CN108795404A - 一种用于清水压裂的自悬浮支撑剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种用于清水压裂的自悬浮支撑剂及其制备方法，该用于清水压裂的自悬浮支撑剂包括内核基料颗粒和自内核基料颗粒向外依次包覆的吸附渗透层、隔离层、防粘连层；吸附渗透层物质有部分渗透到内核基料内部，部分吸附在内核基料表面。本发明的自悬浮支撑剂表面以及基核内部渗透的物质，具有在清水中迅速溶出溶解的性能，溶出溶解过程中，各组分协同作用，完成传统压裂工作液的溶胀‑交联‑混砂各程序，实现混砂车直接使用清水将其泵至岩层裂缝区域，压裂施工更容易，简化了水力压裂操作，降低了压裂成本；在裂缝处保持高的导流能力和抗压能力，提高了油气井的生产效率，具有良好的应用前景。
Description
技术领域
本发明属于油气开采用支撑剂技术领域，具体涉及一种用于清水压裂的自悬浮支撑剂及其制备方法。
背景技术
石油天然气的开采通常需要采用水力压裂技术，而支撑剂是压裂施工的关键材料。支撑剂又叫石油压裂支撑剂，在石油天然气深井开采时，高闭合压力低渗透性矿床经压裂处理后，使含油气岩层裂开，油气从裂缝形成的通道中汇集而出，此时需要流体注入岩石基层，以超过地层破裂强度的压力，使井筒周围岩层产生裂缝，形成一个具有高导流能力的通道。为保持压裂后形成的裂缝保持，保证油气产物能顺畅通过，通过水力压裂将支撑剂和压裂液的混合物以高压和高速泵入井底，进入地层充填在岩层裂隙中，利用支撑剂的抗压能力形成良好的导流通道，起到支撑裂隙不因应力释放而闭合的作用，从而保持高导流能力，使油气畅通，增加产量。
传统压裂中，支撑剂在压裂液中容易引起沉降，不容易携带，在岩层的裂缝中的目标区域容易引起堆积，通常采用提高压裂液的粘度的方法提高压裂液体系的携砂性能，压裂液粘度过高，压裂体系无法进入到低渗透层，影响施工效果。
发明内容
本发明为解决上述技术问题而提供一种用于清水压裂的自悬浮支撑剂及其制备方法，该用于清水压裂的自悬浮支撑剂具有配液-交联-混砂一次性完成的特点，便于清水泵送，且在裂缝处能保持高的导流能力。
第一方面，本发明提供一种用于清水压裂的自悬浮支撑剂，包括内核基料颗粒和自内核基料颗粒向外依次包覆的吸附渗透层、隔离层、防粘连层；吸附渗透层物质有部分渗透到内核基料内部，部分吸附在内核基料表面。
防粘连层物质的溶解受到吸附渗透层物质的干扰；本发明通过隔离层将吸附渗透层与防粘连层分隔开，当防粘连层物质溶解完毕后，吸附层物质再溶出，与防粘连层物质的溶液反应，就能完全达到现场应用的技术要求，且效果更好。此外，吸附渗透层物质与防粘连层物质反应需要一个从少量接触到全部接触反应的渐进过程，否则反应速率过快会造成产品强度较低；本发明中，吸附层渗透物质在内核基料颗粒内部及表面同时存在，当其溶解时就会有一个渐进的过程，恰好满足其与防粘连层物质接触反应所需的由少量接触到全部接触反应条件的需要。
优选的，内核基料颗粒为陶粒。更优选的，陶粒为符合水力压裂技术要求的通用陶粒或多孔陶粒。
优选的，渗透吸附层包含一种或几种水溶性粘弹性表面活性剂。
