CN101200632A - 低密度支撑剂的制备方法及制备工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种广泛应用于油气井水力压裂技术中的支撑剂，特别是低密度支撑剂的制备方法及制备工艺，其特征在于：1)使用植物纤维材料作为原料，粉碎打磨成植物纤维颗粒；2)改性剂溶液浸渍、固化植物纤维颗粒；3)再用高分子树脂包覆颗粒，然后粉碎后再次过筛成型支撑剂。本工艺方法制备的支撑剂可以克服现有支撑剂中能量消耗大，整个施工费用也较高或或不易发生支撑剂吐出或裂缝排空现象。
Description
技术领域
本发明涉及一种广泛应用于油气井水力压裂技术中的支撑剂，特别是低密度支撑剂的制备方法及制备工艺。
背景技术
利用人工的方法把流体注入岩石基层，以超过地层破裂强度的压力，使井筒周围地岩层产生裂缝形成一个具有高导流能力的通道，提高油气采收率。为保持压裂后形成的裂缝开启，油气产物能顺利通过，就必须注入具有一定强度的圆形颗粒。支撑剂就是用来支撑裂缝不使裂缝重新闭合的一种固体颗粒。
在油气井水力压裂作业中，一个重要的问题就是选择合适的支撑剂支撑裂缝。理想的支撑剂应该具有以下特点：(1)相对密度小，便于泵入地下；(2)强度高，用于深井作业中不会被压碎；(3)化学惰性好，能抵抗地层中油、酸、盐水的侵蚀，在高温下同样稳定；(4)圆度好，以便保持支撑剂颗粒间较好的空隙。
现在使用的支撑剂有三种类型。第一类是烧结的陶器类如氧化铝，氧化硅，矾土同黏土或碳硅化合物一起混合烧结而成(US patent4,977,116)。陶粒根据材质不同又可分为两大类：中等强度支撑剂及高强度支撑剂。中等强度支撑剂通常指烧结陶粒支撑剂，相对密度2.7～3.3，相对密度的变化主要由制造支撑剂的原材料所决定。为了得到圆度较好、相对密度较小、强度较高的支撑剂，西方国家在原材料及制造工艺上做了大量的研究工作。这类支撑剂又称为低密度支撑剂，主要用于闭合应力范围在35～70MPa的井中。高强度支撑剂主要由铝矾土及氧化铝烧制而成，相对密度在3.4以上。陶粒类支撑剂不仅价格昂贵，更重要的是由于相对密度大，水力压裂时对泵和管线的损害也较大，在施工中要求携砂液的粘度必须很高，能量消耗极大，整个施工费用也较高。
第二类支撑剂主要是一些天然物质如圆形的砂粒(US patent5,188,175)。砂子便宜易得，相对密度约为2.5。对中深井的各类地层使用砂子为支撑剂都有一定的成功率。但因砂子强度不够(开始破碎时的压力约为25MPa)，故不能用于深井作业中。在闭合应力较高的情况下，砂粒就会被压碎，产生大量的碎片和细粉砂。这些细粉砂在裂缝中迁移并堵塞裂缝，从而大大降低了裂缝的导流能力。在水力压裂作业中，使用这两种类型的支撑剂还有一个不可克服的缺点，即他们均会嵌入地层或在油气井投入生产时发生支撑剂吐出或裂缝排空现象。
