一種用于清水壓裂的自懸浮支撐劑及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于油氣開采用支撐劑技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用于清水壓裂的自懸浮支 撐劑，同時(shí)還涉及一種用于清水壓裂的自懸浮支撐劑的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 石油天然氣的開采通常需要采用水力壓裂技術(shù)，而支撐劑是壓裂施工的關(guān)鍵材 料。支撐劑又叫石油壓裂支撐劑，在石油天然氣深井開采時(shí)，高閉合壓力低滲透性礦床經(jīng)壓 裂處理后，使含油氣巖層裂開，油氣從裂縫形成的通道中匯集而出，此時(shí)需要流體注入巖石 基層，以超過地層破裂強(qiáng)度的壓力，使井筒周圍巖層產(chǎn)生裂縫，形成一個(gè)具有高導(dǎo)流能力的 通道。為保持壓裂后形成的裂縫開啟，油氣產(chǎn)物能順暢通過，通過水力壓裂將支撐劑和壓裂 液的混合物以高壓和高速泵入井底，進(jìn)入地層充填在巖層裂隙中，利用支撐劑的抗壓能力 形成良好的導(dǎo)流通道，起到支撐裂隙不因應(yīng)力釋放而閉合的作用，從而保持高導(dǎo)流能力，使 油氣暢通，增加產(chǎn)量。
[0003] 通常使用的支撐劑包括石英砂、人造燒結(jié)陶粒和覆膜支撐劑。石英砂主要應(yīng)用于 淺層低閉合壓力井的壓裂作業(yè)；陶粒支撐劑以鋁礬土為原料，通過粉末制粒、燒結(jié)而成，具 有耐高溫、耐高壓、耐腐蝕、高強(qiáng)度、高導(dǎo)流能力、低密度、低破碎率等特點(diǎn)，主要應(yīng)用于中深 井壓裂工藝。陶粒雖然解決了石英砂強(qiáng)度低的問題，但是由于其密度大、成本高、施工風(fēng)險(xiǎn) 高等因素，難以滿足日益增長(zhǎng)的壓裂工藝技術(shù)的要求。覆膜支撐劑是在基體上覆膜熱固性 樹脂，具有表面光滑、酸溶解度降低、圓球度得到改善、密度下降、破碎率大幅降低等優(yōu)點(diǎn)； 覆膜支撐劑綜合了石英砂和陶瓷的優(yōu)勢(shì)，施工方便，導(dǎo)流能力強(qiáng)，不僅用于壓裂支撐，而且 可防止地層出砂和支撐劑返吐。
[0004] 但是，上述這些支撐劑材料的視密度比較大，水力壓裂時(shí)要依賴于大量昂貴的有 機(jī)材料（例如胍膠）來提高壓裂液的粘度，同時(shí)在壓裂液中容易引起沉降，不容易攜帶，在 巖層的裂縫中的目標(biāo)區(qū)域容易引起堆積，不利用油氣的導(dǎo)流；且大量的壓裂液攜帶的有機(jī) 材料對(duì)地層的傷害很大，導(dǎo)致地層的滲透率降低，造成地下水的污染，增加壓裂成本。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的是提供一種用于清水壓裂的自懸浮支撐劑，具有低的視密度、便于 清水泵送，且在裂縫處能保持高的導(dǎo)流能力。
[0006] 本發(fā)明的第二個(gè)目的是提供一種用于清水壓裂的自懸浮支撐劑的制備方法。
[0007] 為了實(shí)現(xiàn)以上目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：
[0008] 一種用于清水壓裂的自懸浮支撐劑，包括內(nèi)核骨料顆粒和包覆在內(nèi)核骨料顆粒 表面的復(fù)合樹脂包覆層；所述復(fù)合樹脂包覆層由以下重量份數(shù)的組分組成：水溶性樹脂 1. 5~4. 5份、水可溶脹聚合物0. 8~2份、交聯(lián)劑0. 1~0. 2份、分散劑0. 05~0. 1份； 其中水溶性樹脂與所述內(nèi)核骨料顆粒的質(zhì)量比為1. 5~4. 5:100。
