CN114397214B - 一种煤岩表面润湿改性剂的耐冲刷效果评价方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明属于油气井固井及油田化学领域，具体涉及一种煤岩表面润湿改性剂的耐冲刷效果评价方法及装置。本发明所述的煤岩表面润湿改性剂的耐冲刷效果评价方法通过对润湿改性后的煤岩表面进行水泥浆滤液的恒速冲刷，测量冲刷一定时间后煤岩表面的润湿角，从而评价前置液体系中润湿改性剂的耐冲刷效果，本发明能够真实有效地反映经过润湿改性后的煤层表面，水泥浆驱替冲刷对其润湿性造成的二次影响。
Description
技术领域
本发明属于油气井固井及油田化学领域，具体涉及一种煤岩表面润湿改性剂的耐冲刷效果评价方法及装置。
背景技术
能源是世界经济与社会发展的基础。我国是一个煤炭资源大国，煤层气资源量与我国的常规天然气资源量相当，具有丰富的储量资源。煤层气无污染、热值高，作为新能源具有十分广阔的应用前景。
作为一种新能源，煤层气的开发和利用可以解决能源不足的重大问题，同样可以起到减灾和改善地球大气环境的作用，但煤层气的开采同样面临着诸多问题。基于煤层的本身成分及其结构特性，煤层是有机岩，与无机水泥浆胶结强度低，煤层固井质量差，造成瓦斯事故、井壁易坍塌、漏失量大、开采量小、污染地层等不良后果。煤层气的安全高效开发需要钻探大量的煤层气井，并配合压裂等增产工艺。由于煤层的特殊性，再加上煤层气井压裂对煤层气井井筒完整性的危害问题，决定了煤层气井的固井问题是影响煤层气安全高效开发的关键问题之一。
由于煤层表面的亲油性与水泥浆的亲水性相矛盾导致煤层固井二界面交接质量差，煤层表面的润湿改性成为提高煤层二界面胶结质量的关键之一。但是煤层表面经前置液润湿改性后，水泥浆的驱替冲刷对煤层表面润湿性的二次影响有待探究。
发明内容
本发明的目的在于提供一种对前置液体系中润湿改性剂的耐冲刷效果进行评价的方法及装置，该方法通过对润湿改性后的煤岩表面进行水泥浆滤液的恒速冲刷，测量冲刷一定时间后煤岩表面的润湿角，从而评价前置液体系中润湿改性剂的耐冲刷效果，本发明能够真实有效地反映经过润湿改性后的煤层表面，水泥浆驱替冲刷对其润湿性造成的二次影响。
本发明所述的一种煤岩表面润湿改性剂的耐冲刷效果评价方法，依次包括如下步骤：
(1)将上下表面打磨平整的煤块确定待测表面，并测量表面润湿角，滴定液体选用水泥浆滤液，测至少三点取平均值；
(2)将煤块浸于前置液体系中的润湿改性剂溶液中，浸泡，取出风干，测量表面润湿角，测至少三点取平均值；
(3)用水泥浆滤液冲刷煤块表面，冲刷后，取下煤块风干后测量润湿角，测至少三点取平均值。
冲刷煤块表面时，待冲刷表面与竖直方向呈10°～20°的夹角。
步骤(3)的具体过程为：
(3-1)以恒定的冲刷速率冲刷煤块表面，测量不同冲刷时间后的润湿角；
(3-2)以不同的的冲刷速率冲刷煤块表面，测量不同冲刷时间后的润湿角。
所述润湿改性剂溶液是以表面活性剂CAEO-15和硅烷偶联剂为溶质，以清水与无水乙醇的混合液为溶剂配制的复配溶液。
所述表面活性剂CAEO-15的质量百分数为0.1％；所述硅烷偶联剂的质量百分数为0.1％～1％。
以质量比计，清水：无水乙醇＝9:1。
本发明中，表面活性剂CAEO-15增加煤岩表面的润湿改性效果，使煤岩表面达到完全水湿；硅烷偶联剂增加煤岩表面的耐冲刷效果，使煤岩表面经水泥浆冲刷后仍保持水湿；无水乙醇为硅烷偶联剂提供稳定的环境，在水中加入适当的乙醇可以确保硅烷偶联剂有效水解产生硅羟基，并防止生成的硅羟基发生逆转反应。
所述润湿改性剂溶液具体制备步骤为：
(1)将清水与无水乙醇按比例混合，得溶液I；
(2)向溶液I中加入表面活性剂CAEO-15，低速搅拌过程中逐滴加入硅烷偶联剂，继续低速搅拌15min，即得耐冲刷型界面增强剂。硅烷偶联剂的滴加速度不宜太快，否则大量的硅烷偶联剂聚集，容易发生缩聚反应，影响硅烷偶联剂反应生成硅羟基，影响实际的效果。
本发明所述的一种煤岩表面润湿改性剂的耐冲刷效果评价装置，包括容器I和容器II，容器I内设有支架，支架上设有载物台；容器II内设有直流泵，容器I和容器II底部由软管连接，构成连通器；所述直流泵上连接有软管。
