[发明专利]无固相冻胶组合物和无固相冻胶体系及其制备方法及应用

说明书

本发明涉及采矿工程技术领域，公开了一种无固相冻胶组合物和无固相冻胶体系及其制备方法及应用。所述无固相冻胶组合物包括各自独立保存的聚丙烯酰胺、交联剂、促凝剂和配液水；其中，所述促凝剂含有伯胺基团‑NHsubgt;2/subgt;，且该伯胺基团‑NHsubgt;2/subgt;取代或部分取代所述聚丙烯酰胺中的酰胺基。该无固相冻胶成胶液的水动力学半径为纳米尺度，易于进行超低孔超低渗砂岩裂隙深部，扩散半径大。同时，无固相冻胶成胶液的成胶时间可控，且其成胶后，强度大，能够控制裂隙高强度出水。

技术领域

本发明涉及采矿工程技术领域，具体涉及一种无固相冻胶组合物和无固相冻胶体系及其制备方法及应用。

背景技术

随着我国国民经济的迅速增长，对煤炭资源的需求不断提高。安全高效是煤田开发之重，其中顶板和底板出水是影响煤田安全开采的重要因素。煤田开采过程中，顶板和底板地层水经常涌入采掘工作面，引发灾害性水害事故，严重影响安全生产。超细水泥注浆堵水技术是控制水涌的重要技术。注入的超细水泥在含水层段内形成固相封堵，大大降低了出水层的渗透率，阻止地层水向工作面的流动，保证了煤田安全高效的开采。因此，对应浅层煤田，顶板、底板出水采用注超细水泥浆措施基本能够解决堵水问题。但随着煤田开发向深部进军，顶板、底板砂岩多为低孔-超低孔、低渗-超低渗、细喉道、小孔隙的含水层，裂隙发育更复杂，出水透水风险仍存在。对于该类储层，由于常规超细水泥浆为固相颗粒，粒径较大，无法进入裂隙深部，注入过程中扩散半径小，易形成固相渗滤面，导致水泥浆材料注不进，裂隙出水堵不住或高压注得进，造成砂岩破裂，对煤层砂岩形成二次伤害。

CN107056190B公开了一种高性能超细水泥基灌浆料，该灌浆料是按如下重量份的原料经充分搅拌均匀制得：超细水泥2640-2760份、改性纳米级钙粉尘60-110份、聚羧酸减水剂19-25份、超细膨胀剂65-105份、超细低钙粉煤灰70-120份、超细脱硫石膏10-28份，脂肪醇硫酸钠0.5-1.3份。其中超细水泥粒径为≥1200目的普通硅酸盐水泥。该体系浆液配制简单、施工工艺简单，操作方便，堵水效果好的特点。由于超细水泥为微米尺度，对于超低渗超低砂岩孔裂隙堵水应用存在一定局限性。

CN101086210A公开了一种煤层气调剖堵水技术，该技术是根据煤层气井地质特征和压裂改造参数，判断出水层位，注入凝胶、弹性颗粒和惰性纤维进行调剖堵水。本专利中未公开使用的煤层应用条件，同时涉及弹性颗粒，对于超低渗超低砂岩裂隙仍存在注入性、扩散半径小的难点。

基于现有煤层砂岩裂隙注浆材料发展现状及复杂超低孔超低渗裂隙控水要求，研究和开发一种无固相的冻胶体系进行堵水具有重要意义。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术存在的常规超细水泥浆为固相颗粒，粒径较大，无法进入裂隙深部的缺陷问题，提供一种无固相冻胶组合物和无固相冻胶体系及其制备方法及应用，该无固相冻胶成胶液的水动力学半径为纳米尺度，易于进行超低孔超低渗砂岩裂隙深部，扩散半径大。同时，无固相冻胶成胶液的成胶时间可控，且其成胶后，强度大，能够控制裂隙高强度出水。

为了实现上述目的，本发明第一方面提供了一种无固相冻胶组合物，其中，所述无固相冻胶组合物包括各自独立保存的聚丙烯酰胺、交联剂、促凝剂和配液水；其中，所述促凝剂含有伯胺基团-NH₂，且该伯胺基团-NH₂取代或部分取代所述聚丙烯酰胺中的酰胺基。

本发明第二方面提供了一种采用前述所述的无固相冻胶组合物制备无固相冻胶成胶液的制备方法，其中，所述的制备方法包括：

(1)将聚丙烯酰胺和配液水接触进行第一搅拌混合，得到聚丙烯酰胺溶液；

(2)将交联剂和所述聚丙烯酰胺溶液接触进行第二搅拌混合；

(3)将促凝剂和所述聚丙烯酰胺溶液接触进行第三搅拌混合，得到无固相冻胶成胶液。