第三类支撑剂是涂覆一层或两层合成树脂的颗粒(US patent 5,420,174 to Deprawshad et al；US patent 5,218,038 to Johnson et al andUS patent 5,639,806 to Johnson et al：EP Patent No.0542397)。这些树脂主要包括环氧树脂，呋喃，酚醛树脂或它们的混合物。树脂的含量一般是被涂覆颗粒重量的1～8％，颗粒物质可以是砂、陶粒、粉碎过的核桃壳或其他颗粒物质，颗粒尺度一般在8～100目。树脂涂敷支撑剂的外壳有一层可固化或部分固化的热固性酚醛树脂。当此种支撑剂进入裂缝后，树脂层首先软化，然后在地层温度或活化剂作用下发生聚合反应而固化。US patent 6,772,838采用硅烷偶联剂或硅氧烷等改性剂处理植物纤维材料，经反应后得到低密度支撑剂。US patent 6,582,819采用植物纤维、石英砂、中空玻璃珠、粘合剂如树脂，水泥等混合均匀造粒成圆形颗粒，再经烧结成密度较低的支撑剂。该类支撑剂目前还没有较好的工艺制备方法，通常的制备工艺复杂，施工费用大。
发明内容
本发明的目的是提供一种低密度支撑剂的制备方法及制备工艺，以便克服现有支撑剂中能量消耗大，整个施工费用也较高或或不易发生支撑剂吐出或裂缝排空现象。
本发明的目的是这样实现的，设计一种低密度支撑剂的制备方法及制备工艺，其特征在于：
1)使用植物纤维材料作为原料，粉碎打磨成植物纤维颗粒；
2)改性剂溶液浸渍、固化植物纤维颗粒；
3)再用高分子树脂包覆颗粒，然后粉碎后再次过筛成型支撑剂。
所述的改性剂溶液浸渍、固化植物纤维颗粒是：按配比取粉碎打磨的植物纤维颗粒置于容器中；将改性剂溶液浸没颗粒，升温到50℃～60℃，在50℃～60℃维持2h；滤去多改性剂溶液，升温至150℃～180℃进行固化。
所述的高分子树脂包覆颗粒，然后粉碎后再次过筛成型是：将高分子树脂加入到容器中，搅拌升温至120℃固化；用20～40目振动筛过筛取出颗粒，筛上颗粒经粉碎后再次过筛成型支撑剂。
所述的被改性的植物颗粒改性过程可以在有压容器或无压容器下以有压或无压的方式进行。
所述的粉碎打磨的植物纤维材料颗粒在20～40mes之间。
所述的植物纤维材料可以是农作物，或者是果核壳：核桃壳。
所述的改性剂溶液是有机溶剂乙醇、丙酮溶剂中的一种或上述溶剂的混合溶剂，或无机溶剂与环氧树脂、或酚醛树脂的混合溶液。
所述的改性剂溶液浓度在30％～80％。
所述的高分子树脂可以是环氧树脂、酚醛树脂或它们的混和物。
所述的支撑剂其体积密度为0.65g/cm3～1.10g/cm3，真密度为1.10g/cm3～1.50g/cm3。
本发明的优点是采用植物纤维材料、杏核壳、核桃壳等经粉碎，打磨成20～40目的颗粒。首先采用改性剂溶液加压或常压充分浸渍，挥发溶剂后升温固化。再将固化完全的颗粒用树脂包覆，固化，进一步提高颗粒的抗形变能力，提高颗粒的导流能力。因此，此低密度支撑剂采用密度小，疏松多孔的纤维材料作为基材，高强度树脂改性，复合材料的强度高，能适用于中低深油井。体积密度仅为0.65g/cm3～1.10g/cm3，真密度为1.10g/cm3～1.50g/cm3，能大大降低携砂液的粘度，减少对地层和泵的伤害，甚至可以实现清洁压裂。依据这种方法提供的改性剂能够有效地渗透到植物纤维颗粒内部，并能提高颗粒的抗形变能力，然后再用高分子树脂包覆，进一步提高颗粒的抗形变能力和抗溶剂能力。用这种低密度支撑剂能使整个施工费降低，不易发生支撑剂吐出或裂缝排空现象。
附图说明
下面结合实施例附图对本发明做进一步说明。
图1是实施例1支撑剂导流能力示意图；
图2是实施例2支撑剂导流能力示意图；
图3是实施例1和实施例2的支撑剂抗变形能力示意图。
具体实施方式
