一种用于天然水压裂的自悬浮支撑剂
阅读：125发布：2024-02-19
专利汇可以提供一种用于天然水压裂的自悬浮支撑剂专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 属于石油、 天然气 及 页岩 气等 流体 矿产的开采领域，提供一种用于天然 水 压裂施工的自悬浮 支撑 剂 ，所述自悬浮支撑剂是在 骨料 上包覆或者部分包覆 水溶性 高分子材料；所述骨料为具有承受裂缝闭合应 力 的足够机械强度的固体颗粒，选自 石英 砂、陶粒、金属颗粒、球状玻璃颗粒、 烧结 铝 土矿、烧结 氧 化铝、烧结氧化锆、 合成 树脂 、覆膜砂、 粉碎 的果壳颗粒中的一种或多种；所述水溶性高分子的用量为骨料用量的0.1～5wt%。本发明提出的自悬浮支撑剂通过选择适宜的高分子材料和粘结材料，具有良好的物理性能和化学 稳定性 ，且高分子材料不会随压裂液进入储层缝隙中，且能顺利返排，显著提高了采矿的效率。，下面是一种用于天然水压裂的自悬浮支撑剂专利的具体信息内容。
一种用于天然水压裂的自悬浮支撑剂
技术领域
背景技术
[0002] 在开采形成在地下岩层中的石油、天然及页岩气等矿产时，要将不同类型流体引入井眼或井眼周围的地层中。油田原油粘度大、油藏的裂缝狭小，为了提高采油量、降低成本，通常采用压裂支撑剂压裂和支撑压裂，以改善裂缝导流能力。支撑剂沉积在地层的成形裂缝中，防止裂缝在压力减小时闭合。
[0003] 现有的支撑压裂技术中，主要包括使用支撑剂和压裂液（活性水、线性胶或者冻胶）两部分，压裂液与支撑剂是两个独立的体系，压裂液高速流动，利用湍流悬浮支撑剂，当支撑剂到达裂缝后，由于流体流速的大幅下降，支撑剂快速沉降于裂缝底部。例如专利CN102159791A提出的处理被井眼穿透的地下岩层的方法，其制备支撑剂浆液以及沿井眼向下注入浆液。浆液中的片状颗粒可包括云母、滑石或这些材料的混合物。浆液中含有降滤失剂、增稠剂，主要是高分子化合物。
[0004] 现有技术中，减阻水中使用的高分子化合物随同清水进入地层，减阻水的粘度增大，返排的时候，消耗很大的泵功率，且不利于全部返排；部分留在地下的高分子化合物堵住地层的孔隙，导致出油量下降、及对地层的污染。
[0005] 因此，采用天然水压裂体系开采技术领域，需要提出能不产生污染、且能提高效率和降低生产成本的技术。
发明内容
[0006] 针对现有技术存在的不足之处，本发明的目的是提供一种用于天然水压裂施工的自悬浮支撑剂。
[0007] 本发明的另一个目的是提供所述自悬浮支撑剂的制备方法。
[0008] 为实现上述目的，具体技术方案为：
[0010] 所述骨料为具有承受裂缝闭合应力足够机械强度的固体颗粒的一种或多种，包括但不限于石英砂、陶粒、金属颗粒、球状玻璃颗粒、烧结铝土矿、烧结氧化铝、烧结氧化锆、合成树脂、覆膜砂、粉碎的果壳颗粒中的一种或多种；
[0011] 所述水溶性高分子的用量为骨料用量的0.1～5wt%。
[0012] 优选地，所述骨料的尺寸为6-200目（即2.8mm-0.075mm之间）。
[0013] 进一步地，所述骨料为球形颗粒、椭圆形颗粒、或近似球形、椭圆形的颗粒。
[0015] 其中，所述的水溶性高分子材料所述的水溶性高分子材料为遇水快速溶胀或溶解的有机材料，选自天然高分子、人工合成高分子或半天然半人工合成的高分子材料，[0016] 优选地，所述的天然高分子材料选自淀粉、植物胶、动物胶或海藻胶；所述植物胶为阿拉伯胶、黄耆胶、槐豆胶、胍胶、田菁胶、大豆胶中的一种或多种；所述的动物胶为骨胶、明胶、干酪素、壳聚糖中的一种或多种；所述的海藻胶为藻蛋白酸钠、海藻酸钠、琼胶中的一种或多种；
