CN110284921A - 一种基于二元复合液的急倾斜特厚煤层瓦斯治理方法 - Google Patents

一种基于二元复合液的急倾斜特厚煤层瓦斯治理方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于二元复合液的急倾斜特厚煤层瓦斯治理方法，属于煤层瓦斯治理技术领域。其首先以清洁压裂液体系和微乳液作为二元复合液；然后借助水力压裂和水射流割缝的主要水力致裂增透方法将所述的二元复合液注入煤体，形成煤体二元复合液体压裂增透瓦斯抽采体系；最后通过瓦斯抽采流量变化特征及分析、煤层透气性系数变化特征及分析、煤体的瓦斯自然解吸速度变化特征及分析、工作面回风流瓦斯浓度变化特征及分析、钻屑量指标理论分析对急倾斜特厚煤层抽采瓦斯治理效果进行考察分析，即达到对急倾斜特厚煤层瓦斯的治理。本发明方法能保证开采工作的安全，提高瓦斯的治理效果。

Description

一种基于二元复合液的急倾斜特厚煤层瓦斯治理方法
技术领域
本发明涉及煤层瓦斯治理技术领域，具体涉及一种基于二元复合液的急倾斜特厚煤层瓦斯治理方法。
背景技术
我国是一个煤炭资源相对丰富的国家，煤炭工业在国民经济中具有重要战略地位，煤炭能源占到一次能源构成的60％-70％，煤炭将长期是我国的主要能源。矿井煤炭开采过程中瓦斯是煤矿重大危险因素，会造成瓦斯积聚超限以及煤与瓦斯突出等灾害，给当前煤矿安全生产埋下了隐患。我国新疆主要矿区的煤层厚度大部分都大于8m，属于急倾斜特厚煤层。随着急倾斜煤层开采深度的增加，瓦斯含量、压力和工作面瓦斯涌出量随之增大，再加上急倾斜煤层地质条件和开采工艺的特殊性，导致开采期间瓦斯灾害异常复杂，瓦斯灾害俨然已成为影响新疆矿区急倾斜特厚煤层安全高效生产的重要因素。
现阶段针对高瓦斯低透气性急倾斜特厚煤层在采煤工作中遇到的瓦斯问题，需要通过水力压裂增加煤体的透气性和渗透性对煤体内的瓦斯进行高效抽采。某些急倾斜特厚煤体节理裂隙不发育且较为坚硬，煤层水力压裂困难，不能达到预期的增透效果，并且随着煤矿开采深度的增加，更难开展煤层水力压裂。煤层水力压裂增透技术实施过程中，传统的压裂液粘度低，返排不彻底会造成地层的严重污染；煤层表面具有疏水亲油性质，水-煤接触面表面张力过大，水无法正常铺展在煤层表面，造成煤体润湿较难，水力压裂增透抽采瓦斯效果不理想等问题。
总结来说，急倾斜特厚煤层缺少一套快速高效的矿井瓦斯治理成套技术及方法，现有技术有待于更进一步的改善和发展。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于二元复合液的急倾斜特厚煤层瓦斯治理方法，其首先研发出以清洁无返排压裂液和高效增润新型微乳液为主体的环保-清洁-高效型二元复合液，然后借助高压水力割缝、压裂等技术手段，最后形成一种煤体二元复合液体压裂增透快速高效促抽瓦斯技术体系，保证开采工作的安全，提高瓦斯的治理效果。
其技术解决方案包括：
一种基于二元复合液的急倾斜特厚煤层瓦斯治理方法，依次包括以下步骤：
a、制备二元复合液，所述的二元复合液包括清洁压裂液体系和微乳液；
所述的清洁压裂液体系中，以十六烷基三甲基溴化铵溶液与水杨酸钠溶液混合形成的蠕虫状胶束作为压裂液基液，以氯化钾作为稳定剂，以润滑油和水的混合物作为破胶剂；
所述的微乳液的制备方法为：在水中加入SDS表面活性剂、乙醇助表面活性剂和煤油；根据Young方程，进行离心测试并由润湿接触角来表征润湿作用；通过对比水-煤、SDS-煤、乳-煤接触角，选定微乳液效果最好时的成分配比范围，并确定最适用的微乳液，将所选微乳液与所述的清洁压裂液体系混合即为二元复合液；
b、借助水力压裂方法和水射流割缝的主要水力致裂增透方法将所述的二元复合液注入煤体，形成煤体二元复合液体压裂增透瓦斯抽采体系；
c、通过瓦斯抽采流量变化特征及分析、煤层透气性系数变化特征及分析、煤体的瓦斯自然解吸速度变化特征及分析、工作面回风流瓦斯浓度变化特征及分析、钻屑量指标理论分析对急倾斜特厚煤层抽采瓦斯治理效果进行考察分析，即达到对急倾斜特厚煤层瓦斯的治理。
