CN105038152A - 密度可调的低比重油气井压裂用压裂球及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种密度可调的低比重油气井压裂用压裂球，其包含：热塑性高分子基体；以及，均匀分散于热塑性高分子基体内的增强纤维和中空玻璃珠。优选的，所述压裂球的密度小于1.4g/cm3，抗压强度不低于27MPa。优选的，可以将热塑性高分子材料与增强纤维及空心玻璃珠充分混匀造粒后，采用注塑成型工艺制成所述压裂球。本发明的压裂球具有密度低、力学性能优良，热稳定性，收缩率和化学稳定性高等优点，可应用于低密度压裂液，浮出及更高投入速度要求的情况，并达到良好的井下保压效果，大大扩展了多层压裂技术的应用范围，同时该压裂球制备工艺简单，易于控制，成本低廉。
Description
技术领域
本发明涉及一种密封压裂球，特别是一种密度可调的低比重油气井压裂用压裂球及其制备方法，其可应用于页岩油气压裂开采等领域。
背景技术
随着油气田开发的不断深入，水平井多层次压裂方法已经得到广泛应用，压裂球因其在此过程中起到保压作用而成为压裂效果的关键。不同的压裂液密度应用或压裂球投入速度要求压裂球制作过程中通过改变材料配比达成一定的比重，而同时必须保证足够的力学性能。目前能满足相关力学性能要求的市售产品的比重一般在1.4到3.4之间，密度偏大不能满足浮出及控制球速的要求，制备工艺较难调控压裂球比重。因此，如何发展出一种具有足够力学性能的低比重压裂球产品已经成为业界亟待解决的技术难题。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种密度可调的低比重油气井压裂用压裂球，以克服现有技术中的不足。
本发明的另一目的在于提供一种制备所述密度可调的低比重油气井压裂用压裂球的方法。
为实现前述发明目的，本发明采用的技术方案包括：
一种密度可调的低比重油气井压裂用压裂球，其包括热塑性高分子基体，所述球形热塑性高分子基体内分布有增强纤维和空心玻璃珠。
较为优选的，所述压裂球的密度小于1.4g/cm3，进一步优选在0.91g/cm3以上，尤其优选略小于1.0g/cm3。
较为优选的，所述压裂球的抗压强度不低于27MPa，尤其优选抗压强度在70MPa以上。
一种制备所述密度可调的低比重油气井压裂用压裂球的方法，其包括：将热塑性高分子材料与增强纤维和空心玻璃珠充分混匀后，采用注塑成型，特别是高压注塑成型的方法制成所述压裂球。
与现有技术相比，本发明的优点包括：提供了一种密度可调的低比重油气井压裂用压裂球，其具有优良力学性能，同时还具有较高热稳定性，低收缩率和化学稳定性，可应用于低密度压裂液，浮出及速度控制要求的情况，并达到良好的井下保压效果，大大扩展了多层压裂技术的应用范围，同时该压裂球制备工艺简单，易于控制，成本低廉。
附图说明
图1是本发明一典型实施例中一种低比重油气井压裂用压裂球的结构示意图；
附图标记说明：热塑性高分子基体1、增强纤维2、中空玻璃珠3。
具体实施方式
下文将对本发明的技术方案作更为详尽的解释说明。但是，应当理解，在本发明范围内，本发明的上述各技术特征和在下文(如实施例)中具体描述的各技术特征之间都可以互相组合，从而构成新的或优选的技术方案。限于篇幅，在此不再一一累述。
本发明的一个方面提供了一种密度可调的低比重油气井压裂用压裂球，其包括热塑性高分子基体；以及，分散于热塑性高分子基体内的增强纤维和中空玻璃珠。
进一步的，所述压裂球呈圆球形。
请参阅图1所示，在一较为典型的实施案例之中，所述压裂球包括球形热塑性塑料1，所述圆球形热塑性塑料基体内分布有增强纤维2和空心玻璃珠3。
