一种清洁压裂液、制备方法及煤层注水中的应用技术

本发明专利技术属于矿井煤层注水、防尘技术领域，公开了一种清洁压裂液、制备方法及煤层注水中的应用，按照质量百分比由0.5％～1.5％有机酸、0.5％～1.5％二乙胺类化合物、1.5％～3％环氧卤代烷、1％～2％盐酸、0.1％～3％粘土稳定剂、1％～2％水杨酸钠和水组成，水补足至100％。以二乙胺类化合物为基体，与有机酸发生反应，生成中间产物，再与环氧卤代烷在酸性条件、有机溶剂中进行季铵化反应，合成表面活性剂，再加入反离子促进剂，加入粘土稳定剂和增湿剂，制得清洁压裂液。本发明专利技术具有较好的剪切稳定性和较低的滤失性，破胶液残渣少，与地层水配伍性良好，不会对煤层造成二次损害；增加煤层渗透性，减少采煤时煤尘产量。

【技术实现步骤摘要】
一种清洁压裂液、制备方法及煤层注水中的应用
本专利技术属于矿井煤层注水、防尘
，尤其涉及一种清洁压裂液、制备方法及煤层注水中的应用。
技术介绍
目前，我国是一个能源大国，煤炭是我国社会和经济发展的重要物质基础。但是随着煤矿开采综合机械化水平的不断提高，也导致了大量粉尘的产生，尤其是渗透性低、硬度较大的煤层不适合直接注水润湿。如不能进行合理的处理，采煤时将会在综采工作面产生大量的粉尘。这些粉尘会对煤矿工人的身体健康、精密仪器的使用寿命等造成重大影响，另外，当空气中粉尘浓度达到一定数值时还会容易引发粉尘爆炸，给煤矿生产造成重大损失。从理论上讲，煤层注水是综采工作面防尘降尘的根本性措施。所以需要对煤层进行压裂增渗，对煤层进行扩裂，从而提高煤层注水的效率。在煤矿领域，一般使用水作为压裂液，但是由于水的粘度极低，在压裂过程中会有很大的滤失性，从而造成水资源的浪费，且对煤体的润湿性较差；或使用瓜尔胶压裂液、泡沫压裂液等常用压裂液，但这些压裂液存在破胶不完全，残渣含量多，与地层水配伍性差等缺点，不利于反排，导致对煤层空隙造成堵塞、二次损害等问题。因此，需要进一步改进现有技术，改善压裂液的性能，提高煤层注水和增润能力，降低采煤时煤尘的产量。通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：目前压裂液存在破胶不完全，残渣含量多，与地层水配伍性差等缺点，不利于反排，导致对煤层空隙造成堵塞、二次损害。
技术实现思路
针对现有技术存在的问题，本专利技术提供了一种清洁压裂液、制备方法及煤层注水中的应用。本专利技术是这样实现的，一种清洁压裂液，所述清洁压裂液按质量百分比由0.5％～1.5％有机酸，0.5％～1.5％二乙胺类化合物、1.5％～3％环氧卤代烷、0.5％～1％盐酸、0.1％～3％粘土稳定剂及增湿剂、1％～2％水杨酸钠和水组成，水补足至100％。进一步，所述有机酸为山嵛酸、二聚脂肪酸中的一种或其混合物。进一步，所述二乙胺类化合物为3-氨基-2-羟基-N,N'-二乙基苯甲酰胺、3-氨基-N,N'-二乙基苯磺酰胺中的一种或其混合物。进一步，所述有机溶剂选用乙醇，环氧卤代烷选用环氧氯丙烷。进一步，所述粘土稳定剂和增湿剂为聚二甲基二烯丙基氯化铵。进一步，所述反离子促进剂为水杨酸钠。本专利技术的另一目的在于提供一种所述清洁压裂液的制备方法，所述清洁压裂液的制备方法包括：第一步，将二乙胺类化合物在水中溶解后，使用恒压滴液漏斗缓慢加入有机酸，加入氢氧化钠为催化剂，将恒温搅拌仪的温度设置为85℃后搅拌加热4-6h，待全部溶解反应后得到中间产物；第二步，将中间产物溶解在乙醇溶液中，向溶液中加入环氧卤代烷和盐酸，密封条件下80℃水浴加热10-12h，得到表面活性剂；第三步，向表面活性剂中加入粘土稳定剂和反离子促进剂，40℃下充分搅拌均匀，调节pH，得到用于煤层注水的清洁压裂液。进一步，所述表面活性剂再与水进行充分搅拌混合备用，表面活性剂、反离子促进剂、粘土稳定剂与水按照质量比为2～6：0.5～2：1～3：100的比例进行充分搅拌混合。进一步，所述第三步中的pH值为6～7。本专利技术的另一目的在于提供一种所述清洁压裂液在矿井煤层注水、防尘中的应用。结合上述的所有技术方案，本专利技术所具备的优点及积极效果为：本专利技术通过活性酯法先活化山嵛酸上的羧基，使羧基与3-氨基-2-羟基-N,N'-二乙基苯甲酰胺上的含氢元素的氮发生缩合酰化反应，制得中间产物，将中间产物与环氧氯丙烷在酸性密封条件下，通过季铵化反应，将中间产物以支链的形式聚合在环氧氯丙烷上，其中，中间产物中具有较长的疏水性碳链，而合成的表面活性剂中具有较明显的亲水基团，在加入水的情况下，水杨酸钠可以促进亲水基团与疏水基团的相互作用下，可形成棒状或蠕虫状胶束，具有较强的粘度，反应中生成的酰胺基团使得压裂液对煤层具有一定的粘附性，可减少在压裂过程中的滤失，羟基使生成的整体结构对煤层的润湿能力增强。且加入的聚二甲基二烯丙基氯化铵可作为粘土稳定剂和增湿剂，既防止水敏性矿物水化膨胀及分散运移，又可以起到增加润湿的作用。且破胶液可以浸入煤层后，由于亲水基团的作用，提高了煤层的渗透性，对下一步的煤层润湿提供了方便。本专利技术提供了一种粘度适宜，耐剪切性能好，滤失少，破胶性良好，与地层水配伍性良好，破胶液能提高煤层渗透性，便于润湿，适用于煤层注水的清洁压裂液。附图说明为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是本专利技术实施例提供的清洁压裂液的制备方法流程图。图2是本专利技术实施例提供的清洁压裂液的制备方法实现流程图。图3是本专利技术实施例提供的清洁压裂液的制备方法原理流程图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。针对现有技术存在的问题，本专利技术提供了一种清洁压裂液、制备方法及煤层注水中的应用，下面结合附图对本专利技术作详细的描述。本专利技术提供的清洁压裂液按质量百分比由0.5％～1.5％有机酸，0.5％～1.5％二乙胺类化合物，1.5％～3％环氧卤代烷，0.5％～1％盐酸，0.1％～3％粘土稳定剂及增湿剂，1％～2％水杨酸钠和水组成，水补足至100％。有机酸为山嵛酸、二聚脂肪酸中的一种或其混合物。二乙胺类化合物为3-氨基-2-羟基-N,N'-二乙基苯甲酰胺、3-氨基-N,N'-二乙基苯磺酰胺中的一种或其混合物。有机溶剂选用乙醇，环氧卤代烷选用环氧氯丙烷。粘土稳定剂和增湿剂为聚二甲基二烯丙基氯化铵。反离子促进剂为水杨酸钠。如图1所示，本专利技术提供的清洁压裂液的制备方法包括以下步骤：S101：将二乙胺类化合物在水中溶解后，使用恒压滴液漏斗缓慢加入有机酸，加入适量氢氧化钠为催化剂，将恒温搅拌仪的温度设置为85℃后搅拌加热4-6h，待全部溶解反应后得到中间产物。S102：将中间产物溶解在乙醇溶液中，向溶液中加入环氧卤代烷和盐酸，密封条件下80℃水浴加热10-12h，得到表面活性剂。S103：向表面活性剂中加入粘土稳定剂和反离子促进剂，40℃下充分搅拌均匀，调节pH，即可得到用于煤层注水的清洁压裂液。本专利技术制备的上述表面活性剂再与水进行充分搅拌混合备用，表面活性剂、反离子促进剂、粘土稳定剂与水按照质量比为2～6：0.5～2：1～3：100的比例进行充分搅拌混合。本专利技术制备方法步骤S103中的pH值为6～7。本专利技术提供的清洁压裂液的制备方法合成路线为：本专利技术提供的清洁压裂液的制备方法业内的普通技术人员还可以采用其他的步骤实施，图1的本本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种清洁压裂液，其特征在于，所述清洁压裂液按质量百分比由0.5％～1.5％有机酸，0.5％～1.5％二乙胺类化合物、1.5％～3％环氧卤代烷、0.5％～1％盐酸、0.1％～3％粘土稳定剂及增湿剂、1％～2％水杨酸钠和水组成，水补足至100％。/n