优选的，水溶性粘弹性表面活性剂为十六烷基三甲基水杨酸胺、十六烷基卤化吡啶、二十烷基甲基二羟乙基氯化铵、十二烷基三丁基溴化铵、二羟乙基十二烷基胺、十四烷基二甲基氯化胺、十八酰胺丙基甜菜碱、芥酸酰胺羟丙基甜菜碱、油酸酰胺丙基甜菜碱、椰油酰胺丙基甜菜碱、双十八烷基二甲基氯化铵、双十八烷基四醇乙基二溴乙二铵中的一种或几种复合而成。
优选的，隔离层包含一种或几种水溶性成膜树脂。
优选的，水溶性成膜树脂为水溶性改性油树脂、水溶性改性聚丁二烯树脂、水溶性环氧树脂、水溶性醇酚树脂、水溶性氨基树脂、水溶性聚酯树脂、水溶性酚醛树脂、水溶性丙烯酸树脂、水溶性聚氨酯树脂、水溶性有机硅树脂、水溶性有机氟树脂的一种或几种复合而成。
优选的，防粘连层包含一种或几种有机或无机盐。
优选的，有机盐或无机盐为氯化钙、氯化镁、氯化钾、氯化钠、氯化铝、水杨酸钠、水杨酸钾、柠檬酸钠、柠檬酸钾、柠檬酸锂、甲酸钠、甲酸钾、甲酸锂、甲酸钙、硫酸钠、硫酸钾、硫酸锂、溴化钙、溴化钾、溴化钠、溴化锂、碘化钾、碘化钠、碘化锂、醋酸钠、醋酸钾、醋酸锂、水杨酸钠、水杨酸钾、水杨酸锂中的一种或几种复合而成。
优选的，内核基料颗粒质量为总质量的92.5％～99％；吸附渗透层质量为总质量的0.3％～3％；隔离层质量为总质量的0.15％～3％；防粘连层质量为总质量的0.5％～2％。
第二方面，本发明还提供一种上述用于清水压裂的自悬浮支撑剂的制备方法，包括以下步骤：
(1)将内核基料颗粒投入搅拌釜中，开启搅拌，升温到35℃；
(2)将渗透吸附层原料溶液加入搅拌釜的内核基料中，继续搅拌，维持釜内温度，封闭釜口，抽真空，回收溶剂；
(3)待溶剂全部排出，打开反应釜口，继续搅拌，维持釜内温度，加入隔离层原料溶液，封闭釜口，抽真空，回收溶剂；
(4)待溶剂全部排出，打开反应釜口，继续搅拌，维持釜内温度，加入防粘连层原料粉末，封闭釜口，继续搅拌10分钟，打开反应釜，自然降温，继续搅拌10分钟，停止搅拌，放出物料，即得成品。
本发明具有的优点和积极效果是：本发明提供的用于清水压裂的自悬浮支撑剂表面以及基核内部渗透的物质，具有在清水中迅速溶出溶解的性能，溶出溶解过程中，各组分协同作用，完成传统压裂工作液的溶胀-交联-混砂各程序，具有配液-交联-混砂一次性完成的特点，在水中可以呈悬浮状态，便于清水泵送，可以使用清水将该种支撑剂泵至岩层裂缝区域，降低对压裂设备的损害，使压裂施工更容易，且延长了压裂设备的寿命，简化了水力压裂操作，降低了压裂成本；可以利用自身的特性来增加压裂液的粘度，提高其在水中的悬浮能力，在裂缝处保持高的导流能力且在裂缝中具有高的抗压能力，保持裂缝不闭合、有良好的导流通道，提高了油气井的生产效率；具有良好的耐地层化学腐蚀性能，不因地层化学作用而改变性能，减少了对环境的损害，提高了水力压裂性能，是一种高性能压裂材料，具有良好的应用前景。
本发明提供的用于清水压裂的自悬浮支撑剂，适用于清水压裂；可呈稳定的悬浮状态，且沉降时间长，可使用清水进行压裂，降低对压裂设备的磨损，在岩层目标区域不易产生堆积；不需使用大量的有机材料来提高压裂液的粘度，对地层环境伤害小，抗压强度高，在更深的油气井高闭合压力下能保持良好的导流能力，从而大幅度的降低压裂成本，提高油气的生产效率。
