CN108949138A - 一种覆膜式自增稠支撑剂的制备方法及支撑剂 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种覆膜式自增稠支撑剂的制备方法，经过配制成蔗糖溶液、水洗或酸洗支撑剂、将支撑剂放入蔗糖溶液中浸泡并晾晒至含水量为3～5wt.％得到湿润的支撑剂、配制覆膜材料的乙醇溶液、湿润的支撑剂、覆膜材料的乙醇溶液和分散剂混合均匀、捞出经上述步骤处理后的支撑剂烘干、碾压和过筛六个步骤制备而成；该覆膜式自增稠支撑剂的制备方法与现有配制站配制压裂液方式相比较，自增稠支撑剂可以实现施工井场在线配制，降低了站场设备和运输车辆运行费用，而且可以根据压裂油藏温度和注入水矿化度来进行选择和控制覆膜材料类型和用量，极大地提高了自增稠支撑剂压裂施工技术的油藏适应性。
Description
技术领域
本发明涉及油气藏压裂施工技术领域，特别涉及一种覆膜式自增稠支撑剂的制备方法及支撑剂。
背景技术
由于水力压裂技术具有药剂成本低、施工工艺简单和增油效果显著等特点，目前已逐渐发展成为老油田挖潜和非常规油气藏开发主要技术手段。近年来，随着原油价格持续下跌和开采成本增加，压裂施工“降本增效”愈来愈受到油气开发工作者的高度重视。现有压裂施工通常是在配制站中完成压裂液(前置液、携砂液和顶替液)配制，然后用罐车将其运输到施工井场，这不仅运行费用较高，而且难以满足施工过程中压裂液用量调整实际需求。
近年来，自增稠支撑剂不仅节省了配制站配制设备和运输车辆运行费用，而且可以满足压裂施工规模或突发事件引起压裂液用量调整需求，因而受到广泛重视。现有自增稠支撑剂制作颗粒表面处理应用较多的方法是表面改性，改性方式主要包括两种。一是使用化学药剂改变支撑剂颗粒外表润湿性，即采用疏水表面活性剂覆盖支撑剂表面，该覆盖层可以吸引气体泡沫到支撑剂颗粒周围，降低支撑剂相对密度，增强支撑剂水中增稠能力；另一是在支撑剂外表涂抹偶联剂，通过它将接枝聚合物与支撑剂相连接。上述自增稠支撑剂制作方法不仅工艺繁琐、成本较高，而且自增稠支撑剂悬浮能力较弱、适应性较差。因此，亟待开发出一种高效、低成本自增稠支撑剂制备方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种无需偶联剂即可实现对支撑剂表面进行改性处理的覆膜式自增稠支撑剂的制备方法。
本发明的另一目的是提供一种通过上述制备方法制备而成的覆膜式自增稠支撑剂。
为此，本发明技术方案如下：
一种覆膜式自增稠支撑剂的制备方法，步骤如下：
S1、将蔗糖溶解在溶剂水中配制成蔗糖溶液，作为黏合剂；
S2、对支撑剂进行水洗或稀盐酸酸洗后，晾干；
S3、将经过步骤S2处理得到的支撑剂放入蔗糖溶液中浸泡15min～20min，捞出并通过晾晒或烘干支撑剂的含水量在3％～5wt.％；该步骤的目的在于除去支撑剂中的多余水分，但保持支撑剂外表仍然呈湿润状态，避免后续与覆膜材料混合后，致使覆膜材料发生水化；
S4、将粉末状覆膜材料加入至乙醇中，并不断搅拌至完全溶解，得到覆膜材料的乙醇溶液；
S5、将经过步骤S3处理得到的支撑剂，经过步骤S4得到的覆膜材料的乙醇溶液以及分散剂进行混合，并搅拌均匀；
S6、将经过步骤S5处理后的支撑剂捞出、烘干、碾压和过筛，备用。
优选，所述溶剂水为蒸馏水、自来水或生产污水。
优选，配制所述蔗糖溶液采用的蔗糖为冰糖、白砂糖或绵白糖；配制得到的所述蔗糖溶液的质量分数为12％～50％。
优选，所述支撑剂为粒径范围在30目～60目的石英砂或陶粒或核桃壳。
优选，步骤S2中，酸洗具体为采用5％～15wt.％的盐酸对支撑剂进行酸洗。