[0018] 所述的半天然半人工合成高分子材料包括改性淀粉、改性纤维素和改性植物胶，选自羧甲基淀粉、羟甲基纤维素、甲基纤维素、乙基纤维素、羟乙基纤维素、羧乙基淀粉、醋酸淀粉、羟甲基胍胶、羟丙基胍胶、羧甲基羟丙基胍胶中的一种或多种。
[0019] 其中，所述水溶性高分子材料通过粘结剂粘附骨料，按重量百分比计，粘结剂的用量为骨料用量0.5～15wt%，所述粘结剂包括所有具有附着功能的材料，包括天然粘结剂和合成粘结剂，所述天然粘结剂优选但不限于骨胶、松脂、桐油中的一种或多种；所述合成粘结剂优选但不限于酚醛树脂、环氧树脂、不饱和聚酯树脂、杂环高分子粘结剂中的一种或多种。
[0020] 进一步地，所述酚醛树脂为热塑性酚醛树脂或热固性酚醛树脂；所述的环氧树脂使用环氧当量为0.09-0.14mol/100g的环氧树脂；优选为双酚A型环氧树脂，更优选环氧树脂E-55（616）、E-51(618)、E-44(6101)、E-42(634)、E-35(637)、E-20(601)、E-12(604)、E-06(607)、E-03(609)；所述的不饱和聚酯树脂为邻苯型不饱和聚酯树脂、间苯型不饱和聚酯树脂、二甲苯型不饱和聚酯树脂、双酚A型不饱和聚酯树脂、卤代不饱和聚酯树脂、乙烯基酯树脂中的一种或多种；优选所述邻苯型不饱和聚酯树脂型号为191或196；所述间苯型不饱和聚酯树脂型号为199、二甲苯型不饱和聚酯树脂优选型号为2608、902A3、Xm-1、Xm-2中的一种或多种；双酚A型不饱和聚酯树脂优选型号为197、3301、323中的一种或多种；所述杂环高分子粘结剂选自聚酰亚胺、聚苯并咪唑、聚苯硫醚、聚二苯醚中的一种或多种。
[0021] 本发明所述的自悬浮支撑剂的制备方法，是将粘结剂分散于骨料中，加入固化剂，再加入水溶性高分子材料而得；
[0022] 或，是将粘结剂分散于骨料中，加入水溶性高分子材料，再加入固化剂而得；
[0023] 其中，所述固化剂为脂肪族胺及其加成物、叔胺及其盐、芳香族胺及其改性体、咪唑、酸酐、过氧化酰、过氧化脂、多聚甲醛、酚醛胺（T-31）、二乙烯三胺、三乙烯四胺、六次甲基四胺中的一种；固化剂为粘结剂重量的0.5-10%。
[0024] 所述的制备方法，具体地，包括步骤：
[0025] 1）以石英砂、陶粒、覆膜砂、金属颗粒、球状玻璃颗粒、烧结铝土矿、烧结氧化铝、烧结氧化锆、合成树脂、粉碎的果壳颗粒中的一种或多种为骨料；加热至50-300℃，降温到240℃以下加入重量为骨料重量0.5～15wt%的粘结剂，再加入固化剂并搅拌；
[0026] 2）当步骤1）所得混合物温度降至150℃以下时，加入骨料重量的0.1～5wt%的水溶性高分子材料，并搅拌。
[0027] 或，包括步骤：
[0028] 1）以石英砂、陶粒、覆膜砂、金属颗粒、球状玻璃颗粒、烧结铝土矿、烧结氧化铝、烧结氧化锆、合成树脂、粉碎的果壳颗粒中的一种或多种为骨料，加入重量为骨料重量0.5～15wt%的粘结剂并搅拌；
[0029] 2）加入骨料重量的0.1～5wt%的水溶性高分子材料，再加入固化剂，并搅拌。
[0030] 或：
[0031] 1）以石英砂、陶粒、覆膜砂、金属颗粒、球状玻璃颗粒、烧结铝土矿、烧结氧化铝、烧结氧化锆、合成树脂、粉碎的果壳颗粒中的一种或多种为骨料，加热至50-300℃，降温到240℃以下，加入重量为骨料重量0.5～15wt%的粘结剂并搅拌；
[0032] 2）当步骤1）所得混合物温度降至150℃以下时，加入骨料重量的0.1～5wt%的水溶性高分子材料，再加入固化剂，并搅拌。