本发明提供的用于清水压裂的自悬浮支撑剂的制备方法，是将内核基料颗粒按照固定比例投入搅拌釜中，开启搅拌，升温到35℃，将相应比例的渗透吸附层原料溶液，隔离层原料溶液，防粘连层原料粉末，依次分别加入反应釜，维温，搅拌，停止搅拌，反应结束，即得到一种用于清水压裂的自悬浮支撑剂。该制备方法工艺简单，操作方便，原材料取材方便，工艺参数可控，适合大规模工业化生产。
除了上面所描述的本发明解决的技术问题、构成技术方案的技术特征以及由这些技术方案的技术特征所带来的优点之外，本发明所能解决的其他技术问题、技术方案中包含的其他技术特征以及这些技术特征所带来的优点，将在下文中作进一步详细的说明。
附图说明
图1是本发明实施例1提供的自悬浮支撑剂20％砂比的流变曲线；
图2是本发明实施例2提供的自悬浮支撑剂15％砂比的流变曲线；
图3是本发明实施例3提供的自悬浮支撑剂30％砂比的流变曲线；
图4是本发明实施例4提供的自悬浮支撑剂25％砂比的流变曲线；
图5是本发明实施例5提供的自悬浮支撑剂35％砂比的流变曲线；
图6是本发明实施例6提供的自悬浮支撑剂15％砂比的流变曲线；
图7是本发明实施例7提供的自悬浮支撑剂10％砂比的流变曲线；
图8是本发明实施例8提供的自悬浮支撑剂50％砂比的流变曲线；
图9是本发明提供的自悬浮支撑剂结构示意图。
具体实施方式
为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例作详细说明如下：
实施例1
将1600kg20/40、MW型号陶粒支撑剂投入搅拌釜中，开启搅拌，升温到35℃，将5kg油酸酰胺丙基甜菜碱溶液加入搅拌釜的陶粒支撑剂中，继续搅拌，维持釜内温度，封闭釜口，抽真空，回收溶剂，待溶剂全部排出，打开反应釜口，继续搅拌，维持釜内温度，加入2.5kg水溶性酚醛树脂溶液，封闭釜口，抽真空，回收溶剂，待溶剂全部排出，打开反应釜口，继续搅拌，维持釜内温度，加入8kg硫酸钠粉末，封闭釜口，继续搅拌10分钟，打开反应釜，自然降温，继续搅拌10分钟，停止搅拌，放出物料，即得到一种用于清水压裂的自悬浮支撑剂。
本实施例提供的自悬浮支撑剂在20％砂比(体积比)下，采用控制应力型流变仪HAAKE―RS600在对应温度和170倒秒的剪切速率条件下，进行检测所得的流变曲线如图1所示。从图1中可以看出，本实施例所得产品完全满足石油行业水力压裂作业所需的质量标准。
实施例2
将1600kg20/40、LW型号陶粒支撑剂投入搅拌釜中，开启搅拌，升温到35℃，将25kg双十八烷基二甲基氯化铵溶液和25kg双十八烷基四醇乙基二溴乙二铵加入搅拌釜的陶粒支撑剂中，继续搅拌，维持釜内温度，封闭釜口，抽真空，回收溶剂，待溶剂全部排出，打开反应釜口，继续搅拌，维持釜内温度，加入50kg水溶性环氧树脂溶液，封闭釜口，抽真空，回收溶剂，待溶剂全部排出，打开反应釜口，继续搅拌，维持釜内温度，加入30kg氯化钾钠粉末，封闭釜口，继续搅拌10分钟，打开反应釜，自然降温，继续搅拌10分钟，停止搅拌，放出物料，即得到一种用于清水压裂的自悬浮支撑剂。
本实施例提供的自悬浮支撑剂在15％砂比(体积比)下，采用控制应力型流变仪HAAKE―RS600在对应温度和170倒秒的剪切速率条件下，进行检测所得的流变曲线如图2所示。从图2中可以看出，本实施例所得产品完全满足石油行业水力压裂作业所需的质量标准。
