CN106277956B - 一种地质聚合物压裂支撑剂的制备工艺 - Google Patents

一种地质聚合物压裂支撑剂的制备工艺 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种地质聚合物压裂支撑剂的制备工艺。该支撑剂通过利用地质聚合物在较低温度下固化成型且密度低的特点进行制备得到，本发明用地质聚合物与硅酸钠水溶液、碱混合制成的地质聚合物浆料，再将地质聚合物浆料滴入温度恒定的聚二甲基硅氧烷中固化成小球，再经蒸压养护即可得到所述支撑剂。本发明的制备工艺免高温烧结，且获得的地质聚合物压裂支撑剂圆球度高和密度低，有利于支撑剂在裂缝中的输送，同时降低生产成本。

Description

一种地质聚合物压裂支撑剂的制备工艺
技术领域
本发明属于压裂支撑剂生产技术领域，具体涉及一种地质聚合物压裂支撑剂的制备工艺。
背景技术
地质聚合物这个概念是在1978年由法国人Davidovits于1978年提出的，它是一种由AlO4和SiO4四面体结构单元组成的具有三维立体网状结构的无机聚合物，无定形到半晶态，属于非金属材料。一般有天然硅铝矿物、固体废弃物、人工合成硅铝化合物制备得到，具有早强快硬、耐酸耐碱、绿色环保的特点，现已广泛应用于建筑材料、无机膜水处理、废弃物处理等领域。高福欣以矿渣、硅灰粉、粉煤灰为主要原料，配制地质聚合物干粉材料，制备得到的地质聚合物试块最高抗压强度达到175MPa。
压裂工艺技术对全世界范围的石油开采起着非常重要的作用，而石油压裂支撑剂是石油压裂工艺技术能否获得成功的关键，高质量的支撑剂可为原油的开采发挥重要的作用。石油压裂支撑剂，在石油开采压裂施工中被用来支撑裂缝，是使地层深处岩石裂隙保持裂开状态的支撑物，粒径0.4～0.9mm，有一定圆度和球度。在使用过程中，把支撑剂混入压裂液中，利用高压手段注入深层岩石缝中支撑岩层，使裂缝在停止泵注后仍然保持张开状态，以提高导油率，增加原油的产量。因此，强度是压裂支撑剂的重要指标之一。
传统陶粒支撑剂的制备工艺是通过喷雾造粒、流化床造粒、圆盘造粒等手段成型。传统的压裂支撑剂大都需要通过高温煅烧来达到较高强度，但在其具有较高强度优点的同时，由于密度较大，在输送过程中容易沉积在裂缝底部，造成堵塞，而且高温煅烧需要的能耗较高，因此陶粒支撑剂并不是理想的压裂支撑剂。
国际上（如美国）多采用烧结刚玉制品，这种制品在理化性能上虽然可以满足要求，但是原料的来源获取难度大，加工的工艺也较复杂，且制备过程中的能耗大，生产成本也较高。从已经公布的发明专利来看，采用的主要技术手段是通过高温煅烧来达到高强度。例如，编号为US801258B2的发明专利公开了一种方法，以碱土金属、SiO2为主要原料，添加玄武岩纤维作为增韧纤维，以水化水泥、生料灰、粉煤灰等为填料，经过1150°C烧制后得到一种压裂支撑剂，比重为2.1，在34MPa闭合压力下的破碎率为6.8%。
地质聚合物在常温下即可固化成型，且密度相对较低，利用其来制作压裂支撑剂，将有望解决传统的压裂支撑剂易沉积、能耗高的问题。
发明内容
针对上述存在的不足，本发明提供了一种地质聚合物压裂支撑剂的制备工艺，本工艺具有免煅烧的优点，且获得的地质聚合物压裂支撑剂圆球度高、相对密度低。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种地质聚合物压裂支撑剂的制备工艺，包括以下步骤：
（1）将地质聚合物与硅酸钠水溶液、碱混合制成粘度为5000mPa·s～7000mPa·s的地质聚合物浆料；
（2）将聚二甲基硅氧烷加热到60～80℃，搅拌并将地质聚合物浆料注入到聚二甲基硅氧烷中，注入完成后待聚二甲基硅氧烷中的地质聚合物浆料充分固化，固化后停止搅拌，得成型的压裂支撑剂初品；
（3）将压裂支撑剂初品在130~160℃下蒸压养护3~6小时，即得地质聚合物压裂支撑剂。
