摘要：為研究氣潤(rùn)濕反轉(zhuǎn)劑對(duì)緩解煤層水鎖效應(yīng)，提高煤層瓦斯解吸速度，采用氣潤(rùn)濕反轉(zhuǎn)技術(shù)改變煤體的潤(rùn)濕性、降低煤體表面自由能，進(jìn)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?jǐn)?shù)對(duì)2種氣潤(rùn)濕反轉(zhuǎn)劑進(jìn)行稀釋，制備出不同濃度的氣潤(rùn)濕反轉(zhuǎn)劑溶液，并將其對(duì)煤樣進(jìn)行處理。首先利用接觸角測(cè)量?jī)x和表面張力儀對(duì)煤樣進(jìn)行接觸角和表面張力的測(cè)定，驗(yàn)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(duì)干燥/含水煤樣的解吸量和解吸速率進(jìn)行測(cè)定，對(duì)比氣潤(rùn)濕反轉(zhuǎn)劑處理前后的效果差異；同時(shí)利用解吸公式進(jìn)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(rùn)濕反轉(zhuǎn)劑濃度達(dá)到0.5%時(shí)，實(shí)現(xiàn)了煤體表面潤(rùn)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(diǎn)，符合氣潤(rùn)濕反轉(zhuǎn)劑的基本特征；在干燥和含水煤樣中，經(jīng)過(guò)氣潤(rùn)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(guò)解吸公式對(duì)解吸量進(jìn)行擬合，得到的極限解吸量與1 h內(nèi)所測(cè)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(guò)對(duì)氣潤(rùn)濕反轉(zhuǎn)劑處理前后煤樣解吸特征的評(píng)價(jià)，為氣潤(rùn)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(guó)作為世界上已知的第三大煤層氣儲(chǔ)量國(guó)，總量約3.7×1013 m3，擁有龐大的煤層氣資源。然而，我國(guó)煤層“三低一強(qiáng)”——低壓力、低滲透率、低飽和度及非均質(zhì)性強(qiáng)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(xì)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(guò)程中，在一定程度上抑制瓦斯抽采。從水鎖機(jī)理上進(jìn)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(guò)試驗(yàn)對(duì)不同含水率煤樣的解吸時(shí)間與滲透率的變化情況進(jìn)行評(píng)價(jià)，從中分析煤層氣儲(chǔ)層水鎖損害機(jī)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(qiáng)壓裂液的可排性，進(jìn)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(xì)管力，并未消除毛細(xì)管力產(chǎn)生的阻礙作用，甚至實(shí)現(xiàn)將毛細(xì)管力由阻力向助力的轉(zhuǎn)變，進(jìn)而促進(jìn)瓦斯的抽采；同時(shí)，對(duì)于孔徑較小的微孔及納米級(jí)的孔徑而言，其產(chǎn)生的毛細(xì)管力仍較大，不利于瓦斯抽采。

在凝析氣藏領(lǐng)域，將氣潤(rùn)濕反轉(zhuǎn)劑用于解決凝析氣藏出現(xiàn)的水鎖損害，巖心潤(rùn)濕性實(shí)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(guò)利用氣潤(rùn)濕反轉(zhuǎn)技術(shù)將固體表面潤(rùn)濕性進(jìn)行改變，消除毛細(xì)管力產(chǎn)生的水鎖損害，進(jìn)而增加氣井產(chǎn)量。相比于凝析氣藏的儲(chǔ)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(shí)，煤體又具有親水性的特征。在水力壓裂過(guò)程中外在水進(jìn)入煤體后，產(chǎn)生的水鎖傷害更加嚴(yán)重。因此，采用氣潤(rùn)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(rùn)濕反轉(zhuǎn)技術(shù)，優(yōu)選具有疏水性、低表面張力的氣潤(rùn)濕反轉(zhuǎn)劑，通過(guò)接觸角和表面張力的測(cè)定，直觀地驗(yàn)證表面活性劑處理前后的效果轉(zhuǎn)變。然后測(cè)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(rùn)濕反轉(zhuǎn)消除水鎖效應(yīng)的影響效果。利用解吸公式進(jìn)行擬合，預(yù)測(cè)極限解吸量，且擬合效果良好。揭示氣潤(rùn)濕反轉(zhuǎn)劑在防水鎖增產(chǎn)的作用機(jī)理，為我國(guó)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)。