[0033] 其中，所述粘结剂为常温下液态粘结剂。
[0034] 进一步的，所述步骤2）之后还包括冷却、筛分的步骤。
[0035] 本发明提出的自悬浮支撑剂在石油、天然气及页岩气等流体矿产开采中的应用。
[0036] 具体地，所述应用是将本发明提出的自悬浮支撑剂按照与水的体积比例1:0.4-8混合，搅拌后通入矿藏中，起到支撑压裂的作用。所述水指天然水，包括清水、自来水、地表水或地下水，没有添加化学品。
[0037] 本发明的有益效果在于：
[0038] 本发明提出的自悬浮,支撑剂通过选择适宜的高分子材料和粘接材料，具有良好的物理性能和化学稳定性，高分子材料不会随压裂液进入储层缝隙中，显著提高了采矿的效率。
[0039] 本发明提出的自悬浮,支撑剂，可以用天然水代替添加有机高分子且昂贵的压裂液进行水力压裂施工，且该施工方法无需在配液站或配液池中配制，即可实现连续施工，真正实现了操作便捷，降低施工成本，减小环境污染，保护地下水，增产增效的目的。
[0040] 本发明提出的自悬浮支撑剂在清水中悬浮时间长，能够更好的满足采矿的需要。本发明提出的自悬浮支撑剂能降低压裂液的摩阻，使得应用本发明的压裂支撑体系与现有的压裂液具有基本相同的性能，易输送，易返排。
具体实施方式
[0041] 以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
[0042] 实施例1
[0043] 1）以石英砂（河砂）为原料，经擦洗、120℃5h烘干后，砂中完全不含水，筛选20-40目的石英砂为骨料；
[0044] 2）步骤1)处理后的石英砂1000g，加热至200℃，加入环氧树脂E-51(618)10g，搅拌（搅拌过程中混合物温度降至170℃），加入固化剂邻苯二甲酸酐1g，搅拌均匀；
[0045] 3）步骤2）混合物的温度降至140℃，加入羧甲基纤维素8g。搅拌均匀。
[0046] 4）冷却、筛分，得到的支撑剂为粒径20-40目的颗粒，骨料表面包覆、或部分包覆有羧甲基纤维素高分子材料。
[0047] 实施例2
[0048] 1）取40-70目1kg石英砂（河砂）作为骨料，备用；
[0049] 2）加热至200℃，向骨料中加入环氧树脂E-55（616）10g，当温度降至140℃以下时，加入聚已酸内酯10g，然后加入咪唑0.2g，均匀混合。
[0050] 3）冷却后，得到的支撑剂为粒径40-70目的颗粒，骨料表面包覆、或部分包覆有聚已酸内酯高分子材料。
[0051] 实施例3
[0052] 1）取30-50目1kg石英砂（河砂）作为骨料，备用；
[0053] 2）加热至220℃，向骨料中加入双酚A型不饱和聚酯330112g，当温度降至130℃时，加入羧甲基羟丙基胍胶5g，然后加入过氧化苯甲酰0.1g，均匀混合；
[0054] 3）将上述步骤2）中的混合物冷却、筛分，即得。
[0055] 实施例4
[0056] 1）取30-50目1kg陶粒（密度高、中、低均可，本实施例选用体密度1.7g/cm3的陶粒）作为骨料，备用；
[0057] 2）加热至220℃，向骨料中加入双酚A型不饱和聚酯330112g，搅拌，加入过氧化苯甲酰0.1g，当温度降至140℃时，加入阴离子型聚丙烯酰胺5g，均匀混合；
[0058] 3）将上述步骤2）中的混合物冷却、筛分，即得。
[0059] 实施例5
[0060] 1）取40-70目1kg陶粒（密度高、中、低均可，本实施例选用体密度1.7g/cm3的陶粒）作为骨料，备用；