优选的，所述步骤（1）中，地质聚合物与硅酸钠水溶液、碱的质量比为1:0.3~0.6:0.05~0.12。
优选的，所述步骤（2）中，搅拌聚二甲基硅氧烷的转速为400～600r/min。
优选的，所述步骤（2）中，所述地质聚合物浆料通过注射器注入到聚二甲基硅氧烷中；通过调整注射器针头的尺寸大小，调节地质聚合物支撑剂的粒度大小。更优选的，所述所述注射器针头的直径为2~5mm。
优选的，所述步骤（3）中，压裂支撑剂初品在150℃下蒸压养护4小时。
优选的，所述地质聚合物为磨细高炉矿渣、粉煤灰、偏高岭土、磨细钢渣的一种或两种以上。
优选的，所述碱为氢氧化钾或氢氧化钠。
优选的，所述地质聚合物压裂支撑剂的平均圆球度0.9<φs<1, 在28MPa闭合压力下的破碎率为9～14%, 体积密度为1.7～2.0cm3/g。
本发明还进一步提供了地质聚合物压裂支撑剂的制备工艺制得的质聚合物压裂支撑剂。
本发明根据地质聚合物浆料的特点采用悬浮固化法成型，利用水性的浆料在油性的聚二甲基硅氧烷中表面张力较大，浆料在聚二甲基硅氧烷中能保持较高的圆球度的特点来获得高圆球度的压裂支撑剂，再经低温蒸压养护即可达到强度要求，无需高温煅烧。
综上所述，与现有技术相比，本发明由于采用了上述方案，产生的有益效果是：
（1）本发明的地质聚合物压裂支撑剂的制备工艺，利用地质聚合物早强快硬的特点，即地质聚合物在较低温度下能快速固化成球，加上聚二甲基硅氧烷表面张力的作用，制备得到的地质聚合物压裂支撑剂具有圆球度较高的优点，有利于增加支撑剂的导流能力。
（2）本发明由于所采用地质聚合物作为主要材料，使制备得到的压裂支撑剂具有密度较低的优点，便于支撑剂在裂缝中输送，可有效地减少支撑剂在输送过程当中出现的沉积现象。
（3）本发明的制备工艺，采用蒸压养护的加工工艺来提高地质聚合物压裂支撑剂的强度，避免了高温煅烧，减少了能耗，大幅度降低了生产成本。
附图说明
图1为本发明实施例1的产品扫描电镜（SEM）照片；
图2为本发明实施例2的产品扫描电镜（SEM）照片；
图3为本发明实施例3的产品扫描电镜（SEM）照片。
具体实施方式
下面结合附图和实施例拟对本发明作进一步说明，但不能理解是对本发明保护范围的限制，该领域的技术人员根据上述本发明的内容对本发明作出的一些非本质的改进和调整，仍属于本发明的保护范围。
实施例1
本实施例中所提供的地质聚合物压裂支撑剂，采用以下方法进行制备：
（1）将偏高岭土与硅酸钠水溶液、氢氧化钾按质量比为1:0.5:0.09混合制备粘度为6000mPa·s的地质聚合物浆料；
（2）将聚二甲基硅氧烷加热到70℃，用高速分散机以500r/min的转速搅动聚二甲基硅氧烷，将步骤（1）得到的地质聚合物浆料倒入注射器针管，向聚二甲基硅氧烷中注入地质聚合物浆料，10min后待二甲基硅油中的地质聚合物浆料充分固化，停止搅拌，取出成型的压裂支撑剂初品洗净待用；
（3）将步骤（2）得到的压裂支撑剂初品在150℃下蒸压养护4小时，取出即获得地质聚合物压裂支撑剂。
经测试，步骤（3）得到的地质聚合物压裂支撑剂圆球度大于0.9，接近于1，在28MPa闭合压力下的破碎率为10.18%, 体积密度为1.91cm3/g，地质聚合物压裂支撑剂SEM图如图1所示。
实施例2
本实施例中所提供的地质聚合物压裂支撑剂，采用以下方法进行制备：
（1）将磨细高炉矿渣、粉煤灰、偏高岭土与硅酸钠水溶液、氢氧化钠按质量比0.5:0.15:0.35:0.6:0.12混合制备粘度为5000mPa·s的地质聚合物浆料；
（2）将聚二甲基硅氧烷加热到80℃，用高速分散机以400r/min的转速搅动聚二甲基硅氧烷，将步骤（1）得到的地质聚合物浆料倒入注射器针管，向聚二甲基硅氧烷中注入地质聚合物浆料，10min后待二甲基硅油中的地质聚合物浆料充分固化，停止搅拌，取出成型的压裂支撑剂初品洗净待用；