【技术特征摘要】
1.一种清洁压裂液，其特征在于，所述清洁压裂液按质量百分比由0.5％～1.5％有机酸，0.5％～1.5％二乙胺类化合物、1.5％～3％环氧卤代烷、0.5％～1％盐酸、0.1％～3％粘土稳定剂及增湿剂、1％～2％水杨酸钠和水组成，水补足至100％。


2.如权利要求1所述的清洁压裂液，其特征在于，所述有机酸为山嵛酸、二聚脂肪酸中的一种或其混合物。


3.如权利要求1所述的清洁压裂液，其特征在于，所述二乙胺类化合物为3-氨基-2-羟基-N,N'-二乙基苯甲酰胺、3-氨基-N,N'-二乙基苯磺酰胺中的一种或其混合物。


4.如权利要求1所述的清洁压裂液，其特征在于，所述有机溶剂选用乙醇，环氧卤代烷选用环氧氯丙烷。


5.如权利要求1所述的清洁压裂液，其特征在于，所述粘土稳定剂和增湿剂为聚二甲基二烯丙基氯化铵。


6.如权利要求1所述的清洁压裂液，其特征在于，所述反离子促进剂为水杨酸钠。


7.一种如权利要求1～6任意一...

【专利技术属性】
技术研发人员：周刚，王存民，孟群智，李帅龙，张欣远，薛轶方，牛琛茜，刘宗奇，孙健，王钰颖，刘冬，姜文静，
申请(专利权)人：山东科技大学，
类型：发明
国别省市：山东;37