在一些较为优选的实施方案之中，所述压裂球包含：热塑性塑料50v/v％～60v/v％、增强纤维3v/v％～20v/v％，中空玻璃珠8v/v％～40v/v％。
较为优选的，增强热塑性塑料的弹性模量大于1GPa，熔点或玻璃化转变温度或工作温度高于120℃。
进一步的，所述热塑性塑料包括聚丙烯，聚酯，聚酰胺，聚乙烯醇，聚醚醚酮，聚醚砜树脂，聚苯乙烯，聚对苯二甲酸丁二醇酯，聚碳酸酯，聚四氟乙烯，聚偏氟乙烯，乙烯-四氟乙烯共聚物和乙烯-三氟氯乙烯共聚物中的任意一种或两种以上的组合，但不限于此。
其中，所述聚酯包括聚对苯二甲酸乙二醇酯和/或聚对苯二甲酸丁二醇酯等，但不限于此。
其中，所述聚酰胺包括尼龙等，但不限于此。
在一些较为优选的实施方案之中，所述增强纤维的直径为0.01～50μm，尤其优选为1～10μm。
在一些较为优选的实施方案之中，所述增强纤维的弹性模量大于5GPa，尤其优选大于10GPa。
在一些较为优选的实施方案之中，所述空心玻璃珠的直径为0.1～200μm，优选为1～100μm。
在一些较为优选的实施方案之中，所述空心玻璃珠的密度为0.2～1.5g/cm3，优选小于1.4g/cm3，进一步优选为0.4～1.0g/cm3，且90％存活率的破裂强度高于120MPa。
进一步的，所述压裂球的抗压强度在27MPa以上，优选大于35MPa，尤其优选大于70MPa。
进一步的，所述压裂球的密度小于1.4g/cm3，进一步优选在0.91g/cm3以上，尤其优选为略小于1.0g/cm3。
进一步的，所述压裂球适用于温度不低于120℃但小于或等于310℃的、除强酸碱外的大多数化学环境。
本发明的另一个方面提供了一种制备所述密度可调的低比重油气井压裂用压裂球的方法，其包括：将热塑性塑料与增强纤维及空心玻璃珠充分混匀后，采用注塑成型工艺制成所述压裂球。
以下结合若干实施例对本发明的技术方案作更为具体的解释说明。
实施例1：
本实施例的压裂球包括圆球形尼龙6/6基体，所述圆球形尼龙6/6基体内均匀分布有碳纤维和空心玻璃珠。
进一步的，所述压裂球包含(以wt％计)：尼龙66.5％，碳纤维28.5％，中空玻璃珠5％。
所述碳纤维的直径约为5～8μm，造粒长度约为3mm，弹性模量约8GPa。
所述空心玻璃珠的外径约为8～24μm，密度约0.6g/cm3。
进一步，用以形成所述压裂球的母料造粒后材料成型收缩率约为0.05％-0.2％。
本实施例的压裂球的比重约1.20，抗压强度约220MPa。
本实施例压裂球可通过注塑工艺制备，注塑工艺参数为：注塑加工温度280℃～310℃，压力120MPa～140MPa，模温70℃～120℃。
当应用本实施例的压裂球进行压裂测试时，可以发现，该压裂球可用于不高于135℃除强酸碱外的大多数化学环境，适用的压裂液密度范围为不高于1.20g/cm3，可达成至少90MPa的井下保压。
实施例2：
本实施例的压裂球包括圆球形PEEK基体，所述圆球形PEEK基体内分布有碳纤维和空心玻璃珠。
进一步的，所述压裂球包含(以wt％计)：PEEK60％，碳纤维24％％，中空玻璃珠16％。
所述碳纤维的直径约为0.05～1μm，弹性模量大于10GPa。
所述空心玻璃珠的外径约为12～48μm，密度约0.6g/cm3。
进一步，用以形成所述压裂球的母料造粒后材料成型收缩率约为0.04％。
本实施例的压裂球的比重约1.18，抗压强度约230MPa。
本实施例压裂球可通过注塑工艺制备，注塑加工温度300℃～310℃
实施例3：
本实施例的压裂球包括圆球形PVDF基体，所述圆球形PVDF基体内分布有碳纤维和空心玻璃珠。
进一步的，所述压裂球包含(以wt％计)：PVDF70％，碳纤维7％，中空玻璃珠23％。