[0061] 2）加热至220℃，向骨料中加入双酚A型不饱和聚酯树脂10g，搅拌，加入过氧化苯甲酰0.2g、当温度降至140℃时，加入聚乙酸乙烯醇10g，均匀混合；
[0062] 3）将上述步骤2）中的混合物冷却、筛分，即得。
[0063] 实施例6
[0064] 1）取30-50目1kg烧结铝土矿作为骨料，备用；
[0065] 2）加热至210℃，向骨料中加入邻苯型不饱和聚酯19110g，当温度降至130℃时，加入羟甲基纤维素5g，再加入过氧化苯甲酰0.02g、过氧化缩酮0.01g，均匀混合；
[0066] 3）将上述步骤2）中的混合物冷却、筛分，即得。
[0067] 实施例7
[0068] 1）取70-140目1kg烧结铝土矿和烧结氧化铝各一半，作为骨料，备用；
[0069] 2）加热至210℃，向骨料中加入环氧树脂E-51(618)12g，搅拌后再加入固化剂芳香族胺3g，当温度降至140℃以下时，加入羧甲基羟丙基胍胶10g，
[0070] 3）将上述步骤2）中的混合物冷却、筛分，即得。
[0071] 实施例8
[0073] 2）加热至220℃，向骨料中加入二甲苯不饱和聚酯树脂Xm-210g，当温度降至140℃时，依次加入壳聚糖10g、固化剂过氧化甲乙酮0.3g，均匀混合；
[0074] 3）将上述步骤2）中的混合物冷却、筛分，即得。
[0075] 实施例9
[0076] 1）取40-70目1kg铝合金微球和不锈钢微球各一半作为骨料，备用；
[0077] 2）加热至220℃，向骨料中加入二甲苯不饱和聚酯树脂Xm-210g，当温度降至140℃时，依次加入羧甲基羟丙基胍胶10g、固化剂过氧化甲乙酮0.3g，均匀混合；
[0078] 3）将上述步骤2）中的混合物冷却、筛分，即得。
[0079] 实施例10
[0080] 1）取40-70目1kg玻璃微球作为骨料，备用；
[0081] 2）加热至220℃，向骨料中加入二甲苯不饱和聚酯树脂Xm-210g，当温度降至140℃时，依次加入胍胶10g、固化剂过氧化甲乙酮0.3g，均匀混合；
[0082] 3）将上述步骤2）中的混合物冷却、筛分，即得。
[0083] 实施例11
[0084] 1）以石英砂（河砂）为原料，经擦洗、120℃5h烘干后，砂中完全不含水，筛选20-40目的石英砂为骨料；
[0085] 2）步骤1)处理后的石英砂1000g，加入环氧树脂E-51(618)10g，搅拌后加入固化剂二乙烯三胺1g，并搅拌；
[0086] 3）步骤2）所得混合物加入羧甲基纤维素8g。并搅拌。
[0087] 4）筛分，得到的支撑剂为粒径20-40目的颗粒，骨料表面包覆、或部分包覆有羧甲基纤维素高分子材料。
[0088] 实施例12
[0089] 1）以覆膜砂（专利CN1640981A，实施例2的方法制备）1000g为原料，加入环氧树脂E-4410g，搅拌后加入固化剂二乙烯三胺1g，并搅拌；
[0090] 3）步骤2）加入羧甲基纤维素8g。并搅拌。
[0091] 4）筛分，得到的支撑剂为粒径20-40目的颗粒，骨料表面包覆、或部分包覆有羧甲基纤维素高分子材料。
[0092] 对比例1
[0093] 支撑剂：普通陶粒（体密度1.7g/cm3的陶粒）支撑剂，粒度20-40目。
[0094] 对比例2
[0095] 支撑剂：石英砂，粒度20-40目。
[0096] 对比例3
[0097] 支撑剂：专利CN1640981A，实施例2的方法制备的覆膜砂。
[0098] 试验例
[0099] 活性水：0.25g的阴离子聚丙烯酰胺（300万）、1g的OP-10、10g的氯化钾、0.1g甲醛和488.65g的水。