作为本发明的一个优选方案，所述的十六烷基三甲基溴化铵溶液的浓度为1％～5％，所述的水杨酸钠溶液的浓度为0.5％～4.5％，所述的氯化钾的加入量为压裂液基液重量的1％～5％。
作为本发明的另一个优选方案，步骤a中，最适用的微乳液的确定方法为：
将SDS表面活性剂磨碎后加入到装有温蒸馏水的容器中，充分搅拌直至SDS表面活性剂完全溶解制成质量分数为1％的SDS溶液；
将乙醇、蒸馏水、SDS溶液、煤油在室温下按一定比例混合1小时，四种物质自发形成透明均质的微乳液，按照水油比分别为2:1、1:2、1:1分批进行微乳液合成，制作成水包油型、油包水型和双连续型透明微乳液。
煤样制备：将原煤破碎，使用粉碎机进行磨粉，经过筛选得到粒径为20目、120目和325目的煤粉，天平称量0.6g煤粉，放在压饼机模具中使用20Mpa的力进行压实得到煤饼，重复压制得到多个不同粒径的待测煤饼。
通过离心测试、接触角测量实验室实验对比三相微乳液的润湿特性，选取接触角小润湿性能最好的微乳液即为最适用的微乳液。
进一步的，步骤b中，所述的水力压裂方法中压裂系统包括压裂泵、水箱、压力表、截止阀、流量计、压力传感器和专用封孔器，所述的压力传感器和流量计分别用来监测管路流量和压力的瞬时量和累积量，所述的压裂泵通过管路将所述水箱的水泵送进钻孔。
进一步的，在水射流割缝时，选用钻割一体钻头，所述的钻割一体钻头包括钻杆、扩充钻头、控制装置、钻头、喷嘴、控制阀门及出水孔，所述的控制装置位于所述的扩充钻头与所述的钻头之间，所述的控制阀门位于所述的控制装置内，所述的控制装置根据控制阀门来控制管路的畅通与闭合。
与现有技术相比，本发明带来了以下有益技术效果：
本发明通过研发清洁压裂液体系和新型微乳液为主体的二元复合液，并借助高压水力压裂和水射流割缝的主要水力致裂增透技术手段将二元复合液体注入煤体进行应用，最后对煤体中的瓦斯进行抽采，并对急倾斜特厚煤层抽采瓦斯治理效果进行考察分析。主要通过以下几个方面对增透效果考察分析：瓦斯抽采流量变化特征及分析、煤层透气性系数变化特征及分析、煤体的瓦斯自然解吸速度变化特征及分析、工作面回风流瓦斯浓度变化特征及分析、钻屑量指标理论分析；形成了一种煤体二元复合液体压裂增透快速高效促抽瓦斯技术体系，保证开采工作的安全，提高瓦斯的治理效果。
附图说明
下面结合附图对本发明做进一步说明：
图1为本发明二元复合液的研究工艺图；
图2为本发明在水力割缝中的钻割一体钻头示意图；
图3为本发明中水力压裂系统布置示意图；
图4为本发明中对急倾斜特厚煤层瓦斯治理效果的考察分析过程示意图；
附图标记说明：
1-钻杆；2-扩充钻头；3-控制装置；4-钻头；5-喷嘴；6-控制阀门；7-出水孔；8-截止阀；9-压力表；10-三通；11-流量计；12-压力传感器；13-主机；14-电机；15-变速箱；16-连接件；17-压裂泵；18-卸载阀；19-井下供水管；20-水箱；21-胶囊快速封孔器；22-高压管路。
具体实施方式
本发明提出了一种基于二元复合液的急倾斜特厚煤层瓦斯治理方法，为了使本发明的优点、技术方案更加清楚、明确，下面结合具体实施例对本发明做详细说明。
本发明，一种基于二元复合液压裂增透的急倾斜特厚煤层瓦斯治理方法，其包括以下步骤：
第一步、针对传统的压裂液粘度低、携砂性能较差、污染地层以及返排工序复杂等问题，本发明优选了以十六烷基三甲基溴化铵、氯化钾、水杨酸钠为主体的阳离子粘弹性表面活性剂，清洁压裂液的成分配比及破胶方式，通过室内对压裂液体系进行选配，优化实验确定了粘弹性表面活性剂清洁压裂液体系的配比及破胶方案。通过粘度计、滤失仪、接触角测量仪等仪器对筛选出来的压裂液体系性能进行评价，主要包括压裂液的耐剪切性、流变性、滤失性、伤害性、破胶性、渗透性等。对筛选出来的压裂液体系性能进行室内实验评价研究后，确定出适用于煤层特性的VES清洁无返排压裂液体系，进而达到真正改善现有传统压裂液的应用效果的作用。