所述碳纤维的直径约为8～10μm，弹性模量大于15GPa。
所述空心玻璃珠的外径约为8～24μm，密度约0.6g/cm3。
进一步，用以形成所述压裂球的母料造粒后材料成型收缩率约为0.2％-0.4％。
本实施例的压裂球的比重约1.22，抗压强度约100MPa。
本实施例压裂球可通过注塑工艺制备，注塑加工温度210℃～280℃
实施例4：
本实施例的压裂球包括圆球形PBT基体，所述圆球形PBT基体内分布有碳纤维和空心玻璃珠。
进一步的，所述压裂球包含(以wt％计)：PBT60％，碳纤维9％，中空玻璃珠31％。
所述碳纤维的直径约为50μm，弹性模量大于15GPa。
所述空心玻璃珠的外径约为8～24μm，密度约0.6g/cm3。
进一步，用以形成所述压裂球的母料造粒后材料成型收缩率约为0.2％-0.3％。
本实施例的压裂球的比重约1.02，材料抗压强度约130MPa。
本实施例压裂球可通过注塑工艺制备，注塑加工温度240℃～270℃
此外，本案发明人还利用前文所列出的其它原料以及其它工艺条件等替代实施例1-4中的相应原料及工艺条件进行了类似试验，所获压裂球的抗压强度均在100MPa以上，密度均在1.0g/cm3左右，适用于温度在120℃以上除强酸碱外的大部分化学环境。
最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (9)
1.一种密度可调的低比重油气井压裂用压裂球，其特征在于包含：热塑性高分子基体；以及，分散于热塑性高分子基体内的增强纤维和中空玻璃珠。
2.根据权利要求1所述的密度可调的低比重油气井压裂用压裂球，其特征在于包含：热塑性塑料50v/v％～60v/v％、增强纤维3v/v％～20v/v％，中空玻璃珠8v/v％～40v/v％。
3.根据权利要求2所述的密度可调的低比重油气井压裂用压裂球，其特征在于：
所述热塑性塑料的弹性模量大于1GPa，熔点或玻璃化转变温度高于120℃；
优选的，所述热塑性塑料包括聚丙烯，聚酯，聚酰胺，聚乙烯醇，聚醚醚酮，聚醚砜树脂，聚苯乙烯，聚对苯二甲酸丁二醇酯，聚碳酸酯，聚四氟乙烯，聚偏氟乙烯，乙烯-四氟乙烯共聚物和乙烯-三氟氯乙烯共聚物中的任意一种或两种以上的组合，所述聚酯包括聚对苯二甲酸乙二醇酯和/或聚对苯二甲酸丁二醇酯，所述聚酰胺包括尼龙。
4.根据权利要求1或2所述的密度可调的低比重油气井压裂用压裂球，其特征在于：
所述增强纤维的直径为0.01～50μm，优选为1～10μm；
和/或，所述增强纤维的弹性模量大于5GPa，优选大于10GPa。
5.根据权利要求1或2所述的密度可调的低比重油气井压裂用压裂球，其特征在于：
所述空心玻璃珠的直径为0.1～200μm，优选为1～100μm；
和/或，所述空心玻璃珠的密度为0.2～1.5g/cm3，优选小于1.4g/cm3，进一步优选为0.4～1.0g/cm3。
6.根据权利要求1所述的密度可调的低比重油气井压裂用压裂球，其特征在于所述压裂球的抗压强度在27MPa以上，优选大于35MPa，进一步优选大于70MPa。
7.根据权利要求1或6所述的密度可调的低比重油气井压裂用压裂球，其特征在于所述压裂球的密度小于1.4g/cm3，进一步优选在0.91g/cm3以上。
8.根据权利要求1或6所述的密度可调的低比重油气井压裂用压裂球，其特征在于所述压裂球能够耐受的温度在120℃以上。
9.权利要求1-8中任一项所述密度可调的低比重油气井压裂用压裂球的制备方法，其特征在于包括：将热塑性高分子材料与增强纤维及空心玻璃珠充分混匀后，采用注塑成型工艺制成所述压裂球。
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