优选，所述覆膜材料为研磨至粒径范围在50μm～150μm的聚合物粉末；具体地，聚合物为水解度为30％～35％、分子量为1900～2500万的聚丙烯酰胺、水解度为30％～35％、分子量为1500～3000万的疏水缔合聚丙烯酰胺、水解度为30％～35％、分子量为500～1000万的2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、水解度为30％～35％、分子量为500～1000万的2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸盐、水解度为30％～35％、分子量为500万～1000万的2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、水解度为30％～35％、分子量为500万～1000万的2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸盐中至少一种。
优选，所述覆膜材料为研磨至粒径范围在50μm～150μm的聚合物粉末。
其中，覆膜材料的类型可根据压裂施工油藏温度和注入水矿化度等影响因素进行选择和控制，同时通过对覆膜材料用量的调整控制覆膜厚度，以便极大地拓展了自增稠支撑剂油藏适应性。
优选，所述分散剂为SiO2纳米颗粒或Al2O3纳米颗粒，其粒径范围为14～75nm，比表面积为80～400m2/g。
优选，用于制备该覆膜式自增稠支撑剂的所述覆膜材料、所述分散剂和所述支撑剂的三者重量比为(3～15):(0.2～2):100。
优选，在步骤S4中，所述覆膜材料与所述乙醇的重量比为1:(1～5)。
该覆膜式自增稠支撑剂制备方法，选择蔗糖溶液作为支撑剂与覆膜材料间黏合剂，选用工业化生产聚合物细粉产品作为覆膜材料，选用乙醇作为溶剂，选用SiO2纳米颗粒或Al2O3纳米颗粒为分散剂制备而成。其中，选用乙醇作为溶剂先将聚合物细粉溶解后再通过蔗糖覆于支撑剂的表面，可以有效避免直接将小粒径聚合物细粉通过蔗糖粘覆于支撑剂的表面过程中细粉飞扬的问题，该缺陷尤其在工业化大批量生产中尤为明显；然而采用该制备方法中将聚合物细粉的乙醇溶液与粘附有蔗糖的支撑剂混合后再将乙醇溶剂蒸发的工序则有效的避免了上述细粉飞扬问题导致的原料浪费、污染生产环境、甚至发生粉尘爆炸等缺陷。
采用该方法制备的支撑剂，其一方面避免现有自增稠支撑剂制备方法需用偶联剂对支撑剂表面进行改性处理和再接枝膨胀树脂等复杂化学处理工艺过程的问题，有效降低了自增稠支撑剂制作成本和劳动强度；另一方面，该制备方法能够现在施工井场在线配制携砂液与支撑剂的混合液，进而降低了携砂液单独配制和运输到施工现场所需人工和操作费用。综上所述，由于该种制备方法不涉及化学合成工艺，且具有制作工艺简单、成本低廉和环境友好等特点。
一种采用上述制备方法制备而成的覆膜式自增稠支撑剂。该覆膜式自增稠支撑剂使用时，其在溶液中的加入量为10～40wt.％。
与现有自增稠支撑剂相比较，该覆膜式自增稠支撑剂的制备方法及采用该方法制备而成的支撑剂的有益效果：
(1)与传统压裂液方法相比较，该覆膜式自增稠支撑剂节省了聚合物溶液配制和运输设备费用；
(2)与传统采用专门合成覆膜材料和复杂制作工艺相比较，该覆膜式自增稠支撑剂的制备方法直接利用现有聚合物工业化产品，选择范围广、成本低和适应性强，可显著简化操作工艺和降低生产费用；
(3)该覆膜式自增稠支撑剂在制备过程中可以依据拟压裂油藏温度和注入水矿化度条件选择与之相适应耐温抗盐聚合物和调整支撑剂颗粒外表聚合物附着量，极大地提高了自增稠支撑剂压裂施工技术油藏适应性；
(4)采用本申请制备方法制备的覆膜式自增稠支撑剂的附着物为聚合物，其溶解形成的携带液不仅具有良好增稠悬浮携带能力，而且具有优良驱油能力。
附图说明
图1(a)为本发明的覆膜式自增稠支撑剂的宏观结构示意图；
图1(b)为普通支撑剂的宏观结构示意图；
图2(a)为本发明的覆膜式自增稠支撑剂的微观结构示意图；
图2(b)为普通支撑剂的微观结构示意图；
图3为本发明中覆膜材料经过乙醇处理前后的黏度对比图；
图4(a)为本发明实施例1制备的覆膜式自增稠支撑剂加量为20wt.％在大庆水样中悬浮初期的状态示意图；
