煤田地质与勘探

作者：杨兆中, 韩金轩, 张健, 何睿, 路艳军, 李小刚,

关键词：煤层气, 泡沫压裂液, 分子模拟, 起泡剂, 稳泡剂, 扩散系数,

利用分子模拟软件Materials Studio（MS）建立了一定温度、压力条件下，考虑含水煤层、泡沫压裂液起泡剂、稳泡剂相互作用的狭缝孔分子模拟模型。基于分子扩散理论计算并评价了分别在常见的4种起泡剂以及4种稳泡剂影响下的甲烷分子扩散能力大小。结果表明，与原始含水煤层相比，加入起泡剂十二烷基磺酸钠、十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠和甜菜碱后，甲烷自扩散系数分别降低了71.3%、74.7%、56.3%和54.0%。相比于仅加入起泡剂（十二烷基苯磺酸钠）的情况下，加入稳泡剂聚丙烯酰胺、聚乙烯醇、聚乙二醇和羧甲基纤维素后，甲烷自扩散系数分别降低了63.2%、57.9%、55.3%和71.1%。据此可知，起泡剂是降低含水煤层中甲烷扩散能力的主要因素，而稳泡剂的使用会进一步降低甲烷扩散能力。在起泡剂和稳泡剂的共同影响下，甲烷自扩散系数降低超过了80%，这对煤层气产出极为不利。建议在保证泡沫压裂液泡沫性能前提下，通过优化起泡剂分子结构、减少用量以减小起泡剂和稳泡剂对甲烷扩散的影响，并尽量避免使用大分子稳泡剂。

来源：2019年第5期

《煤田地质与勘探》期刊编辑部

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