实施例3
将1600kg40/70、LW型号陶粒支撑剂投入搅拌釜中，开启搅拌，升温到35℃，将10kg椰油酰胺丙基甜菜碱溶液加入搅拌釜的陶粒支撑剂中，继续搅拌，维持釜内温度，封闭釜口，抽真空，回收溶剂，待溶剂全部排出，打开反应釜口，继续搅拌，维持釜内温度，加入3kg水溶性有机硅树脂溶液，封闭釜口，抽真空，回收溶剂，待溶剂全部排出，打开反应釜口，继续搅拌，维持釜内温度，加入12kg氯化钙钠粉末，封闭釜口，继续搅拌10分钟，打开反应釜，自然降温，继续搅拌10分钟，停止搅拌，放出物料，即得到一种用于清水压裂的自悬浮支撑剂。
本实施例提供的自悬浮支撑剂在30％砂比(体积比)下，采用控制应力型流变仪HAAKE―RS600在对应温度和170倒秒的剪切速率条件下，进行检测所得的流变曲线如图3所示。从图3中可以看出，本实施例所得产品完全满足石油行业水力压裂作业所需的质量标准。
实施例4
将1600kg40/70、MW型号陶粒支撑剂投入搅拌釜中，开启搅拌，升温到35℃，将5kg二羟乙基十二烷基胺溶液和15kg二十烷基甲基二羟乙基氯化铵溶液加入搅拌釜的陶粒支撑剂中，继续搅拌，维持釜内温度，封闭釜口，抽真空，回收溶剂，待溶剂全部排出，打开反应釜口，继续搅拌，维持釜内温度，加入5kg水溶性聚氨酯树脂溶液，封闭釜口，抽真空，回收溶剂，待溶剂全部排出，打开反应釜口，继续搅拌，维持釜内温度，加入20kg水杨酸钠粉末，封闭釜口，继续搅拌10分钟，打开反应釜，自然降温，继续搅拌10分钟，停止搅拌，放出物料，即得到一种用于清水压裂的自悬浮支撑剂。
本实施例提供的自悬浮支撑剂在25％砂比(体积比)下，采用控制应力型流变仪HAAKE―RS600在对应温度和170倒秒的剪切速率条件下，进行检测所得的流变曲线如图4所示。从图4中可以看出，本实施例所得产品完全满足石油行业水力压裂作业所需的质量标准。
实施例5
将1600kg30/50、MW型号陶粒支撑剂投入搅拌釜中，开启搅拌，升温到35℃，将30kg十六烷基三甲基水杨酸胺溶液加入搅拌釜的陶粒支撑剂中，继续搅拌，维持釜内温度，封闭釜口，抽真空，回收溶剂，待溶剂全部排出，打开反应釜口，继续搅拌，维持釜内温度，加入2.0kg水溶性丙烯酸树脂溶液和1.5kg水溶性有机硅树脂溶液，封闭釜口，抽真空，回收溶剂，待溶剂全部排出，打开反应釜口，继续搅拌，维持釜内温度，加入25kg氯化钾粉末，封闭釜口，继续搅拌10分钟，打开反应釜，自然降温，继续搅拌10分钟，停止搅拌，放出物料，即得到一种用于清水压裂的自悬浮支撑剂。
本实施例提供的自悬浮支撑剂在35％砂比(体积比)下，采用控制应力型流变仪HAAKE―RS600在对应温度和170倒秒的剪切速率条件下，进行检测所得的流变曲线如图5所示。从图5中可以看出，本实施例所得产品完全满足石油行业水力压裂作业所需的质量标准。
实施例6
将1600kg30/50、LW型号陶粒支撑剂投入搅拌釜中，开启搅拌，升温到35℃，将40kg十八酰胺丙基甜菜碱溶液加入搅拌釜的陶粒支撑剂中，继续搅拌，维持釜内温度，封闭釜口，抽真空，回收溶剂，待溶剂全部排出，打开反应釜口，继续搅拌，维持釜内温度，加入2kg水溶性有机氟树脂溶液，2kg水溶性醇酚树脂溶液，封闭釜口，抽真空，回收溶剂，待溶剂全部排出，打开反应釜口，继续搅拌，维持釜内温度，加入5kg醋酸钠粉末，9kg甲酸钾粉末，封闭釜口，继续搅拌10分钟，打开反应釜，自然降温，继续搅拌10分钟，停止搅拌，放出物料，即得到一种用于清水压裂的自悬浮支撑剂。