（3）将步骤（2）得到的压裂支撑剂初品在150℃下蒸压养护4小时，取出即获得地质聚合物压裂支撑剂。
经测试，步骤（3）得到的地质聚合物压裂支撑剂平均圆球度大于0.9，接近于1，在28MPa闭合压力下的破碎率为11.34%, 体积密度为1.83cm3/g，地质聚合物压裂支撑剂SEM图如图2所示。
实施例3
本实施例中所提供的地质聚合物压裂支撑剂，采用以下方法进行制备：
（1）将偏高岭土与硅酸钠水溶液、氢氧化钾按质量比1:0.3:0.05混合制备粘度为7000mPa·s的地质聚合物浆料；
（2）将聚二甲基硅氧烷加热到60℃，用高速分散机以600r/min的转速搅动聚二甲基硅氧烷，将步骤（1）得到的地质聚合物浆料倒入注射器针管，向聚二甲基硅氧烷中注入地质聚合物浆料，10min后待二甲基硅油中的地质聚合物浆料充分固化，停止搅拌，取出成型的压裂支撑剂初品洗净待用；
（3）将步骤（2）得到的压裂支撑剂初品在150℃下蒸压养护4小时，取出即获得地质聚合物压裂支撑剂。
经测试，步骤（3）得到的地质聚合物压裂支撑剂平均圆球度大于0.9，接近于1，在28MPa闭合压力下的破碎率为9.8%, 体积密度为1.95cm3/g，地质聚合物压裂支撑剂SEM图如图3所示。
由上述实施例可见，本发明的地质聚合物压裂支撑剂，其圆球度都大于0.9，且平均粒径可依据注射器针头的尺寸大小进行调节，平均粒径的变化范围为22~40目，体积密度为1.83-1.95g/cm3，与当前广泛使用的其他主流支撑剂相比，具有更高圆球度和更低密度的特点。
以上所述仅为发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种地质聚合物压裂支撑剂的制备工艺，其特征在于包括以下步骤：
（1）将地质聚合物与硅酸钠水溶液、碱混合制成粘度为5000mPa·s～7000 mPa·s的地质聚合物浆料；
（2）将聚二甲基硅氧烷加热到60～80℃，搅拌并将地质聚合物浆料注入到聚二甲基硅氧烷中，注入完成后待聚二甲基硅氧烷中的地质聚合物浆料充分固化，固化后停止搅拌，得成型的压裂支撑剂初品；
（3）将压裂支撑剂初品在130~160℃下蒸压养护3~6小时，即得地质聚合物压裂支撑剂。
2.根据权利要求1所述的地质聚合物压裂支撑剂的制备工艺，其特征在于：
所述步骤（1）中，地质聚合物与硅酸钠水溶液、碱的质量比为1:0.3~0.6:0.05~0.12。
3.根据权利要求1所述的地质聚合物压裂支撑剂的制备工艺，其特征在于：
所述步骤（2）中，搅拌聚二甲基硅氧烷的转速为400～600r/min。
4.根据权利要求1所述的地质聚合物压裂支撑剂的制备工艺，其特征在于：
所述步骤（2）中，所述地质聚合物浆料通过注射器注入到聚二甲基硅氧烷中；通过调整注射器针头的尺寸大小，调节地质聚合物支撑剂的粒度大小。
5.根据权利要求4所述的地质聚合物压裂支撑剂的制备工艺，其特征在于：
所述注射器针头的直径为2~5mm。
6.根据权利要求1所述的地质聚合物压裂支撑剂的制备工艺，其特征在于：
所述步骤（3）中，压裂支撑剂初品在150℃下蒸压养护4小时。
7.根据权利要求2所述的地质聚合物压裂支撑剂的制备工艺，其特征在于：
所述地质聚合物为磨细高炉矿渣、粉煤灰、偏高岭土、磨细钢渣的一种或两种以上。
8.根据权利要求2所述的地质聚合物压裂支撑剂的制备工艺，其特征在于：
所述碱为氢氧化钾或氢氧化钠。
9.根据权利要求1所述的地质聚合物压裂支撑剂的制备工艺，其特征在于：
所述地质聚合物压裂支撑剂的平均圆球度0.9<φs<1, 在28MPa闭合压力下的破碎率为9～14%, 体积密度为1.7～2.0cm3/g。
10.如权利要求1~9任一项所述的地质聚合物压裂支撑剂的制备工艺制得的地质聚合物压裂支撑剂。
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