第二步、微乳液具有的超低表面张力，可以使溶液液滴粒径控制在纳米级别，提高煤层润湿性，并且起到驱替瓦斯的作用。本发明首先对O/W型、W/O型微乳液以及双连续型微乳液,确定组分及配比。微乳液配方众多，由于煤的疏水性特点，配制微乳液，在水中加入SDS表面活性剂、乙醇助表面活性剂和煤油，溶液的超低表面张力使煤层在润湿时能够更强的铺展在煤表面，达到更好的润湿效果。其次，根据Young方程，进行离心测试并由润湿接触角来表征润湿作用。通过对比水-煤、SDS-煤、乳-煤接触角，选定微乳液效果最好时的成分配比范围，并确定最适用的微乳液，注入煤体中到达降低煤体表面张力、增强润湿性以及驱替瓦斯的目的。
第三步、借助高压水力压裂和水射流割缝的主要水力致裂增透技术手段将以清洁无返排压裂液和新型微乳液为主体的二元复合液体注入煤体，形成煤体二元复合液体压裂增透瓦斯抽采关键技术体系。现场主要实施步骤为钻孔→水力割缝→封孔器封孔→清洁压裂液→水力压裂→注微乳液→抽采瓦斯。
第四步、最后通过瓦斯抽采流量变化特征及分析、煤层透气性系数变化特征及分析、煤体的瓦斯自然解吸速度变化特征及分析、工作面回风流瓦斯浓度变化特征及分析、钻屑量指标理论分析等五个方面对急倾斜特厚煤层抽采瓦斯治理效果进行考察分析，最终达到急倾斜特厚煤层瓦斯高效快速治理的效果。
结合图1至图4对本发明的步骤做具体说明：
本发明清洁无返排压裂液(清洁压裂液体系)的研发，是通过室内优化实验确定了粘弹性表面活性剂清洁压裂液体系的配比及破胶方案，通过粘度计、滤失仪、接触角测量仪等仪器对筛选出来的压裂液体系性能进行评价，最终得到清洁无返排的煤层压裂液。结合图1，具体步骤包括：
第一步、选取十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)、水杨酸钠(NaSal)、氯化钾(KCl)、十二烷基硫酸钠(SDS)、过硫酸钠(Na2S2O8)、过硫酸铵((NH4)2S2O8)等实验材料。实验需要用到汽油、柴油及主要成分为烷烃、环烷烃、芳烃等烃类混合物的润滑油，选择新疆乌东煤矿急倾斜特厚煤层的煤样，煤样从煤矿现场采集及时密封运送至实验室，实验过程中使用蒸馏水，所有试剂材料无需进一步纯化。
第二步、在室温下，使用蒸馏水配置不同浓度的十六烷基三甲基溴化铵溶液C1(1％、2％、3％、4％、5％)和水杨酸钠溶液C2(0.5％、1％、1.5％、2％、2.5％、3％、3.5％、4％、4.5％)，对每一浓度的C1加入不同浓度的C2配置成400ml溶液，充分混合搅拌2分钟后，使用十二速旋转粘度计以170s-1的剪切速率下剪切20min后测量各个浓度配比的表观粘度并进行比较。
第三步、在第二步的基础上选择粘度符合要求的压裂液配比进行剪切稳定性的测定及比较。在室温下，将按照B的方法配置好的每组400ml压裂液体系搅拌2分钟后使用十二速旋转粘度计以170s-1的剪切速率剪切2小时，观察记录这期间各个配比的粘度变化情况。
第四步、为探究不同浓度的防膨剂氯化钾对压裂液粘度的影响，按照筛选出的压裂液体系浓度配置6份400ml压裂液，其中五份溶液中依次含有1％、2％、3％、4％、5％的KCL，使用旋转粘度计以170s-1的剪切速率对6份压裂液分别剪切20min后测量其表观粘度进行比较。
第五步、设置破胶方案：破胶方案一：选择常规压裂液破胶剂如强氧化剂、阴离子表面活性剂来对压裂液进行破胶。向配置好的3份100mlVES压裂液体系中分别加入过硫酸钠、过硫酸铵、十二烷基硫酸钠直至压裂液完全破胶(粘度<5MPa·s)。测试三者的破胶时间、破胶粘度以及破胶后破胶液残渣情况。破胶方案二：对VES压裂液用水进行稀释破胶实验，对配置好的50mlVES压裂液用蒸馏水进行稀释破胶，依次向其中加入蒸馏水50ml、100ml、150ml、200ml、250ml、300ml…测试这期间每一次稀释后对应的稀释液粘度，直至压裂液彻底破胶。第三种破胶方案是在方案二的基础上进行的。将配置好的3份50ml VES压裂液分别用蒸馏水稀释至100ml并测试其粘度，向3份压裂液稀释液中分别加入等量汽油、柴油、润滑油，记录三者的破胶时间、破胶粘度直到压裂液彻底破胶，测试VES压裂液彻底破胶需要的三种油类的体积量和破胶时间。