[0009] 所述自懸浮支撐劑中，本領(lǐng)域常用的無機(jī)支撐劑都可用作內(nèi)核骨料顆粒；優(yōu)選的， 所述內(nèi)核骨料顆粒為石英砂或陶粒。所述陶粒為燒結(jié)低密度陶粒，即密度低于I. 65g/cm3。
[0010] 所述自懸浮支撐劑的粒徑為212~850 μL?。
[0011] 所述水溶性樹脂為水溶性環(huán)氧樹脂、水溶性聚氨酯樹脂、水溶性酚醛樹脂、水溶性 丙烯酸樹脂以及它們的水溶性改性聚合物中的任意一種。
[0012] 所述水可溶脹聚合物為聚丙烯酰胺、羥丙基纖維素或羥乙基纖維素。
[0013] 所述交聯(lián)劑為硝酸甘油、甘油三乙酸酯、聚環(huán)氧乙烷或聚環(huán)氧丙烷。
[0014] 所述分散劑為硅酸鈣、硬脂酸鈣或二氧化硅。所述二氧化硅為膠體二氧化硅或氣 相二氧化硅。
[0015] -種上述的用于清水壓裂的自懸浮支撐劑的制備方法，包括將內(nèi)核骨料顆粒加熱 至50~150°C后，攪拌條件下依次加入水溶性樹脂、水可溶脹聚合物、交聯(lián)劑和分散劑，冷 卻，即得。
[0016] 所述內(nèi)核骨料顆粒在使用前進(jìn)行干燥，至水分含量低于0. 1%。
[0017] 水可溶脹聚合物加入后，持續(xù)攪拌50~80s后再加入交聯(lián)劑。
[0018] 交聯(lián)劑加入后，持續(xù)攪拌30~50s后再加入分散劑。分散劑加入后，繼續(xù)攪拌 30~50s即可進(jìn)行出料、冷卻。
[0019] 所述攪拌的轉(zhuǎn)速為70~100r/min。
[0020] 本發(fā)明的用于清水壓裂的自懸浮支撐劑，包括內(nèi)核骨料顆粒和包覆在內(nèi)核骨料顆 粒表面的復(fù)合樹脂包覆層，復(fù)合樹脂包覆層由水溶性樹脂、水可溶脹聚合物、交聯(lián)劑和分散 劑組成；該自懸浮支撐劑具有低的視密度，在水中可以呈懸浮狀態(tài)，便于清水泵送，可以使 用清水將該種支撐劑泵至巖層裂縫區(qū)域，降低對(duì)壓裂設(shè)備的損害，使壓裂施工更容易，且延 長(zhǎng)了壓裂設(shè)備的壽命，簡(jiǎn)化了水力壓裂操作，降低了壓裂成本；可以利用自身的特性來增加 壓裂液的粘度，提高其在水中的懸浮能力，在裂縫處保持高的導(dǎo)流能力且在裂縫中具有高 的抗壓能力，保持裂縫不閉合、有良好的導(dǎo)流通道，提高了油氣井的生產(chǎn)效率；具有良好的 耐地層化學(xué)腐蝕性能，不因地層化學(xué)作用而改變性能，減少了對(duì)環(huán)境的損害，提高了水力壓 裂性能，是一種高性能壓裂材料，具有良好的應(yīng)用前景。
[0021] 本發(fā)明的自懸浮支撐劑，適用于清水壓裂；其具有很低的視密度，在清水中通過表 面復(fù)合樹脂包覆層的溶脹作用可呈穩(wěn)定的懸浮狀態(tài)，且沉降時(shí)間長(zhǎng)，可使用清水進(jìn)行壓裂， 降低對(duì)壓裂設(shè)備的磨損，在巖層目標(biāo)區(qū)域不易產(chǎn)生堆積；不需使用大量的有機(jī)材料來提高 壓裂液的粘度，對(duì)地層環(huán)境傷害小，抗壓強(qiáng)度高，在更深的油氣井高閉合壓力下能保持良好 的導(dǎo)流能力，從而大幅度的降低壓裂成本，提高油氣的生產(chǎn)效率。
[0022] 本發(fā)明的用于清水壓裂的自懸浮支撐劑的制備方法，是將內(nèi)核骨料顆粒加熱后， 在攪拌條件下依次加入水溶性樹脂、水可溶脹聚合物、交聯(lián)劑和分散劑制成的；該制備方法 工藝簡(jiǎn)單，操作方便，原材料取材方便，工藝參數(shù)可控，適合大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。
