这篇文章的主要作者是 Yiyu Lu, Feng Yang, Zhaolong Ge, Qin Wang 和 Shuqi Wang，他们隶属于重庆大学“煤矿灾害动力学与控制国家重点实验室”以及“复杂煤层瓦斯抽采国家和地方联合工程实验室”。该研究发表于期刊《Fuel》2017年第194卷。
本研究领域聚焦于煤层气（Coal-Bed Methane；CBM）的开采技术，旨在提高低渗透、高地应力条件下煤层气的抽采效率。煤层渗透率是决定煤层气抽采难度的关键因素，而水力压裂是当前改善煤层渗透率的最有效方法之一。然而，传统使用的压裂液（如水）存在高滤失率和效果不佳的问题。近年来，具有特定流变性质的粘弹性表面活性剂压裂液（Viscoelastic Surfactant Fracturing Fluid）逐渐被用于水力压裂，但其对煤层渗透性的作用机制尚不明确，制约了其广泛应用。本研究旨在通过实验系统研究粘弹性表面活性剂压裂液在微观和宏观层面上对煤层渗透性的影响，并与水的效果进行对比。
研究对象为采自中国重庆省松藻盆地7号煤层的煤样，煤层气含量为14.5 m³/t，压力为1.1 MPa。煤的工业分析数据详见文章中“Table 1”。实验采用粘弹性表面活性剂压裂液和去离子水两种处理液（详见“Table 2”），粘弹性表面活性剂压裂液主要由0.8 wt.%十六烷基三甲基氯化铵（n-Hexadecyl Trimethyl Ammonium Chloride）、0.2 wt.%水杨酸钠（Sodium Salicylate）及1 wt.%氯化钾（Potassium Chloride）和去离子水组成。
研究分为以下几个步骤：
新鲜煤块被研磨至200目以下，分为两组分别在去离子水和粘弹性表面活性剂压裂液中浸泡48小时，随后干燥。使用X射线衍射仪（XRD）检测煤样矿物成分，并通过原子发射光谱仪（AES）分析压裂液中的元素变化。
煤样通过低温氮气吸附实验测量孔结构分布，分析煤孔隙率的变化。重点研究处理液对中孔（孔径介于2-50nm）和大孔（孔径大于50nm）的影响。
使用直径50 mm、长度100 mm的煤样进行渗透率对比实验。煤样用压裂液饱和后，通过三轴伺服渗透装置测量在不同有效应力下的渗透率变化（详见文章“Table 3”）。通过实验计算公式得出渗透率。
XRD和AES结果表明，相较于去离子水，粘弹性表面活性剂压裂液显著降低了煤样中易阻塞孔隙和裂缝的粘土矿物含量（如高岭石和伊利石）。具体而言，粘土矿物含量从使用水处理后的11.55%下降至使用粘弹性表面活性剂压裂液处理后的9.81%。AES分析还检测到浸泡后的粘弹性表面活性剂压裂液中包含铁（Fe）、铜（Cu）、镁（Mg）等金属元素，这与矿物成分中粘土矿物的溶解一致。
SEM图像显示，粘弹性表面活性剂压裂液处理后的煤样孔隙明显增多，煤层中气体迁移通道得以改善。
低温氮气吸附实验结果表明，粘弹性表面活性剂压裂液处理后的煤样孔隙总体积为0.00092 cm³/g，相较于水处理的煤样孔隙体积0.00069 cm³/g，增加了33.3%。这种孔隙体积的增加，主要集中于大孔的扩展和新增大孔的贡献。
粘弹性表面活性剂压裂液的表面张力和接触角均较低，有助于减少孔隙中压裂液残留对气体迁移面积的占用。
实验表明，在相同条件下，处理过粘弹性表面活性剂压裂液的煤样渗透率比处理过水的煤样高出平均178%。两种煤样的渗透率随有效应力增加呈指数下降趋势，其变化关系可通过如下公式拟合： - 水处理的煤样：k = 0.4348e^(-0.601r) - 粘弹性表面活性剂压裂液处理的煤样：k = 0.9338e^(-0.509r)
这一结果验证了粘弹性表面活性剂压裂液通过降低粘土矿物含量、增加孔隙体积和减少气体迁移通道占用，对改善煤层透气性具有显著效果。
本研究系统分析了粘弹性表面活性剂压裂液对煤层气渗透率的影响机制。从矿物成分分析、孔结构观测到渗透性测试，揭示了粘弹性表面活性剂压裂液对孔隙率和通道改善的作用机制。该工作为粘弹性表面活性剂压裂液在煤矿水力压裂中的优化使用提供了科学依据，具有重要的科学意义与产业应用价值。
该研究还指出粘弹性表面活性剂压裂液因其流变行为和化学作用，可进一步推广至其他低渗透矿藏的开采中，值得深入开发和产业化应用。这些结论为压裂液的进一步优化设计与多场景应用提供了重要方向。