第六步、结合目前国内压裂液应用现状的不足，参考行业标准SY/T5017-2005《水基压裂液性能评价方法》，借助ZNN-D12旋转粘度计进行剪切性能、流变性能、破胶性能的测试，采用GGSD71高温高压滤失仪用于完成滤失性能的测试，通过离心机、电热恒温干燥箱来完成伤害性能的测试。经过一系列测试有针对性的对VES压裂液体系进行配伍及性能优化，选配出最佳的适应煤层的压裂液体系。
本发明高效增润新型微乳液的研发，微乳剂具有超低界面张力性能，且热力学稳定，将其注入到煤体中可以起到驱替瓦斯的作用，可以极大的提高瓦斯抽采效果，结合图1，其包括以下步骤：
A、实验材料：阴离子表面活性剂十二烷基硫酸钠(SDS)、煤油、蒸馏水、98％乙醇等材料。
B、实验仪器：有ME104电子天平，磨粉机，20目、120目和325目筛子，压饼机，注射器，光学接触角测量仪，NDJ-79旋转粘度计。
C、实验方案：将十二烷基硫酸钠白色粉末磨碎后加入到装有温蒸馏水的烧杯中，用玻璃棒减半均匀直至白色粉末完全溶解制成1wt％SDS溶液。将乙醇、蒸馏水、SDS溶液、煤油在室温下按一定比例混合1小时，四种物质自发形成透明均质的微乳液。按照水油比分别为2:1、1:2、1:1分批进行微乳液合成，制作成水包油型(W/O型)、油包水型(O/W型)和双连续型透明微乳液。
D、煤样制备：将原煤破碎，使用粉碎机进行磨粉，经过筛选得到粒径为20目、120目和325目的煤粉。天平称量0.6g煤粉，放在压饼机模具中使用20Mpa的力进行压实得到煤饼。重复压制得到多个不同粒径的待测煤饼。
E、通过离心测试、接触角测量实验室实验对比三相微乳液的润湿等特性，选取接触角小润湿性能最好的微乳液来驱替瓦斯，进行指导井下工程应用。
本发明在进行水力割缝工作之前，对传统水力割缝的钻孔进行重新设计，使钻头同时具备钻孔和割缝的功能，减少进钻退钻的时间。钻割一体钻头示意图如图2所示，其包括钻杆1、扩充钻头2、控制装置3、钻头4、喷嘴5、控制阀门6、出水孔7，钻割一体钻头与普通钻头的不同之处为在扩充钻头2与普通钻头之间有一控制装置3，该控制装置3可根据压力控制阀门6控制管路的畅通与闭合，当压力较低时，管路畅通，当切换至高压时，装置启动，管路闭合。进行钻孔工作时，系统所需水压较低，控制装置3不起作用，水流从钻头4和喷嘴5流出，和传统钻孔工艺相同。钻孔工作施工结束后，在钻具从钻孔中退出的过程中，加大系统水压，控制装置3闭合，高压水流只能从喷嘴5射出，作用于煤壁，形成高压切割力。经过切割，会在垂直于钻孔的方向上形成圆形裂隙。
本发明进行水力压裂前，根据《煤矿井下压裂设计施工规范》对压裂系统进行初步设计，压裂系统布置图如图3所示其主要部件有截止阀8、压力表9、三通10、流量计11、压力传感器12、主机13、电机14、变速箱15、连接件16、压裂泵17、卸载阀18、井下供水管19、水箱20、胶囊快速封孔器21、高压管路22，压力传感器12和流量计11分别用来监测管路流量和压力的瞬时量和累积量，监测仪表和压裂泵17的控制面板应该摆放在避灾指挥舱内。压裂系统需要用到供水系统和供电系统，因此在设备布置前首先对矿井的工业环网与井下供水管路系统进行系统的调研，以保证设备安置地点应有完备的供水管路和供电线路。距压裂孔50m范围以内不能布置任何设备，压裂时距压裂孔80m范围内杜绝人员活动或作业。压裂17通过高压管路22将水箱20的水泵送进钻孔，从而实现高压水对煤体的压裂，高压管路22铺设时尽可能减少弯曲以减小管路压降。