具体使用时，载物台上放置待冲刷煤块，容器I和容器II内分别放置水泥浆滤液，调整支架高度以及载物台的倾斜度，开启直流泵，水泥将滤液便通过软管对待冲刷煤块进行冲刷，记录冲刷时间，煤块取出风干后测量表面润湿角。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)本发明可以有效地反映水泥浆驱替冲刷对润湿改性后煤样表面润湿性的二次影响，真实评价前置液体系中润湿改性剂对煤岩表面润湿改性的效果，即润湿改性的耐冲刷能力。
(2)本发明可以轻松地改变冲刷速度，使其更加接近现场真实情况。
(3)本发明不仅限于评价煤层气固井中前置液体系的润湿改性耐冲刷效果，装置中煤块与水泥浆滤液均可替换，可以对其他领域的物体表面耐冲刷效果进行评价。
附图说明
图1为本发明所述评价装置的结构示意图。
图中：1-容器I、2-支架、3-煤块、4-水泥浆滤液、5-软管、6-直流泵、7-载物台、8-容器II。
具体实施方式
若无特殊说明，本发明所述浓度均为质量分数。
实施例1
从现场煤块中取若干小块煤样，将上下两表面用低目数砂纸打磨平整，上表面用高目数砂纸打磨光滑，用于测量润湿角。
实施例2
将表面活性剂CAEO-15溶解于清水中，低速搅拌15min，得产物。
所述表面活性剂CAEO-15浓度为0.1％。
实施例3
(1)将清水与无水乙醇混合，得溶液1；
(2)将溶液1低速搅拌，向溶液1中逐滴滴入硅烷偶联剂，继续低速搅拌15min，即得产物。
所述硅烷偶联剂浓度为0.3％。
所述清水与无水乙醇质量比为9:1；
实施例4
(1)将清水与无水乙醇混合，得溶液1；
(2)向溶液1中加入表面活性剂CAEO-15，低速搅拌，搅拌过程中逐滴滴入硅烷偶联剂，继续低速搅拌15min，即得产物。
所述清水与无水乙醇质量比为9:1；
所述表面活性剂CAEO-15浓度为0.1％；
所述硅烷偶联剂浓度为0.1％～1％。
实施例5
一种煤岩表面润湿改性剂的耐冲刷效果评价方法，依次包括如下步骤：
(1)将上下表面打磨平整的煤块确定待测表面，并测量表面润湿角，滴定液体选用水泥浆滤液，测至少三点取平均值；
(2)将煤块浸于前置液体系中的润湿改性剂溶液中，浸泡，取出风干，测量表面润湿角，测至少三点取平均值；
(3)用水泥浆滤液冲刷煤块表面，冲刷后，取下煤块风干后测量润湿角，测至少三点取平均值。
实施例6
一种煤岩表面润湿改性剂的耐冲刷效果评价装置，包括容器I和容器II，容器I内设有支架，支架上设有载物台；容器II内设有直流泵，容器I和容器II底部由软管连接，构成连通器；所述直流泵上连接有软管
对比例
按照实施例5所述的方法，采用实施例6所述的装置，对纯表面活性剂CAEO-15溶液和纯硅烷偶联剂溶液的润湿改性耐冲刷能力进行测试，表面活性剂CAEO-15浓度为0.1％，硅烷偶联剂浓度为0.3％，分别测量煤块表面润湿角，浸泡于溶液10min取出风干后的润湿角，通过煤岩表面润湿改性耐冲刷评价装置冲刷不同时间点时的润湿角。
表1 CAEO-15溶液润湿改性耐冲刷效果
| 冲刷时间 | 干煤样 | 润湿改性 | 5s | 30s | 2min | 5min | 15min | 30min |
| 润湿角/° | 112.8 | 0.0 | 17.9 | 28.3 | 55.2 | 77.1 | 86.3 | 91.2 |
表2硅烷偶联剂溶液润湿改性耐冲刷效果
| 冲刷时间 | 干煤样 | 润湿改性 | 5s | 30s | 2min | 5min | 15min | 30min |
| 润湿角/° | 111.3 | 30.7 | 37.1 | 42.3 | 55.2 | 62.5 | 66.6 | 70.0 |
由表1、表2可以看出，CAEO-15溶液可以使煤样表面改性为完全水湿，但经水泥浆滤液冲刷30min后润湿角回到91.2°，说明其润湿改性效果好但耐冲刷效果差；硅烷偶联剂溶液不能使煤样表面改性为完全水湿，但经水泥浆滤液冲刷30min后润湿角仍保持在70.0°，说明其润湿改性效果较差但耐冲刷效果较好。
实验例1
按照实施例5所述的方法，采用实施例6所述的装置，对表面活性剂CAEO-15与硅烷偶联剂复配溶液的润湿改性耐冲刷能力进行测试，表面活性剂CAEO-15浓度为0.1％，硅烷偶联剂浓度为选取0.1％、0.3％、0.5％和1％，分别测量煤块表面润湿角，浸泡于溶液10min取出风干后的润湿角，通过煤岩表面润湿改性耐冲刷评价装置冲刷不同时间点时的润湿角。
表3不同硅烷偶联剂浓度下复配溶液润湿改性耐冲刷效果
