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表面活性剂/煤复合体系界面效应与甲烷解吸规律研究

袁朴 穆松涛 魏振吉 李春虎 朱学光 蒋朝 马良

袁朴,穆松涛,魏振吉,等. 表面活性剂/煤复合体系界面效应与甲烷解吸规律研究[J]. 钻井液与完井液,2026,43(2):262-271 doi: 10.12358/j.issn.1001-5620.2026.02.015
引用本文: 袁朴,穆松涛,魏振吉,等. 表面活性剂/煤复合体系界面效应与甲烷解吸规律研究[J]. 钻井液与完井液,2026,43(2):262-271 doi: 10.12358/j.issn.1001-5620.2026.02.015
YUAN Pu, MU Songtao, WEI Zhenji, et al.Study on interface effect of surfactant/coal composite system and desorption law of methane[J]. Drilling Fluid & Completion Fluid,2026, 43(2):262-271 doi: 10.12358/j.issn.1001-5620.2026.02.015
Citation: YUAN Pu, MU Songtao, WEI Zhenji, et al.Study on interface effect of surfactant/coal composite system and desorption law of methane[J]. Drilling Fluid & Completion Fluid,2026, 43(2):262-271 doi: 10.12358/j.issn.1001-5620.2026.02.015

表面活性剂/煤复合体系界面效应与甲烷解吸规律研究

doi: 10.12358/j.issn.1001-5620.2026.02.015
基金项目: 中国石油天然气股份有限公司攻关性应用性技术攻关项目“深地煤岩气成藏理论与效益开发技术研究”(2023ZZ18);“非常规储层改造关键技术研究”(2023ZZ28);国家重大专项新疆地区中低煤阶煤岩气缝网扩展机理及储层高效改造技术研究(2024ZD1406004)。
详细信息
    作者简介:

    袁朴,主要从事压裂液技术研究工作。电话(010)50866613;E-mail:yuanpu_cbm@petrochina.com.cn。

  • 中图分类号: TE357

Study on Interface Effect of Surfactant/Coal Composite System and Desorption Law of Methane

  • 摘要: 针对深部煤层气开发中表面活性剂调控煤润湿性及甲烷解吸规律的关键问题,以鄂尔多斯盆地本溪组煤样为研究对象,探究了阳离子(TC-2)、阴离子(OBS)、非离子(OP-10)及两性离子(CHSB)四类表面活性剂对煤岩润湿性及甲烷解吸过程的影响规律。通过表面张力测试、接触角测试、Zeta电位表征、渗吸实验及微观形貌分析,发现OBS/CHSB复配体系通过阴离子与两性离子的协同作用,降低溶液表面张力至20.95 mN/m,并驱动煤岩接触角由原始状态减小至30.764°。这种协同效应源于磺酸基团的强负电性诱导双电层扩张,迫使表面活性剂分子以亲水基外延模式定向排列,同时甜菜碱基团通过电荷屏蔽效应缩减胶束尺寸,增强溶液对有机质-黏土矿物界面的渗透能力,进而诱导次生溶蚀孔隙发育。红外光谱分析进一步表明,OBS处理通过竞争吸附显著提升煤表面羧基(—COOH)含量至18.88%,而TC-2通过π-π共轭效应增加了在煤岩表面的吸附。甲烷解吸实验表明,OBS/CHSB复配体系在0.5%浓度下甲烷解吸量达7.37 mL/g,较原煤提升78.5%,其作用机制可归因于润湿性优化与孔隙连通性增强的协同作用,前者削弱毛细管力对甲烷的束缚,后者形成多级扩散通道,最终实现扩散-渗流双模传质效率的同步提升。现场应用中,添加0.3%促解吸剂的压裂井5 d即见气,稳产气量维持在6.6×104 m3/d。研究证实,表面活性剂复配体系通过“电荷匹配-孔隙重建-传质强化”的协同机制,克服了润湿性调节与孔隙堵塞之间的矛盾,为深部煤层气资源高效开发提供理伦依据。

     

  • 图  1  实验所用煤岩试样

    图  2  甲烷解吸实验装置

    图  3  不同表面活性剂溶液的表面张力

    图  4  不同表面活性剂浸泡后煤岩接触角、Zeta电位变化规律

    图  5  0.3%不同表面活性剂溶液纯水浸泡前后的渗吸效率

    图  6  不同表面活性剂浸泡后煤岩微观结构变化

    图  7  不同表面活性剂溶液浸泡后煤样的红外光谱图

    图  8  不同表面活性剂溶液浸泡后煤样官能团的分析拟合

    图  9  不同表面活性剂浸泡后煤样的甲烷解吸规律

    图  10  不同表面活性剂浸泡后岩样的甲烷解吸规律

    图  11  大吉区块某井施工曲线

    表  1  煤样组分及工业分析结果

    样品
    名称
    反射
    率/%
    显微组分/% 工业分析/%
    镜质组 壳质组 惰质组 水分 灰分 挥发分 固定碳
    本溪8# 1.67 86.5 0.4 13.1 0.24 16.07 4.83 78.86
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    表  2  不同煤岩心孔隙度

    样品编号孔隙度/%样品编号孔隙度/%
    1#岩心2.614#岩心2.63
    2#岩心2.725#岩心2.61
    3#岩心2.55
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    表  3  促解吸剂现场应用效果评价

    井号 压裂液
    类型
    施工排量/
    m3/min
    压裂液/
    m3
    砂量/
    m3
    最高日产气量/
    104 m3
    套管压力/
    MPa
    稳气量/
    104 m3·d-1
    吉深某平02井(16段) 压裂液+促解吸剂 18~20 42 994 6187 11.3 7.2 6.6
    吉深某平03井(16段) 压裂液+助排剂 18~20 41 278 5978 9.5 6.5 5.7
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出版历程
  • 收稿日期:  2025-08-22
  • 修回日期:  2025-12-05
  • 刊出日期:  2026-04-08

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