图4(b)为本发明实施例1制备的覆膜式自增稠支撑剂加量为20wt.％在大庆水样中悬浮4h后的状态示意图；
图4(c)为本发明实施例1制备的覆膜式自增稠支撑剂加量为20wt.％在大庆水样中悬浮24h后的状态示意图；
图4(d)为本发明实施例1制备的覆膜式自增稠支撑剂加量为20wt.％在大庆水样中悬浮48h后的状态示意图。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步的说明，但下述实施例绝非对本发明有任何限制。
在以下实施例1～3中，蔗糖采用的绵白糖和白砂糖由南京甘汁园糖业有限公司生产，有效含量100％；乙醇购自辽宁泉瑞试剂有限公司生产的分析纯级别的乙醇；覆膜材料分别采用了大庆炼化公司生产的部分水解聚丙烯酰胺(50目细粉，水解度：30～35％，分子量：1900～2500万，有效含量90％)、大庆华龙祥化工公司生产的聚表剂(100目酰胺基-2-甲基丙磺酸细粉，水解度：30～35％，分子量：500～1000万，有效含量88％)和四川光亚科技有限公司生产疏水缔合聚丙烯酰胺(150目细粉，水解度：30～35％，分子量：1500～3000万，有效含量90％)；支撑剂为由大庆油田井下作业公司生产的平均粒径为30目和60目的陶粒和石英砂；二氧化硅纳米颗粒由赢创特种化学(上海)有限公司生产，其有效含量100％，具体产品信息见表1。
表1：
| 产品名称 | 产品成分 | 比表面积(m2/g) | 润湿性 |
| AEROSILR202 | SiO2 | 80～120 | 疏水 |
实施例1
I系列覆膜式自增稠支撑剂产品，其制备方法如下：
配制500mL、25wt.％的绵白糖溶液，称量100g陶粒作为支撑剂并进行水洗、烘干；然后将陶粒与绵白糖溶液混合，经过充分浸泡20min后捞出、晾晒至支撑剂的含水量为3wt.％，此时支撑剂的外表依然保持湿润状态，称其重量为103g；接着将15g的部分水解聚丙烯酰胺粉末加入至20mL(16.32g)乙醇中，不断搅拌至覆膜材料完全溶解在乙醇中，得到覆膜材料的乙醇溶液；将103g湿润的陶粒支撑剂、31.32g部分水解聚丙烯酰胺的乙醇溶液以及1.0gSiO2纳米颗粒混合，并搅拌直至均匀分散状态后，将支撑剂捞出，晾干，然后将其放入60℃恒温箱中烘烤24h；将从恒温箱中取出支撑剂，对其实施碾压和过筛处理，即得到多种I系列自增稠支撑剂产品，对其装袋密封，备用。其中，在制备过程中陶粒分别选用30目和60目作为支撑剂进行制备。
实施例2
II系列覆膜式自增稠支撑剂产品，其制备方法如下：
配制500mL、25wt.％白砂糖溶液，称量100g陶粒作为支撑剂并进行水洗、烘干；然后将陶粒与白砂糖溶液混合，经过充分浸泡15min后捞出、晾晒至支撑剂的含水量为4wt.％，此时支撑剂的外表依然保持湿润状态，称其重量为104g；接着将6.6g的疏水缔合聚合物粉末加入至20mL(16.32g)乙醇中，不断搅拌至覆膜材料完全溶解在乙醇中，得到覆膜材料的乙醇溶液；将104g湿润的陶粒支撑剂、23g疏水缔合聚合物的乙醇溶液以及0.2gSiO2纳米颗粒混合，并搅拌直至均匀分散状态后，将支撑剂捞出，晾干，然后将其放入60℃恒温箱中烘烤24h；将从恒温箱中取出支撑剂，对其实施碾压和过筛处理，即得到多种II系列自增稠支撑剂产品，对其装袋密封，备用。其中，在制备过程中陶粒分别选用30目和60目作为支撑剂进行制备。
实施例3
一种覆膜式自增稠支撑剂产品III，其制备方法如下：
配制500mL、25wt.％白砂糖溶液，称量100g石英砂作为支撑剂并进行水洗、烘干；然后将石英砂与白砂糖溶液混合，经过充分浸泡20min后捞出、晾晒至支撑剂的含水量为5wt.％，此时支撑剂外表依然保持湿润状态，称其重量为105g；接着将10g的聚表剂粉末加入至30mL(24.48g)乙醇中，不断搅拌至覆膜材料完全溶解在乙醇中，得到覆膜材料的乙醇溶液；将105g湿润的石英砂支撑剂、34.48g聚表剂的乙醇溶液以及2gSiO2纳米颗粒混合，并搅拌直至均匀分散状态后，将支撑剂捞出，晾干，然后将其放入60℃恒温箱中烘烤24h；将从恒温箱中取出支撑剂，对其实施碾压和过筛处理，即得到自增稠支撑剂产品III，对其装袋密封，备用。其中，在制备过程中石英砂分别选用30目和60目作为支撑剂进行制备。