由表3可知，表面活性剂CAEO-15与硅烷偶联剂具有良好的协同作用，复配溶液可以使煤样表面改性为完全水湿，并且经水泥浆滤液冲刷30min后润湿角仍保持在40°以内，说明其润湿改性效果与耐冲刷效果都很好。优选出复配溶液中硅烷偶联剂浓度为0.3％。
实验例2
按照实施例5所述的方法，采用实施例6所述的装置，对不同流速下复配溶液润湿改性耐冲刷能力进行测试，复配溶液选取实验例中优选出的0.1％表面活性剂CAEO-15与0.3％硅烷偶联剂复配溶液，管口流速分别选取0.42m/s、1.21m/s、1.44m/s、1.88m/s，分别测量煤块表面润湿角，浸泡于溶液10min取出风干后的润湿角，通过煤岩表面润湿改性耐冲刷评价装置冲刷不同时间点时的润湿角。
表4不同冲刷流速下复配溶液润湿改性耐冲刷效果
由表4可以看出，相同冲刷流速下，随着冲刷时间的增加，煤岩表面润湿角逐渐增大，复配溶液润湿改性耐冲刷效果逐渐变差；相同冲刷时间下，随着冲刷流速的增大，煤岩表面润湿角逐渐增大，复配溶液润湿改性耐冲刷效果逐渐变差，但依旧维持在40°左右的亲水状态。所以优选出的0.1％表面活性剂CAEO-15与0.3％硅烷偶联剂复配溶液是一种润湿改性良好且耐冲刷性较强的润湿。
Claims (3)
1.一种增强煤岩表面耐冲刷效果的润湿改性剂的耐冲刷效果评价方法，其特征在于，依次包括如下步骤：
（1）将上下表面打磨平整的煤块确定待测表面，并测量表面润湿角，滴定液体选用水泥浆滤液，测至少三点取平均值；
（2）将煤块浸于前置液体系中的增强煤岩表面耐冲刷效果的润湿改性剂中，浸泡，取出风干，测量表面润湿角，测至少三点取平均值；
（3）用水泥浆滤液冲刷煤块表面，冲刷后，取下煤块，风干后测量润湿角，测至少三点取平均值；
所述的增强煤岩表面耐冲刷效果的润湿改性剂是以表面活性剂CAEO-15和硅烷偶联剂为溶质，以清水与无水乙醇的混合液为溶剂配制的复配溶液；
所述表面活性剂CAEO-15的质量百分数为0.1%；所述硅烷偶联剂的质量百分数为0.3%；
以质量比计，清水：无水乙醇=9:1。
2.根据权利要求1所述的一种增强煤岩表面耐冲刷效果的润湿改性剂的耐冲刷效果评价方法，其特征在于，冲刷煤块表面时，待冲刷表面与竖直方向呈10°~20°的夹角。
3.根据权利要求1所述的一种增强煤岩表面耐冲刷效果的润湿改性剂的耐冲刷效果评价方法，其特征在于，步骤（3）的具体过程为：
（3-1）以恒定的冲刷速率冲刷煤块表面，测量不同冲刷时间后的润湿角；
（3-2）以不同的冲刷速率冲刷煤块表面，测量不同冲刷时间后的润湿角。
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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Effective date of registration: 20220425 Address after: 550000 Guizhou Geological Museum, Yuntan South Road, guanshanhu District, Guiyang City, Guizhou Province Applicant after: Guizhou oil and gas exploration and Development Engineering Research Institute Address before: 550000 Guizhou Geological Museum, Yuntan South Road, guanshanhu District, Guiyang City, Guizhou Province Applicant before: Guizhou oil and gas exploration and Development Engineering Research Institute Applicant before: China University of Petroleum (East China) |
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| GR01 | Patent grant | ||
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