煤炭学报

作者：佘开达, 苏现波, 赵伟仲, 赵文杰, 丁锐,

关键词：煤层气增产, Fe₃O₄纳米酶−过硫酸铵压裂液, 储层改性, 增解, 增扩, 增透,

煤层气的开发迫切需要一种集“增解、增扩、增透”为一体的增产技术，以弥补以往只关注压裂造缝增透的不足。纳米酶是一类既有纳米材料特性，又具催化功能的模拟酶活性的物质，其因高效催化功能和稳定易于规模化生产的特点，受到各个领域的广泛关注，其中类过氧化物纳米酶应用领域最为广泛，如Fe3O4纳米酶与过硫酸铵结合将产生强氧化性自由基\mathrmSO_4^- ·，该自由基能否对煤储层改性，进而实现煤层气增产还未见报道。为此，采用Fe3O4纳米酶−过硫酸铵构成的压裂液对长焰煤进行氧化降解试验，首先对降解前后的煤进行红外光谱、X射线光电子能谱(XPS)、拉曼光谱、C-13核磁共振(13C-NMR)和等温吸附测试，定性定量地揭示降解前后煤中官能团、分子量的变化以及对煤亲甲烷能力的影响，然后再对其进行压汞测试，探究降解前后煤孔隙结构的变化，最后对降解前后的煤进行渗透率测试，查明Fe3O4纳米酶−过硫酸铵压裂液体系对于煤储层渗透率的影响，结合以上试验阐明储层改性对煤层气产出的强化机制。结果表明：煤经过Fe3O4纳米酶−过硫酸铵压裂液作用后，整体含氧官能团、甲基和其他饱和官能团的相对丰度降低，由此降低了煤的亲甲烷的能力，实现增解增产；煤中的固态大分子部分被降解成液态小分子物质，基质孔隙度和总孔体积上升、曲折度和突破压力降低，实现增扩增产；煤储层渗透率也由此得以提升，实现了增透增产。试验研究证实了这种压裂液除了具有常规压裂液的造缝功能外，还具有增解、增扩、增透功能，可强化煤层气“上游”的产出。Fe3O4纳米酶−过硫酸铵压裂液既是纳米酶材料应用的拓展，又是一种具有多重增产功能的煤储层改造压裂液。

来源：2026年第3期

《煤炭学报》期刊编辑部

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