本发明涉及煤层气压裂技术领域，具体涉及一种用于煤层气压裂的复合煤粉悬浮剂及其制备方法。
背景技术
煤层气储层具有强度低、胶结差、易破碎等特点，常规煤层气直井如果不通过压裂改造很难获得产能，在水力压裂过程中由于压裂液和支撑剂的冲蚀、打磨作用，会产生大量的煤粉。由于煤是一种杨氏模量低、泊松比高、硬度低、易破碎的非常规储层，在压裂中易被压碎、压实，产生煤粉，煤粉表面疏水，形成的煤粉在水中不易分散，流动性差。压裂过程中若煤粉不能分散在压裂液中，团聚的煤粉容易造成压裂裂缝堵塞，造成施工压力过高。压裂结束后若煤粉不能随返排液排出则会造成支撑裂缝堵塞，影响压裂改造效果。
专利公开号为cn101693829a的申请文件提供了一种煤粉分散剂，该煤粉分散剂包括非离子表面活性剂、有机铵盐、醇，该分散剂改变了煤粉表面的润湿性，促进煤粉均匀分散；专利公开号为cn102329605a的申请文件提供了一种煤粉悬浮剂，它包括季铵盐表面活性剂、低级脂肪醇和水，该悬浮剂使用阳离子表面活性剂及其它添加剂改变煤粉表面的润湿性，促进煤粉的悬浮分散。张颈等人研究了一种煤粉分散剂，该分散剂使用一种阴离子型表面活性剂来促进煤粉分散。目前煤粉悬浮剂的研究都是利用表面活性剂改变煤粉表面的润湿性促进煤粉悬浮、分散，种类单一，效果有限。
技术实现要素：
本发明的目的在于克服上述技术不足，提出一种煤层气压裂用复合煤粉悬浮剂及其制备方法，解决目前的煤粉悬浮剂种类单一，效果有限的技术问题。
为达到上述技术目的，本发明的技术方案提供一种煤层气压裂用复合煤粉悬浮剂，包括如下重量份的原料：聚电解质5～30份、表面活性剂2～20份、多元醇10～30份、无机盐2～10份。
本发明的技术方案还提供一种煤层气压裂用复合煤粉悬浮剂的制备方法，包括如下步骤：
s1.按重量份称取各原料；
s2.用去离子水溶解聚电解质和无机盐，得到水相，再将表面活性剂和多元醇加入所述水相，混合均匀，得到成品。
与现有技术相比，本发明的有益效果包括：
1.聚电解质经过电离后生成带有电荷的长链高分子，该长链高分子容易吸附于煤粉颗粒表面，使煤粉颗粒带有电荷，煤粉颗粒之间通过静电排斥作用和空间位阻作用，会互相排斥，从而改善了煤粉颗粒的分散性，减少了煤粉颗粒的团聚现象；
2.表面活性剂以其疏水部分吸附于煤粉颗粒表面，亲水部分与溶剂接触，改善了煤粉颗粒的润湿性，同时由于不同分子间的相互作用力，进一步提高了煤粉颗粒的分散性；
3.通过聚电解质与表面活性剂的协同作用，带电荷的煤粉颗粒容易与水分子相结合，提高了煤粉在水中的悬浮分散能力，与传统的煤粉悬浮剂，也进一步提高了煤层气水力压裂改造效果；
4.本发明提供了一种新型的煤粉悬浮剂，该复合煤粉悬浮剂能显著降低煤粉浆液粘度，且在后期的返排过程中具有悬浮携带能力强的特点，其可在煤层气压裂液中的不同阶段使用。
5.本发明提供的复合煤粉悬浮剂的制备工艺简单，安全性高，适宜于工业化生产。
具体实施方式
本实施例提供了一种煤层气压裂用复合煤粉悬浮剂，其包括如下重量份的原料：聚电解质5～30份、表面活性剂2～20份、多元醇10～30份、无机盐2～10份。
聚电解质是带有可电离基团的长链高分子，电离后长链高分子上带有电荷，为了使煤粉悬浮剂更容易吸附煤粉颗粒，选择亲水性较强的聚电解质，具体可以选择聚丙烯酸盐、聚苯乙烯磺酸盐、聚磷酸盐、聚乙烯亚胺、聚乙烯吡咯烷酮、聚二甲基二烯丙基氯化铵或聚丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵中的任意一种。
为了避免表面活性剂受强电解质无机盐的影响，并使其在溶剂中有较好的溶解性，表面活性剂选择非离子型表面活性剂，具体可以选择司盘80、吐温60、辛基苯酚聚氧乙烯(10)醚(简称op-10)、油酸、环烷酸皂、松香酸甘油酯中的至少一种，其中环烷酸皂可以为环烷酸钠、环烷酸钙、环烷酸铝或环烷酸铜等物质。
多元醇可以使聚电解质、表面活性剂和无机盐混溶，具体可以选择乙二醇、丙三醇或季戊四醇中的任意一种。
无机盐可以协同表面活性剂和多元醇，避免煤粉团聚，为了增强对煤粉颗粒水化分散的抑制作用，并减少对地层的伤害，无机盐可以选择氯化钠、氯化钾、硫酸钠、硫酸铵、氯化铵、硝酸钠中的任意一种。
本实施例还提供了一种复合煤粉悬浮剂的制备方法，包括如下步骤：
(1)按照如下重量份数备料：聚电解质5～30份、表面活性剂2～20份、多元醇10～30份、无机盐2～10份；