本实施例提供的自悬浮支撑剂在15％砂比(体积比)下，采用控制应力型流变仪HAAKE―RS600在对应温度和170倒秒的剪切速率条件下，进行检测所得的流变曲线如图6所示。从图6中可以看出，本实施例所得产品完全满足石油行业水力压裂作业所需的质量标准。
实施例7
将1600kg70/140、MW型号陶粒支撑剂投入搅拌釜中，开启搅拌，升温到35℃，将20kg十二烷基三丁基溴化铵溶液，15kg十四烷基二甲基氯化胺溶液加入搅拌釜的陶粒支撑剂中，继续搅拌，维持釜内温度，封闭釜口，抽真空，回收溶剂，待溶剂全部排出，打开反应釜口，继续搅拌，维持釜内温度，加入2.5kg水溶性氨基树脂溶液，2.5kg水溶性改性聚丁二烯树脂溶液，封闭釜口，抽真空，回收溶剂，待溶剂全部排出，打开反应釜口，继续搅拌，维持釜内温度，加入8kg碘化钾粉末，7kg氯化镁粉末，封闭釜口，继续搅拌10分钟，打开反应釜，自然降温，继续搅拌10分钟，停止搅拌，放出物料，即得到一种用于清水压裂的自悬浮支撑剂。
本实施例提供的自悬浮支撑剂在10％砂比(体积比)下，采用控制应力型流变仪HAAKE―RS600在对应温度和170倒秒的剪切速率条件下，进行检测所得的流变曲线如图7所示。从图7中可以看出，本实施例所得产品完全满足石油行业水力压裂作业所需的质量标准。
实施例8
将1600kg70/140、LW型号陶粒支撑剂投入搅拌釜中，开启搅拌，升温到35℃，将17.5kg芥酸酰胺羟丙基甜菜碱溶液，13kg十六烷基卤化吡啶溶液加入搅拌釜的陶粒支撑剂中，继续搅拌，维持釜内温度，封闭釜口，抽真空，回收溶剂，待溶剂全部排出，打开反应釜口，继续搅拌，维持釜内温度，加入1.5kg水溶性改性油树脂溶液，3.5kg水溶性聚酯树脂溶液，封闭釜口，抽真空，回收溶剂，待溶剂全部排出，打开反应釜口，继续搅拌，维持釜内温度，加入10kg溴化钙粉末，8kg柠檬酸锂粉末，封闭釜口，继续搅拌10分钟，打开反应釜，自然降温，继续搅拌10分钟，停止搅拌，放出物料，即得到一种用于清水压裂的自悬浮支撑剂。
本实施例提供的自悬浮支撑剂在50％砂比(体积比)下，采用控制应力型流变仪HAAKE―RS600在对应温度和170倒秒的剪切速率条件下，进行检测所得的流变曲线如图8所示。从图8中可以看出，本实施例所得产品完全满足石油行业水力压裂作业所需的质量标准。
如图9所示，本发明实施例1-8所得产品均为4层结构，从内至外依次为内核基料颗粒1和渗透到内核基料颗粒1内部以及吸附在内核基料颗粒1表面的吸附渗透层2，隔离层3，以及防粘连层4。本发明通过隔离层将吸附渗透层与防粘连层分隔开，当防粘连层物质溶解完毕后，吸附层物质再溶出，与防粘连层物质的溶液反应，效果更好。吸附层渗透物质在内核基料颗粒内部及表面同时存在，当其溶解时就会有一个渐进的过程，恰好满足其与防粘连层物质接触反应所需的由少量接触到全部接触反应条件的需要。