本发明通过以上清洁无返排压裂液和新型微乳液为主体的二元复合液体的研发，并借助高压水力压裂和水射流割缝的主要水力致裂增透技术手段将二元复合液体注入煤体进行应用，最后对煤体中的瓦斯进行抽采，并对急倾斜特厚煤层抽采瓦斯治理效果进行考察分析。主要通过以下几个方面对增透效果考察分析：瓦斯抽采流量变化特征及分析、煤层透气性系数变化特征及分析、煤体的瓦斯自然解吸速度变化特征及分析、工作面回风流瓦斯浓度变化特征及分析、钻屑量指标理论分析。其中煤层透气性系数是煤层瓦斯流动难易程度的标志。测定方法采用非稳定径向流量法，由于钻孔打开后煤层中的瓦斯将向钻孔流动，钻孔周围煤层内的瓦斯流动场属于径向不稳定流动场，煤层透气性的计算公式如表1所示。
表1煤层透气性的计算公式
在计算时，先任选一个公式求出λ值，再将计算结果代入TN＝B×λ，若TN值与选用公式的TN值范围符合，则公式选择正确。若不符合，则用已计算出的TN范围就可找到合适的公式。
本发明未述及的部分借鉴现有技术即可实现。
需要说明的是：在本说明书的教导下本领域技术人员所做出的任何等同方式，或明显变型方式均应在本发明的保护范围内。

Claims (5)

1.一种基于二元复合液的急倾斜特厚煤层瓦斯治理方法，其特征在于，依次包括以下步骤：
a、制备二元复合液，所述的二元复合液包括清洁压裂液体系和微乳液；
所述的清洁压裂液体系中，以十六烷基三甲基溴化铵溶液与水杨酸钠溶液混合形成的蠕虫状胶束作为压裂液基液，以氯化钾作为稳定剂，以润滑油和水的混合物作为破胶剂；
所述的微乳液的制备方法为：在水中加入SDS表面活性剂、乙醇助表面活性剂和煤油；根据Young方程，进行离心测试并由润湿接触角来表征润湿作用；通过对比水-煤、SDS-煤、乳-煤接触角，选定微乳液效果最好时的成分配比范围，并确定最适用的微乳液，将所选微乳液与所述的清洁压裂液体系混合即为二元复合液；
b、借助水力压裂方法和水射流割缝的主要水力致裂增透方法将所述的二元复合液注入煤体，形成煤体二元复合液体压裂增透瓦斯抽采体系；
c、通过瓦斯抽采流量变化特征及分析、煤层透气性系数变化特征及分析、煤体的瓦斯自然解吸速度变化特征及分析、工作面回风流瓦斯浓度变化特征及分析、钻屑量指标理论分析对急倾斜特厚煤层抽采瓦斯治理效果进行考察分析，即达到对急倾斜特厚煤层瓦斯的治理。
2.根据权利要求1所述的一种基于二元复合液的急倾斜特厚煤层瓦斯治理方法，其特征在于：所述的十六烷基三甲基溴化铵溶液的浓度为1％～5％，所述的水杨酸钠溶液的浓度为0.5％～4.5％，所述的氯化钾的加入量为压裂液基液重量的1％～5％。
3.根据权利要求1所述的一种基于二元复合液的急倾斜特厚煤层瓦斯治理方法，其特征在于，步骤a中，最适用的微乳液的确定方法为：
将SDS表面活性剂磨碎后加入到装有温蒸馏水的容器中，充分搅拌直至SDS表面活性剂完全溶解制成质量分数为1％的SDS溶液；
将乙醇、蒸馏水、SDS溶液、煤油在室温下按一定比例混合1小时，四种物质自发形成透明均质的微乳液，按照水油比分别为2:1、1:2、1:1分批进行微乳液合成，制作成水包油型、油包水型和双连续型透明微乳液。
煤样制备：将原煤破碎，使用粉碎机进行磨粉，经过筛选得到粒径为20目、120目和325目的煤粉，天平称量0.6g煤粉，放在压饼机模具中使用20Mpa的力进行压实得到煤饼，重复压制得到多个不同粒径的待测煤饼。
通过离心测试、接触角测量实验室实验对比三相微乳液的润湿特性，选取接触角小润湿性能最好的微乳液即为最适用的微乳液。
4.根据权利要求3所述的一种基于二元复合液的急倾斜特厚煤层瓦斯治理方法，其特征在于：步骤b中，所述的水力压裂方法中压裂系统包括压裂泵、水箱、压力表、截止阀、流量计、压力传感器和专用封孔器，所述的压力传感器和流量计分别用来监测管路流量和压力的瞬时量和累积量，所述的压裂泵通过管路将所述水箱的水泵送进钻孔。