性能测试：
如图1(a)和图1(b)所示分别为实施例1制备的覆膜式自增稠支撑剂与普通支撑剂的宏观外观示意图，从两幅图对比可以看出：实施例1制备的覆膜式自增稠支撑剂具有较好的耐压性能，碾压过后未产生破碎，并且与普通支撑剂相比，实施例1制备的覆膜式自增稠支撑剂仍然具有较好的分散性。
接着，采用光学显微镜对自增稠支撑剂的微观外观外表进行观测和拍摄，实施例1制备的覆膜式自增稠支撑剂的微观外观形态与普通支撑剂的微观外观形态分别如图2(a)和图2(b)所示。从图2(a)中可以看出，黏结剂呈微小晶状颗粒状附着在支撑剂本体表面，并通过它将作为覆膜材料的聚合物细粉黏附于支撑剂本体上。与图2(b)相比，支撑剂粒径虽略有增加，但遇水后外层覆膜材料可完全水化，水化后的溶液起到悬浮支撑剂的作用。
进一步，将实施例1～3制备的覆膜式自增稠支撑剂在不同矿化度的水样中进行悬浮性能测试。其中，实验用水的水样分别采用大庆油田注入清水、污水和SZ36-1油田注入水，水样质分析见表2。
表2：
悬浮性能具体测试方法如下：
分别取大庆油田清水、污水和SZ36-1油田注入水，然后将覆膜式自增稠支撑剂按照在水中的加入量为10％、20％、30％和40％分别加入至上述三种不同的溶剂水中，经过充分搅拌后，置于60℃恒温箱内，观察支撑剂充分悬浮在水中的时间和发生沉降的时间并记录数据。具体实验数据见表3。
表3：
从表3可以看出，在支撑剂粒径一定的条件下，当支撑剂在水中加量≥20wt.％，该覆膜式自增稠支撑剂在三种不同矿化度的水样中均具有良好悬浮效果，并且溶剂水的矿化度越低，悬浮效果越好；而在支撑剂粒径和配置水样均相同的条件下，随支撑剂在水中加量增加，悬浮时间缩短，沉降时间延长，且当支撑剂在水中加量比≥20wt.％时，三种不同矿化度的水样配制自增稠支撑剂悬浮时间超过4h。对应地，具体直观实验结果可以参见图4(a)～图4(d)，即以大庆清水为例，加量为20％的实施例1制备的覆膜式自增稠支撑剂在初始状态、悬浮4h时、悬浮24h和悬浮48h下观测到的悬浮状态图。
进一步对实施例2制备过程中的聚合物粉末的加量进行调整以获得不同加量的聚合物粉末对最终悬浮性能的影响结果。除聚合物粉末加入量发生改变外，其他实验条件和原料加量均不发生改变。
悬浮性能测试分别采用SZ-361水和大庆清水为水样，具体实验结果如下表4(SZ-361水)和表5(大庆清水)所示。
表4：
表5：
从表4和表5可以看出，在支撑剂和聚合物细粉附着量和支撑剂粒径一定条件下，随“砂:液”比(即产品的加入量)增加，悬浮时间缩短，沉降时间延长；而在聚合物细粉吸附量和“砂:液”比一定条件下，随支撑剂粒径减小(即目数增加)，悬浮时间缩短，沉降时间延长；在支撑剂粒径和“砂:液”比一定条件下，聚合物细粉附着量愈多，悬浮时间愈短，沉降时间愈长。可见，该覆膜式自增稠支撑剂在制备过程中可以依据拟压裂油藏温度和注入水矿化度条件选择与之相适应耐温抗盐聚合物和调整支撑剂颗粒外表聚合物附着量。该特性体现了自增稠支撑剂在压裂施工技术中的强油藏适应性。
此外，还针对该制备方法中蔗糖和乙醇对覆膜材料的性能影响进行了测试。
(1)蔗糖对覆膜材料的性能影响，其具体测试方法为：以实施例中使用的白砂糖和绵白糖为例，采用大庆清水配制浓度1000mg/L部分水解聚丙烯酰胺溶液，然后加入不同浓度白砂糖和绵白糖，聚合物溶液黏度与蔗糖浓度间关系测试结果见表6和表7。
表6：
表7：
从表6和表7可以看出，随白砂糖和绵白糖的浓度增加，聚合物溶液黏度变化幅度较小，说明实验浓度范围内白砂糖和绵白糖对聚合物溶液黏度几乎没有影响。因此，白砂糖和绵白糖都可作为一种理想的黏结剂。