以上对本发明的实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。
Claims (10)
1.一种用于清水压裂的自悬浮支撑剂，其特征在于，包括内核基料颗粒和自内核基料颗粒向外依次包覆的吸附渗透层、隔离层、防粘连层；所述吸附渗透层物质有部分渗透到所述内核基料内部，部分吸附在所述内核基料表面。
2.根据权利要求1所述的用于清水压裂的自悬浮支撑剂，其特征在于，所述内核基料颗粒为陶粒。
3.根据权利要求1所述的用于清水压裂的自悬浮支撑剂，其特征在于，所述渗透吸附层包含一种或几种水溶性粘弹性表面活性剂。
4.根据权利要求3所述的用于清水压裂的自悬浮支撑剂，其特征在于，所述水溶性粘弹性表面活性剂为十六烷基三甲基水杨酸胺、十六烷基卤化吡啶、二十烷基甲基二羟乙基氯化铵、十二烷基三丁基溴化铵、二羟乙基十二烷基胺、十四烷基二甲基氯化胺、十八酰胺丙基甜菜碱、芥酸酰胺羟丙基甜菜碱、油酸酰胺丙基甜菜碱、椰油酰胺丙基甜菜碱、双十八烷基二甲基氯化铵、双十八烷基四醇乙基二溴乙二铵中的一种或几种复合而成。
5.根据权利要求1所述的用于清水压裂的自悬浮支撑剂，其特征在于，所述隔离层包含一种或几种水溶性成膜树脂。
6.根据权利要求5所述的用于清水压裂的自悬浮支撑剂，其特征在于，所述水溶性成膜树脂为水溶性改性油树脂、水溶性改性聚丁二烯树脂、水溶性环氧树脂、水溶性醇酚树脂、水溶性氨基树脂、水溶性聚酯树脂、水溶性酚醛树脂、水溶性丙烯酸树脂、水溶性聚氨酯树脂、水溶性有机硅树脂、水溶性有机氟树脂的一种或几种复合而成。
7.根据权利要求1所述的用于清水压裂的自悬浮支撑剂，其特征在于，所述防粘连层包含一种或几种有机或无机盐。
8.根据权利要求7所述的用于清水压裂的自悬浮支撑剂，其特征在于，所述有机盐或无机盐为氯化钙、氯化镁、氯化钾、氯化钠、氯化铝、水杨酸钠、水杨酸钾、柠檬酸钠、柠檬酸钾、柠檬酸锂、甲酸钠、甲酸钾、甲酸锂、甲酸钙、硫酸钠、硫酸钾、硫酸锂、溴化钙、溴化钾、溴化钠、溴化锂、碘化钾、碘化钠、碘化锂、醋酸钠、醋酸钾、醋酸锂、水杨酸钠、水杨酸钾、水杨酸锂中的一种或几种复合而成。
9.根据权利要求1所述的用于清水压裂的自悬浮支撑剂，其特征在于，所述内核基料颗粒质量为总质量的92.5％～99％；所述吸附渗透层质量为总质量的0.3％～3％；所述隔离层质量为总质量的0.15％～3％；所述防粘连层质量为总质量的0.5％～2％。
10.一种如权利要求1-9任一项所述的用于清水压裂的自悬浮支撑剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将内核基料颗粒投入搅拌釜中，开启搅拌，升温到35℃；
(2)将渗透吸附层原料溶液加入搅拌釜的内核基料中，继续搅拌，维持釜内温度，封闭釜口，抽真空，回收溶剂；
(3)待溶剂全部排出，打开反应釜口，继续搅拌，维持釜内温度，加入隔离层原料溶液，封闭釜口，抽真空，回收溶剂；
(4)待溶剂全部排出，打开反应釜口，继续搅拌，维持釜内温度，加入防粘连层原料粉末，封闭釜口，继续搅拌10分钟，打开反应釜，自然降温，继续搅拌10分钟，停止搅拌，放出物料，即得成品。
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