5.根据权利要求4所述的一种基于二元复合液的急倾斜特厚煤层瓦斯治理方法，其特征在于：在水射流割缝时，选用钻割一体钻头，所述的钻割一体钻头包括钻杆、扩充钻头、控制装置、钻头、喷嘴、控制阀门及出水孔，所述的控制装置位于所述的扩充钻头与所述的钻头之间，所述的控制阀门位于所述的控制装置内，所述的控制装置根据控制阀门来控制管路的畅通与闭合。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112342007A (zh) * 2020-10-21 2021-02-09 山东科技大学 一种煤与瓦斯开采一体化增透强化剂、制备方法及应用
CN112539078A (zh) * 2020-11-23 2021-03-23 安徽理工大学 一种生物法水力压裂强化煤层瓦斯抽采系统
CN114542005A (zh) * 2022-02-17 2022-05-27 山东科技大学 一种坚硬厚顶煤水力压裂用压—射一体化封隔器装置
CN114813479B (zh) * 2022-03-14 2024-05-03 安徽理工大学 一种受载含瓦斯煤接触角测试方法

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114515506B (zh) * 2022-01-04 2024-02-02 河南中煤矿业科技发展有限公司 一种瓦斯消化液的组配方法及使用方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102127414A (zh) * 2010-12-28 2011-07-20 中国石油大学(华东) 一种微乳液型压裂酸化助排剂及其制备方法与应用
WO2012174586A3 (en) * 2011-06-24 2013-03-28 Ian Gray Mining method for gassy and low permeability coal seams
CN104498014A (zh) * 2014-12-30 2015-04-08 中国石油集团川庆钻探工程有限公司工程技术研究院 基于破胶液的调驱剂及其制备方法
CN104629709A (zh) * 2013-11-13 2015-05-20 中国石油天然气股份有限公司 一种低温煤层气储层的清洁压裂液及其应用
CN104629707A (zh) * 2013-11-13 2015-05-20 中国石油天然气股份有限公司 一种粘弹性表面活性剂清洁压裂液破胶剂及其应用
CN106590591A (zh) * 2015-10-20 2017-04-26 中国石油化工股份有限公司 采油用驱油剂组合物及其制备方法

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7677317B2 (en) * 2006-12-18 2010-03-16 Conocophillips Company Liquid carbon dioxide cleaning of wellbores and near-wellbore areas using high precision stimulation
US9388335B2 (en) * 2013-07-25 2016-07-12 Schlumberger Technology Corporation Pickering emulsion treatment fluid
WO2015134022A1 (en) * 2014-03-06 2015-09-11 Halliburton Energy Services, Inc. Far-field diversion with pulsed proppant in subterranean fracturing operations
CN105419767B (zh) * 2014-09-23 2018-03-09 中国石油化工股份有限公司 一种新型清洁压裂液体系及其制备方法
