泡沫压裂液添加剂对煤层甲烷扩散影响的分子模拟

利用分子模拟软件Materials Studio(MS)建立了一定温度、压力条件下,考虑含水煤层、泡沫压裂液起泡剂、稳泡剂相互作用的狭缝孔分子模拟模型.基于分子扩散理论计算并评价了分别在常见的4种起泡剂以及4种稳泡剂影响下的甲烷分子扩散能力大小.结果 表明,与原始含水煤层相比,加入起泡剂十二烷基磺酸钠、十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠和甜菜碱后,甲烷自扩散系数分别降低了71.3％、74.7％、56.3％和54.0％.相比于仅加入起泡剂(十二烷基苯磺酸钠)的情况下,加入稳泡剂聚丙烯酰胺、聚乙烯醇、聚乙二醇和羧甲基纤维素后,甲烷自扩散系数分别降低了63.2％、57.9％、55.3％和71.1％.据此可知,起泡剂是降低含水煤层中甲烷扩散能力的主要因素,而稳泡剂的使用会进一步降低甲烷扩散能力.在起泡剂和稳泡剂的共同影响下,甲烷自扩散系数降低超过了80％,这对煤层气产出极为不利.建议在保证泡沫压裂液泡沫性能前提下,通过优化起泡剂分子结构、减少用量以减小起泡剂和稳泡剂对甲烷扩散的影响,并尽量避免使用大分子稳泡剂.