[0100] 活性水的制备过程为：将上述特定量的聚丙烯酰胺溶于488.65g的水中，混合均匀，得到稠化水；将上述特定量的OP-10溶于获得的稠化水中，混合均匀；再加入10g氯化钾，搅拌均匀；加入0.1g甲醛，搅拌均匀。
[0101] 清水：自来水
[0102] 试验方法：对实施例1-12、对比例1-3的支撑剂分别在活性水中进行了液体粘度、携砂性能以及摩阻参数测试，粘度测试方法参见标准（SYT5107-2005）；沉降速度测定采用0.5m有机玻璃管，装入45cm高的活性水和砂比为30%的支撑剂，摇匀测试支撑剂的沉降速度；摩阻采用DV-III粘度计，配置30%砂比的压裂体系，固定转速和转子，测定它们的扭矩来表征。测试结果如下表1-表3：
[0103] 表1加入支撑剂后活性水的粘度
[0104]
[0105] 表1中，支撑剂与活性水的质量比为30：100。序号1、2…表示实施例1、实施例2….,序号“对1”表示对比例1。下同。
[0106] 表2活性水中支撑剂的沉降速度
[0107]
[0108] 表3活性水中支撑剂的摩阻
[0109]
[0110] 测试结果显示，本发明提出的自悬浮支撑剂在活性水中具有优异的携砂能力和降摩阻能力。
[0111] 试验方法：对实施例1-12、对比例1-3的支撑剂分别在清水中进行了液体粘度、携砂性能以及摩阻参数测试，粘度测试方法参见标准（SYT5107-2005）；沉降速度测定采用0.5m有机玻璃管，装入45cm高的活性水和砂比为30%的支撑剂，摇匀测试支撑剂的沉降速度；摩阻采用DV-III粘度计，配置30%砂比的压裂体系，固定转速和转子，测定它们的扭矩来表征。测试结果如下表4-表6：
[0112] 表4加入支撑剂后清水的粘度
[0113]
[0114] 表5清水中支撑剂的沉降速度
[0115]
[0116] 本申请实施例1-12制备的支撑剂，按照砂比（支撑剂与水的体积比例）10：100、20：100、30：100加入到清水中，搅拌后，均能悬浮二小时以上。
[0117] 对比例的支撑剂，按照砂比（支撑剂与水的体积比例）10：100、20：100、30：100加入到清水中，搅拌后，石英砂约10秒沉降0.5m，陶粒约15秒，覆膜砂约30秒。
[0118] 表6清水中支撑剂的摩阻
[0119]
[0120] 测试结果显示，本发明所提出的支撑剂在天然水压裂体系中具有优异的携砂能力和降摩阻能力。
[0121] 实验例2
[0122] 参照中华人民共和国石油天然气行业标准，压裂支撑剂充填层短期导流能力评价方法，即APIRP61测试不同支撑剂填充层的渗透率、力学性能。结果见表7、表8。
[0123] 表7各试验组渗透率结果（单位：μm2.cm）
[0124]
[0125] 按照标准SY/T5108-2006进行性能检测，各实验组的组别命名同上，检测结果见表8：
[0126] 表8：机械强度测试
[0127]
[0128]
[0129] 测试结果显示，本发明所提出的支撑剂在天然水压裂体系中具有优异的机械强度，不会在使用中破损。
[0130] 以上的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通工程技术人员对本发明的技术方案作出的各种变型和改进，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。
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