摘要：為研究氣潤濕反轉(zhuǎn)劑對緩解煤層水鎖效應(yīng)，提高煤層瓦斯解吸速度，采用氣潤濕反轉(zhuǎn)技術(shù)改變煤體的潤濕性、降低煤體表面自由能，進而提高瓦斯抽采效率。以0,0.2%,0.5%,0.8%,1%和1.5%的質(zhì)量分數(shù)對2種氣潤濕反轉(zhuǎn)劑進行稀釋，制備出不同濃度的氣潤濕反轉(zhuǎn)劑溶液，并將其對煤樣進行處理。首先利用接觸角測量儀和表面張力儀對煤樣進行接觸角和表面張力的測定，驗證兩種表面活性劑的基本特征。然后，在不同吸附平衡壓力條件下，對干燥/含水煤樣的解吸量和解吸速率進行測定，對比氣潤濕反轉(zhuǎn)劑處理前后的效果差異；同時利用解吸公式進行解吸量的擬合，得到極限解吸量和擬合度大小。研究結(jié)果表明：隨著表面活性劑濃度的增加，煤樣表面接觸角逐漸增加、溶液表面張力逐漸減小。在氣潤濕反轉(zhuǎn)劑濃度達到0.5%時，實現(xiàn)了煤體表面潤濕性的由親水性向疏水性的轉(zhuǎn)變，且具有較低的表面張力。在2種表面活性劑中，均具有疏水和低表面張力的特點，符合氣潤濕反轉(zhuǎn)劑的基本特征；在干燥和含水煤樣中，經(jīng)過氣潤濕反轉(zhuǎn)劑處理后，1 h內(nèi)的解吸量和解吸速率均有所提高，其中FC117效果更佳；通過解吸公式對解吸量進行擬合，得到的極限解吸量與1 h內(nèi)所測定的解吸量變化規(guī)律一致，且擬合效果較好，擬合度基本是在0.98以上。通過對氣潤濕反轉(zhuǎn)劑處理前后煤樣解吸特征的評價，為氣潤濕反轉(zhuǎn)技術(shù)消除煤層“水鎖效應(yīng)”、提高煤層解吸特征，增加瓦斯抽采效果提供了一定的理論基礎(chǔ)和科學(xué)指導(dǎo)。

引言

我國作為世界上已知的第三大煤層氣儲量國，總量約3.7×1013 m3，擁有龐大的煤層氣資源。然而，我國煤層“三低一強”——低壓力、低滲透率、低飽和度及非均質(zhì)性強的特征導(dǎo)致瓦斯采前抽采困難。目前，多數(shù)高瓦斯突出礦區(qū)采用水力壓裂、水力割縫、水力擠出以及水力沖孔等水力措施作為一種增加煤層透氣性、提高抽采效果的技術(shù)措施。

由于毛細管力引起水鎖效應(yīng)的產(chǎn)生，在水力化措施研究與應(yīng)用過程中，在一定程度上抑制瓦斯抽采。從水鎖機理上進行分析，含瓦斯煤為水鎖效應(yīng)提供了自然條件、物質(zhì)條件和壓力條件。通過試驗對不同含水率煤樣的解吸時間與滲透率的變化情況進行評價，從中分析煤層氣儲層水鎖損害機理；宋金星等提出壓裂液中加入親水性表面活性劑，減小壓裂液與煤表面的接觸角，降低毛管壓力，增強壓裂液的可排性，進而減緩水鎖效應(yīng)。然而，親水型表面活性劑僅能在一定程度上減小毛細管力，并未消除毛細管力產(chǎn)生的阻礙作用，甚至實現(xiàn)將毛細管力由阻力向助力的轉(zhuǎn)變，進而促進瓦斯的抽采；同時，對于孔徑較小的微孔及納米級的孔徑而言，其產(chǎn)生的毛細管力仍較大，不利于瓦斯抽采。

在凝析氣藏領(lǐng)域，將氣潤濕反轉(zhuǎn)劑用于解決凝析氣藏出現(xiàn)的水鎖損害，巖心潤濕性實現(xiàn)了反轉(zhuǎn)，由優(yōu)先液濕轉(zhuǎn)變?yōu)槭栌褪杷膬?yōu)先氣濕，且滲透率大幅度提高，為提高氣井產(chǎn)量提供了重要的理論依據(jù)。通過利用氣潤濕反轉(zhuǎn)技術(shù)將固體表面潤濕性進行改變，消除毛細管力產(chǎn)生的水鎖損害，進而增加氣井產(chǎn)量。相比于凝析氣藏的儲層特征，煤層是孔隙結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜、滲透性更低的多孔介質(zhì)；同時，煤體又具有親水性的特征。在水力壓裂過程中外在水進入煤體后，產(chǎn)生的水鎖傷害更加嚴重。因此，采用氣潤濕反轉(zhuǎn)技術(shù)提高煤層瓦斯抽采效果具有一定的借鑒性和可行性。

鑒于此，筆者引入氣潤濕反轉(zhuǎn)技術(shù)，優(yōu)選具有疏水性、低表面張力的氣潤濕反轉(zhuǎn)劑，通過接觸角和表面張力的測定，直觀地驗證表面活性劑處理前后的效果轉(zhuǎn)變。然后測定1 h內(nèi)不同甲烷平衡壓力下干燥/含水煤樣的甲烷解吸量和解吸速率，定量地分析氣潤濕反轉(zhuǎn)消除水鎖效應(yīng)的影響效果。利用解吸公式進行擬合，預(yù)測極限解吸量，且擬合效果良好。揭示氣潤濕反轉(zhuǎn)劑在防水鎖增產(chǎn)的作用機理，為我國煤層瓦斯“增透促抽”技術(shù)提供一定的理論依據(jù)和指導(dǎo)。