摘要：为研究气润湿反转剂对缓解煤层水锁效应，提高煤层瓦斯解吸速度，采用气润湿反转技术改变煤体的润湿性、降低煤体表面自由能，进而提高瓦斯抽采效率。以0,0.2%,0.5%,0.8%,1%和1.5%的质量分数对2种气润湿反转剂进行稀释，制备出不同浓度的气润湿反转剂溶液，并将其对煤样进行处理。首先利用接触角测量仪和表面张力仪对煤样进行接触角和表面张力的测定，验证两种表面活性剂的基本特征。然后，在不同吸附平衡压力条件下，对干燥/含水煤样的解吸量和解吸速率进行测定，对比气润湿反转剂处理前后的效果差异；同时利用解吸公式进行解吸量的拟合，得到极限解吸量和拟合度大小。研究结果表明：随着表面活性剂浓度的增加，煤样表面接触角逐渐增加、溶液表面张力逐渐减小。在气润湿反转剂浓度达到0.5%时，实现了煤体表面润湿性的由亲水性向疏水性的转变，且具有较低的表面张力。在2种表面活性剂中，均具有疏水和低表面张力的特点，符合气润湿反转剂的基本特征；在干燥和含水煤样中，经过气润湿反转剂处理后，1 h内的解吸量和解吸速率均有所提高，其中FC117效果更佳；通过解吸公式对解吸量进行拟合，得到的极限解吸量与1 h内所测定的解吸量变化规律一致，且拟合效果较好，拟合度基本是在0.98以上。通过对气润湿反转剂处理前后煤样解吸特征的评价，为气润湿反转技术消除煤层“水锁效应”、提高煤层解吸特征，增加瓦斯抽采效果提供了一定的理论基础和科学指导。

引言

我国作为世界上已知的第三大煤层气储量国，总量约3.7×1013 m3，拥有庞大的煤层气资源。然而，我国煤层“三低一强”——低压力、低渗透率、低饱和度及非均质性强的特征导致瓦斯采前抽采困难。目前，多数高瓦斯突出矿区采用水力压裂、水力割缝、水力挤出以及水力冲孔等水力措施作为一种增加煤层透气性、提高抽采效果的技术措施。

由于毛细管力引起水锁效应的产生，在水力化措施研究与应用过程中，在一定程度上抑制瓦斯抽采。从水锁机理上进行分析，含瓦斯煤为水锁效应提供了自然条件、物质条件和压力条件。通过试验对不同含水率煤样的解吸时间与渗透率的变化情况进行评价，从中分析煤层气储层水锁损害机理；宋金星等提出压裂液中加入亲水性表面活性剂，减小压裂液与煤表面的接触角，降低毛管压力，增强压裂液的可排性，进而减缓水锁效应。然而，亲水型表面活性剂仅能在一定程度上减小毛细管力，并未消除毛细管力产生的阻碍作用，甚至实现将毛细管力由阻力向助力的转变，进而促进瓦斯的抽采；同时，对于孔径较小的微孔及纳米级的孔径而言，其产生的毛细管力仍较大，不利于瓦斯抽采。

在凝析气藏领域，将气润湿反转剂用于解决凝析气藏出现的水锁损害，岩心润湿性实现了反转，由优先液湿转变为疏油疏水的优先气湿，且渗透率大幅度提高，为提高气井产量提供了重要的理论依据。通过利用气润湿反转技术将固体表面润湿性进行改变，消除毛细管力产生的水锁损害，进而增加气井产量。相比于凝析气藏的储层特征，煤层是孔隙结构更加复杂、渗透性更低的多孔介质；同时，煤体又具有亲水性的特征。在水力压裂过程中外在水进入煤体后，产生的水锁伤害更加严重。因此，采用气润湿反转技术提高煤层瓦斯抽采效果具有一定的借鉴性和可行性。

鉴于此，笔者引入气润湿反转技术，优选具有疏水性、低表面张力的气润湿反转剂，通过接触角和表面张力的测定，直观地验证表面活性剂处理前后的效果转变。然后测定1 h内不同甲烷平衡压力下干燥/含水煤样的甲烷解吸量和解吸速率，定量地分析气润湿反转消除水锁效应的影响效果。利用解吸公式进行拟合，预测极限解吸量，且拟合效果良好。揭示气润湿反转剂在防水锁增产的作用机理，为我国煤层瓦斯“增透促抽”技术提供一定的理论依据和指导。