【附圖說明】
[0023] 圖1為實(shí)施例1所得自懸浮支撐劑的顯微形貌示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0024] 下面結(jié)合【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。
[0025] 實(shí)施例1
[0026] 本實(shí)施例的用于清水壓裂的自懸浮支撐劑，包括石英砂和包覆在石英砂表面的復(fù) 合樹脂包覆層；所述復(fù)合樹脂包覆層由以下重量份數(shù)的組分組成：水溶性環(huán)氧樹脂1. 5份、 聚丙烯酰胺1份、硝酸甘油〇. 1份、硅酸鈣〇. 05份；其中水溶性環(huán)氧樹脂與所述石英砂的質(zhì) 量比為1. 5:100。
[0027] 本實(shí)施例的用于清水壓裂的自懸浮支撐劑的制備方法，包括下列步驟：
[0028] 1)稱取Ikg的石英砂，烘干使其水分含量低于0. 1% ;
[0029] 2)將烘干后的石英砂投入混砂機(jī)中，加熱至70 °C后，在轉(zhuǎn)速為70r/min的攪拌條 件下依次加入15g水溶性環(huán)氧樹脂、IOg聚丙烯酰胺；持續(xù)攪拌60s后，加入硝酸甘油Ig ;持 續(xù)攪拌30s，有團(tuán)結(jié)成塊現(xiàn)象時(shí)加入0. 5g硅酸鈣，繼續(xù)攪拌40s，出料、冷卻、篩分，即得所述 自懸浮支撐劑。
[0030] 本實(shí)施例所得自懸浮支撐劑的顯微形貌如圖1所示，復(fù)合樹脂包覆層2包覆在內(nèi) 核骨料顆粒1的表面；支撐劑使用前如圖I (a)所示，復(fù)合樹脂包覆層2為薄薄的一層；當(dāng) 支撐劑用于清水壓裂時(shí)，復(fù)合樹脂包覆層2發(fā)生溶脹作用（如圖I (b)所示），可在清水中 呈穩(wěn)定的懸浮狀態(tài)且沉降時(shí)間長(zhǎng)，在裂縫處保持高的導(dǎo)流能力且在裂縫中具有高的抗壓能 力，保持裂縫不閉合、有良好的導(dǎo)流通道，提高了油氣井的生產(chǎn)效率。
[0031] 實(shí)施例2
[0032] 本實(shí)施例的用于清水壓裂的自懸浮支撐劑，包括燒結(jié)低密度陶粒和包覆在燒結(jié)低 密度陶粒表面的復(fù)合樹脂包覆層；所述復(fù)合樹脂包覆層由以下重量份數(shù)的組分組成：水溶 性酚醛樹脂2. 0份、聚丙烯酰胺1份、甘油三乙酸酯0. 15份、硅酸鈣0. 1份；其中水溶性酚 醛樹脂與所述燒結(jié)低密度陶粒的質(zhì)量比為2. 0:100。
[0033] 本實(shí)施例的用于清水壓裂的自懸浮支撐劑的制備方法，包括下列步驟：
[0034] 1)稱取Ikg的燒結(jié)低密度陶粒，烘干使其水分含量低于0. 1 % ;
[0035] 2)將烘干后的燒結(jié)低密度陶粒投入混砂機(jī)中，加熱至90°C后，在轉(zhuǎn)速為80r/min 的攪拌條件下依次加入20g水溶性酚醛樹脂、IOg聚丙烯酰胺；持續(xù)攪拌50s后，加入甘油 三乙酸酯I. 5g ;持續(xù)攪拌30s，有團(tuán)結(jié)成塊現(xiàn)象時(shí)加入1.0 g硅酸鈣，繼續(xù)攪拌50s，出料、冷 卻、篩分，即得所述自懸浮支撐劑。
[0036] 本實(shí)施例所得自懸浮支撐劑的顯微形貌同實(shí)施例1。
[0037] 實(shí)施例3
[0038] 本實(shí)施例的用于清水壓裂的自懸浮支撐劑，包括石英砂和包覆在石英砂表面的復(fù) 合樹脂包覆層；所述復(fù)合樹脂包覆層由以下重量份數(shù)的組分組成：水溶性聚氨酯樹脂2. 5 份、羥丙基纖維素0.