(2)乙醇对覆膜材料的性能影响，其具体测试方法为：取实施例1中使用的部分水解聚丙烯酰胺粉末并溶解在乙醇中混合溶液，并放置到恒温箱中进行烘烤，取经过烘干处理后疏水缔合聚合物和未经过乙醇处理疏水缔合聚合物干粉与大庆清水、污水和SZ36-1水配制浓度1000mg/L聚合物溶液。具体黏度测试结果见表8和图3。
表8：
从表8和图3中可以看出，与未乙醇处理聚合物相比，乙醇处理聚合物配制聚合物溶液黏度变化不大，说明乙醇对聚合物增黏性几乎没有影响，因此可以采用乙醇作为溶剂来溶解聚合物类覆膜材料，并采用覆膜材料的乙醇溶液与支撑剂作用来实现覆膜目的。
Claims (10)
1.一种覆膜式自增稠支撑剂的制备方法，其特征在于，步骤如下：
S1、将蔗糖溶解在溶剂水中配制成蔗糖溶液；
S2、对支撑剂进行水洗或酸洗后，晾干；
S3、将经过步骤S2处理得到的支撑剂放入蔗糖溶液中浸泡15～20min，捞出并通过晾晒或烘干至支撑剂的含水量为3～5wt.％；
S4、将粉末状覆膜材料加入至乙醇中，并不断搅拌至完全溶解，得到覆膜材料的乙醇溶液；
S5、将经过步骤S3处理得到的支撑剂，经过步骤S4得到的覆膜材料的乙醇溶液以及分散剂进行混合，并搅拌均匀；
S6、将经过步骤S5处理后的支撑剂捞出、烘干、碾压和过筛，备用。
2.根据权利要求1所述的覆膜式自增稠支撑剂的制备方法，其特征在于，所述溶剂水为蒸馏水、自来水或生产污水。
3.根据权利要求1所述的覆膜式自增稠支撑剂的制备方法，其特征在于，配制所述蔗糖溶液采用的蔗糖为冰糖、白砂糖或绵白糖；配制得到的所述蔗糖溶液的质量分数为12％～50％。
4.根据权利要求1所述的覆膜式自增稠支撑剂的制备方法，其特征在于，所述支撑剂为粒径范围在30～60目的石英砂或陶粒或核桃壳。
5.根据权利要求1所述的覆膜式自增稠支撑剂的制备方法，其特征在于，步骤S2中，采用5％～15wt.％的盐酸对支撑剂进行酸洗。
6.根据权利要求1所述的覆膜式自增稠支撑剂的制备方法，其特征在于，所述覆膜材料为研磨至粒径范围在50μm～150μm的聚合物粉末；所述聚合物为水解度为30％～35％、分子量为1900～2500万的聚丙烯酰胺、水解度为30％～35％、分子量为1500～3000万的疏水缔合聚丙烯酰胺、水解度为30％～35％、分子量为500～1000万的2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、水解度为30％～35％、分子量为500～1000万的2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸盐、水解度为30％～35％、分子量为500 万～1000万的2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、水解度为30％～35％、分子量为500万～1000万的2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸盐中至少一种。
7.根据权利要求1所述的覆膜式自增稠支撑剂的制备方法，其特征在于，所述分散剂为SiO2纳米颗粒或Al2O3纳米颗粒，其粒径范围为14nm～75nm，比表面积为80～400m2/g。
8.根据权利要求1所述的覆膜式自增稠支撑剂的制备方法，其特征在于，所述覆膜材料、所述分散剂和所述支撑剂的三者重量比为(3～15):(0.2～2):100。
9.根据权利要求1所述的覆膜式自增稠支撑剂的制备方法，其特征在于，在步骤S4中，所述覆膜材料与所述乙醇的重量比为1:(1～5)。
10.一种采用所述权利要求1～9中任一项所述的覆膜式自增稠支撑剂的制备方法制备出的黏附式自增稠支撑剂。
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