以下通过实施例对本发明做进一步说明。但本发明不仅限于以下实施方式。
具体实施方式如下：
1)使用植物纤维材料作为原料，粉碎打磨成植物纤维颗粒；
2)改性剂溶液浸渍、固化植物纤维颗粒；
3)再用高分子树脂包覆颗粒，然后粉碎后再次过筛成型支撑剂。
上述的改性剂溶液浸渍、固化植物纤维颗粒是：按配比取粉碎打磨的植物纤维颗粒置于容器中；将改性剂溶液浸没颗粒，升温到50℃～60℃，在50℃～60℃维持2h；滤去多改性剂溶液，升温至150℃～180℃进行固化。
上述的高分子树脂包覆颗粒，然后粉碎后再次过筛成型是：将高分子树脂加入到容器中，搅拌升温至120℃固化；用20～40目振动筛过筛取出颗粒，筛上颗粒经粉碎后再次过筛成型支撑剂。
上述的被改性的植物颗粒改性过程可以在有压容器或无压容器下以有压或无压的方式进行。
上述的粉碎打磨的植物纤维材料颗粒在20～40mes之间。
上述的植物纤维材料可以是农作物，或者是果核壳：核桃壳。
上述的改性剂溶液是有机溶剂乙醇、丙酮溶剂中的一种或上述溶剂的混合溶剂，或无机溶剂与环氧树脂、或酚醛树脂的混合溶液。
上述的改性剂溶液浓度在30％～80％。
上述的高分子树脂可以是环氧树脂、酚醛树脂或它们的混和物。
上述的支撑剂其体积密度为0.65g/cm3～1.10g/cm3，真密度为1.10g/cm3～1.50g/cm3。
实施例1
取粉碎打磨成20～40目的核桃壳颗粒50克置于压力容器中；
配制含量为60％的热固性酚醛树脂的乙醇溶液，将溶液浸没颗粒；封闭压力容器，升温到50℃～60℃，加氮气压力至1Mpa，在50℃～60℃维持2h；滤去多余树脂溶液，升温至150℃～180℃进行固化；
将5克环氧树脂和0.5克多乙烯多胺加入到容器中，搅拌升温至120℃固化；
取出颗粒用20～40目振动筛过筛，筛上颗粒经粉碎后再次过筛。使其体积密度为0.65g/cm3～1.10g/cm3，真密度为1.10g/cm3～1.50g/cm3。
导流能力和抗变形能力见图1、图3。
实施例2
取粉碎打磨成20～40目的核桃壳颗粒50克置于容器中；
配制固含量为60％的热固性酚醛树脂的乙醇溶液，将溶液浸没颗粒；封闭容器，升温到50℃～60℃，在50℃～60℃维持2h，滤去多余树脂溶液，升温至150℃～180℃进行固化；
冷至80℃以下，将混合均匀的5克环氧树脂和0.5克多乙烯多胺溶液加入到容器中，搅拌升温至120℃固化；
取出颗粒用20～40目振动筛过筛，筛上颗粒经粉碎后再次过筛。使其体积密度为0.65g/cm3～1.10g/cm3，真密度为1.10g/cm3～1.50g/cm3。
导流能力和抗变形能力见图2、图3。
实施例3
取粉碎打磨成20～40目的核桃壳颗粒50克置于压力容器中；
配制固含量为60％的环氧树脂的丙酮溶液或酚醛树脂的丙酮溶液，将溶液浸没颗粒；封闭压力容器，升温到50℃～60℃，加氮气压力至1Mpa，在50℃～60℃维持2h；滤去多余树脂溶液，升温至150℃～180℃进行固化；
将5克酚醛树脂和0.5克多乙烯多胺加入到容器中，搅拌升温至120℃固化；
取出颗粒用20～40目振动筛过筛，筛上颗粒经粉碎后再次过筛。使其体积密度为0.65g/cm3～1.10g/cm3，真密度为1.10g/cm3～1.50g/cm3。
实施例4
取粉碎打磨成20～40目的核桃壳颗粒50克置于压力容器中；