CN104696003B (zh) * 2015-01-06 2017-04-05 中国矿业大学 一种钻割一体化与振荡注热协同强化煤层瓦斯抽采方法
CN104614497B (zh) * 2015-03-09 2016-04-20 中国矿业大学 真三轴流压致裂、割缝、渗流、瓦斯驱赶一体化实验系统
US9903191B2 (en) * 2016-07-12 2018-02-27 Leon Marmorshteyn Method of increasing productivity of oil and gas recovery from previously used wells
CN108559478A (zh) * 2018-05-05 2018-09-21 富象油气技术服务有限公司 一种高阶煤压裂用微乳液型助排剂的制备方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102127414A (zh) * 2010-12-28 2011-07-20 中国石油大学(华东) 一种微乳液型压裂酸化助排剂及其制备方法与应用
WO2012174586A3 (en) * 2011-06-24 2013-03-28 Ian Gray Mining method for gassy and low permeability coal seams
CN104629709A (zh) * 2013-11-13 2015-05-20 中国石油天然气股份有限公司 一种低温煤层气储层的清洁压裂液及其应用
CN104629707A (zh) * 2013-11-13 2015-05-20 中国石油天然气股份有限公司 一种粘弹性表面活性剂清洁压裂液破胶剂及其应用
CN104498014A (zh) * 2014-12-30 2015-04-08 中国石油集团川庆钻探工程有限公司工程技术研究院 基于破胶液的调驱剂及其制备方法
CN106590591A (zh) * 2015-10-20 2017-04-26 中国石油化工股份有限公司 采油用驱油剂组合物及其制备方法

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
倪冠华: "脉动压裂过程中瓦斯微观动力学特性及液相滞留机制研究", 《中国博士学位论文全文数据库工程科技Ⅰ辑》 *
刘勇等: "清洁压裂液的制备和性能评价", 《精细石油化工进展》 *
夏雪等: "酸碱性对十二烷基硫酸钠－正丁醇－煤油－水微乳液体系的影响", 《石油化工》 *

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112342007A (zh) * 2020-10-21 2021-02-09 山东科技大学 一种煤与瓦斯开采一体化增透强化剂、制备方法及应用
CN112342007B (zh) * 2020-10-21 2022-05-31 山东科技大学 一种煤与瓦斯开采一体化增透强化剂、制备方法及应用
CN112539078A (zh) * 2020-11-23 2021-03-23 安徽理工大学 一种生物法水力压裂强化煤层瓦斯抽采系统
CN112539078B (zh) * 2020-11-23 2022-08-19 安徽理工大学 一种生物法水力压裂强化煤层瓦斯抽采系统
CN114542005A (zh) * 2022-02-17 2022-05-27 山东科技大学 一种坚硬厚顶煤水力压裂用压—射一体化封隔器装置
CN114542005B (zh) * 2022-02-17 2024-03-15 山东科技大学 一种坚硬厚顶煤水力压裂用压—射一体化封隔器装置
CN114813479B (zh) * 2022-03-14 2024-05-03 安徽理工大学 一种受载含瓦斯煤接触角测试方法

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