液。

可见，本发明实施例提供的清洗液具有优异的解堵能力和携带煤粉的能力，能够满足煤层气井洗井的使用要求。

应用实施例2

本应用实施例对实施例1-8提供清洗液的冲洗能力进行评价。其中，冲洗能力通过清洗液冲洗煤泥，直至煤泥完全分解并被冲洗干净的时间来评价。冲洗时间越短，说明清洗液的冲洗能力越好。

具体实验过程为：取9个体积为100mL的U型管，在每个U型管内填充体积为U型管1/2的煤泥，并且在每个U型管内设置过流通道，以便于清洗液能够由U型管的一端流通至另一端。然后将装有煤泥的9个U型管依次编号为a、b、c、d、e、f、g、h、i。分别获取实施例1-8提供的清洗液，以及质量浓度为2％的氯化钾溶液，并使清洗液分别以14.55mL/s的速度流入相应的U型管内。记录将每个U型管内煤泥被冲洗干净的时间，具体参数参见表2。

表2

编号	冲洗干净的时间/s
		a	119
b	99
		c	96
d	99
		e	97
f	88
		g	86
h	84
		i	412

由表2可知，实施例1-8提供的清洗液与2％的氯化钾溶液相比，具有优异的冲洗能力。可见，本发明实施例提供的清洗液具有优异的冲洗能力，能够满足煤层气井洗井的使用要求。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种用于清除煤粉的清洗液，其特征在于，所述清洗液包括以下质量百分比的组分：非离子表面活性剂0.2％-0.5％、短链醇0.25％-0.55％、防膨剂0.5％-1.5％、余量为水；

所述非离子表面活性剂选自非离子氟碳表面活性剂、聚乙二醇类非离子表面活性剂、烷基酚聚氧乙烯醚类非离子表面活性剂中的至少一种。

2.根据权利要求1所述的清洗液，其特征在于，所述非离子氟碳表面活性剂为全氟烷基乙氧基醚醇类非离子氟表面活性剂和/或氟烷基聚氧乙烯基醚醇类非离子表面活性剂。

3.根据权利要求1所述的清洗液，其特征在于，所述短链醇选自乙醇、丙醇、正丁醇、异丁醇、乙二醇、丙二醇、乙三醇、丙三醇中的至少一种。

4.根据权利要求1所述的清洗液，其特征在于，所述防膨剂选自氯化钾、氯化钠、氯化钙、氯化铵中的至少一种。

5.根据权利要求1所述的清洗液，其特征在于，所述清洗液还包括质量百分比为0.1％-0.2％的羟丙基胍胶。

6.根据权利要求5所述的清洗液，其特征在于，所述清洗液包括以下质量百分比的组分：

所述非离子氟碳表面活性剂0.2％-0.5％、所述短链醇0.25％-0.55％、所述防膨剂0.5％-1.5％、所述羟丙基胍胶0.12％-0.15％、余量为水。

7.权利要求1-6任一项所述的清洗液的制备方法，其特征在于，所述清洗液通过以下方法制备得到：

按照各组分的质量百分比，向配液池中加入水、非离子表面活性剂、短链醇、氯化钾、以及可选的羟丙基胍胶，然后在预定温度条件下，搅拌预定时间，得到所述清洗液。

8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述预定温度为20℃-70℃，所述预定时间为30-100min。

9.权利要求1-6任一项所述的清洗液在煤层气井洗井中的应用。