(2)将聚电解质和无机盐加入去离子水中，使用搅拌器高速搅拌，使聚电解质和无机盐完全溶于水中，得到水相；
(3)再将表面活性剂、多元醇加入步骤(2)的水相中，高速搅拌混合均匀，得到复合煤粉悬浮剂成品。
为了使煤粉有效的悬浮分散，并降低使用成本，复合煤粉悬浮剂的使用浓度(质量浓度)为0.1～5％。
下面将结合具体实施例对本发明提供的煤层气压裂用复合煤粉悬浮剂及其制备方法予以进一步说明。下述实施例中的实验方法，如无特殊说明，均为常规方法。下述实施例中所用的实验材料如无特殊说明，均为市售化学纯或工业纯。下面描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
实施例1：
本实施例提供了一种煤层气压裂用复合煤粉悬浮剂，其包括如下重量份的原料：聚丙烯酸钠20份、司盘8010份、丙三醇5份、氯化钾5份。
本实施例还提供了上述复合煤粉悬浮剂的制备方法，包括如下步骤：
(1)备料：称取20g聚丙烯酸钠、10g司盘80、5g丙三醇、5g氯化钾；
(2)将聚丙烯酸钠和氯化钾加入去离子水中，使用机械搅拌器高速搅拌，使聚丙烯酸钠和氯化钾完全溶于水中，得到水相；
(3)将司盘80和丙三醇加入步骤(2)的水相中，高速搅拌混合均匀，得到复合煤粉悬浮剂成品。
测试本实施例中制得的复合煤粉悬浮剂的悬浮性能，具体采用以下方法测定：
在250ml烧杯中倒入90g一定浓度的复合煤粉悬浮剂水溶液和10g60～80目的煤粉，高速搅拌混匀后将煤粉悬浮液倒入100ml具塞比色皿中，静置8小时，观察分层现象。取悬浮液，在3000转/min下离心10min，倒掉上层清液，在105℃下烘干，恒重。悬浮液中煤粉的质量占总煤粉质量的百分数即为悬浮率。
测得质量浓度为1％的该煤粉悬浮剂水溶液8小时的悬浮率为100％。
实施例2：
本实施例提供了一种煤层气压裂用复合煤粉悬浮剂，其包括如下重量份的原料：聚苯乙烯磺酸钠25份、吐温6015份、乙二醇10份、氯化钠10份。
本实施例中复合煤粉悬浮剂的制备方法与测定该煤粉悬浮剂的悬浮性能的方法与实施例1中的相同。
测得质量浓度为1％的该煤粉悬浮剂水溶液8小时的悬浮率为100％。
实施例3：
本实施例提供了一种煤层气压裂用复合煤粉悬浮剂，其包括如下重量份的原料：聚二甲基二烯丙基氯化铵20份、油酸15份、乙二醇10份、氯化铵10份。
本实施例中复合煤粉悬浮剂的制备方法与测定该煤粉悬浮剂的悬浮性能的方法与实施例1中的相同。
测得质量浓度为1％的该煤粉悬浮剂水溶液8小时的悬浮率为100％。
实施例4：
本实施例提供了一种煤层气压裂用复合煤粉悬浮剂，其包括如下重量份的原料：聚丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵15份、司盘8020份、季戊四醇8份、硫酸铵5份。
本实施例中复合煤粉悬浮剂的制备方法与测定该煤粉悬浮剂的悬浮性能的方法与实施例1中的相同。
测得质量浓度为1％的该煤粉悬浮剂水溶液8小时的悬浮率为100％。
实施例5：
本实施例提供了一种煤层气压裂用复合煤粉悬浮剂，其包括如下重量份的原料：聚乙烯亚胺10份、环烷酸钠20份、乙二醇20份、氯化钾10份。
本实施例中复合煤粉悬浮剂的制备方法与测定该煤粉悬浮剂的悬浮性能的方法与实施例1中的相同。
测得质量浓度为1％的该煤粉悬浮剂水溶液8小时的悬浮率为100％。
实施例6：
本实施例提供了一种煤层气压裂用复合煤粉悬浮剂，其包括如下重量份的原料：六偏磷酸钠5份、op-1020份、乙二醇25份、硫酸钠2份。
本实施例中复合煤粉悬浮剂的制备方法与测定该煤粉悬浮剂的悬浮性能的方法与实施例1中的相同。
测得质量浓度为1％的该煤粉悬浮剂水溶液8小时的悬浮率为100％。
实施例7：
本实施例提供了一种煤层气压裂用复合煤粉悬浮剂，其包括如下重量份的原料：聚乙烯吡咯烷酮30份、松香酸甘油酯2份、乙二醇30份、硝酸钠6份。
本实施例中复合煤粉悬浮剂的制备方法与测定该煤粉悬浮剂的悬浮性能的方法与实施例1中的相同。
测得质量浓度为1％的该煤粉悬浮剂水溶液8小时的悬浮率为100％。
以上所述本发明的具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何根据本发明的技术构思所做出的各种其他相应的改变与变形，均应包含在本发明权利要求的保护范围内。