配制固含量为60％的酚醛树脂的乙醇溶液，将溶液浸没颗粒；封闭压力容器，升温到50℃～60℃，加氮气压力至1Mpa，在50℃～60℃维持2h；滤去多余树脂溶液，升温至150℃～180℃进行固化；
将5克环氧树脂和酚醛树脂的混合物和0.5克多乙烯多胺加入到容器中，搅拌升温至120℃固化；
取出颗粒用20～40目振动筛过筛，筛上颗粒经粉碎后再次过筛。使其体积密度为0.65g/cm3～1.10g/cm3，真密度为1.10g/cm3～1.50g/cm3。
实施例5
取粉碎打磨成20～40目的核桃壳颗粒50克置于压力容器中；
配制固含量为60％的环氧树脂的水溶液或酚醛树脂的水溶液，将溶液浸没颗粒；封闭压力容器，升温到50℃～60℃，加氮气压力至1Mpa，在50℃～60℃维持2h；滤去多余树脂溶液，升温至150℃～180℃进行固化；
将5克环氧树脂和酚醛树脂的混合物和0.5克多乙烯多胺加入到容器中，搅拌升温至120℃固化；
取出颗粒用20～40目振动筛过筛，筛上颗粒经粉碎后再次过筛。使其体积密度为0.65g/cm3～1.10g/cm3，真密度为1.10g/cm3～1.50g/cm3。
Claims (10)
1.低密度支撑剂的制备方法及制备工艺，其特征在于：
1)使用植物纤维材料作为原料，粉碎打磨成植物纤维颗粒；
2)改性剂溶液浸渍、固化植物纤维颗粒；
3)再用高分子树脂包覆颗粒，然后粉碎后再次过筛成型支撑剂。
2.根据权利要求1所述的低密度支撑剂的制备方法及制备工艺，其特征在于：所述的改性剂溶液浸渍、固化植物纤维颗粒是：按配比取粉碎打磨的植物纤维颗粒置于容器中；将改性剂溶液浸没颗粒，升温到50℃～60℃，在50℃～60℃维持2h；滤去多改性剂溶液，升温至150℃～180℃进行固化。
3.根据权利要求1所述的低密度支撑剂的制备方法及制备工艺，其特征在于：所述的高分子树脂包覆颗粒，然后粉碎后再次过筛成型是：将高分子树脂加入到容器中，搅拌升温至120℃固化；用20～40目振动筛过筛取出颗粒，筛上颗粒经粉碎后再次过筛成型支撑剂。
4.根据权利要求1所述的低密度支撑剂的制备方法及制备工艺，其特征在于：所述的被改性的植物颗粒改性过程可以在有压容器或无压容器下以有压或无压的方式进行。
5.根据权利要求1所述的低密度支撑剂的制备方法及制备工艺，其特征在于：所述的粉碎打磨的植物纤维材料颗粒在20～40mes之间。
6.根据权利要求1所述的低密度支撑剂的制备方法及制备工艺，其特征在于：所述的植物纤维材料可以是农作物，或者是果核壳：核桃壳。
7.根据权利要求1所述的低密度支撑剂的制备方法及制备工艺，其特征在于：所述的改性剂溶液是有机溶剂乙醇、丙酮溶剂中的一种或上述溶剂的混合溶剂，或无机溶剂与环氧树脂、或酚醛树脂的混合溶液。
8.根据权利要求1所述的低密度支撑剂的制备方法及制备工艺，其特征在于：所述的改性剂溶液浓度在30％～80％。
9.根据权利要求1所述的低密度支撑剂的制备方法及制备工艺，其特征在于：所述的高分子树脂可以是环氧树脂、酚醛树脂或它们的混和物。
10.根据权利要求1所述的低密度支撑剂的制备方法及制备工艺，其特征在于：所述的支撑剂其体积密度为0.65g/cm3～1.10g/cm3，真密度为1.10g/cm3～1.50g/cm3。
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