CN110423603A - 一种覆膜自清洁支撑剂及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明的一种覆膜自清洁支撑剂及其制备方法和应用,覆膜自清洁支撑剂包括支撑剂和硅丙乳液包覆膜,硅丙乳液包覆膜的量至少足以包覆支撑剂的全部表面,支撑剂选自石英砂、陶粒、玻璃球、铝球、核桃壳中的一种或几种,粒径为6‑140目,所述支撑剂与所述硅丙乳液包覆膜的质量比为6:1~40:1。外包薄膜具有隔离作用,使支撑剂与地层水、压裂液破胶残留液等液体不发生直接接触,延长了支撑剂的持续作用时间;外包薄膜具有亲水性,一旦覆膜自清洁支撑剂的表面被原油污染,储层中的地层水会在覆膜支撑剂表面与原油发生置换,原油脱落,实现自我清洁、抗油污的同时,增加了渗流通道体积,进而提高闭合裂缝中支撑剂充填层的导流能力,强化压裂改造效果。
Description
技术领域
本发明涉及一种改性支撑剂,具体涉及一种覆膜自清洁支撑剂及其制备方法和应用,属于油气田开发领域。
背景技术
目前水力压裂技术被广泛应用于非常规油气资源开发领域,其原理是利用水压将岩石层压裂,从而在目标储层中形成人工裂缝,然后利用地面泵送设备将支撑剂泵入裂缝,最终在裂缝中形成支撑剂充填层,并且利用支撑剂充填层之间的孔隙为油气提供渗透率远高于基质渗透率的渗流空间,从而获取更大的油气产能。因此如何提高压裂后储层的改造效果、获得更高的人工裂缝导流能力已经成为了当前的研究热点与难点。
目前,矿场上应用较多的支撑剂主要为天然石英砂、陶粒支撑剂以及树脂覆膜支撑剂等。但是上述三种支撑剂都存在着一定的局限性,实际裂缝导流能力并没有达到设计最优值,压裂效果与预期效果相差明显较大。经研究,我们发现主要原因在于支撑剂容易受周围复杂的环境影响,导致原本形成的支撑剂充填层之间的孔隙变小或堵塞所致。例如天然石英砂、陶粒支撑剂容易受地层水的长时间浸泡,导流支撑剂强度降低易破碎,导流能力下降;天然石英砂、陶粒支撑剂以及覆膜支撑剂容易吸附流经的石油和压裂液破胶残留物质,在支撑剂表面形成一层油膜,占用孔隙空间。因此,现有支撑剂的性能存在一定缺陷,存在着很大的改进空间。
发明内容
针对现有技术中支撑剂容易破碎或粘附油膜,导致支撑剂充填层导流能力过低的问题,本发明提供一种覆膜自清洁支撑剂及其制备方法和应用。
本发明的方案如下:
一种覆膜自清洁支撑剂,其特征在于包括支撑剂和硅丙乳液包覆膜,所述硅丙乳液包覆膜的量至少足以包覆所述支撑剂的表面。
所述支撑剂选自石英砂、陶粒、玻璃球、铝球、核桃壳中的一种或几种。
所述支撑剂的粒径为6-140目。
所述支撑剂为白砂,所述支撑剂与所述硅丙乳液包覆膜的质量比≤40:1。
所述支撑剂为陶粒,所述支撑剂与所述硅丙乳液包覆膜的质量比≤50:1。
制备所述的一种覆膜自清洁支撑剂的方法,包括以下步骤:
将支撑剂颗粒置于容器中,搅拌下加热至100-200℃,
然后将硅丙乳液与上述加热后的支撑剂颗粒混合、搅拌,对所述支撑剂进行覆膜,静置降温后,用筛网筛选,所述筛网的目数与所述支撑剂粒径的目数对应,得到覆膜自清洁支撑剂。
方法中使用的所述支撑剂选自石英砂、陶粒、玻璃球、铝球、核桃壳中的一种或几种,粒径为6-140目;所述硅丙乳液的密度为1200-1600kg/m3、粘度为15000~16000mpa·s。
所述支撑剂与所述硅丙乳液的质量比≤40:1。
所述的一种覆膜自清洁支撑剂的用途,用于注砂压裂技术,包括水力压裂技术和无水压裂技术。
本发明的有益技术效果:
本发明的一种覆膜自清洁支撑剂,选用硅丙乳液作为外包覆材料,将石英砂、陶粒等常规压裂支撑剂加热至100—200℃,然后与硅丙乳液混合,搅拌下硅丙乳液能够包覆在支撑剂颗粒的表面形成一层包覆膜,使支撑剂与储层原油、压裂液破胶残留液等液体隔离,避免直接接触,间接的增强了支撑剂的强度,延长了支撑剂的持续作用时间。更重要的是,覆膜自清洁支撑剂由于外部的硅丙乳液薄膜具有亲水、低摩擦、表面不易污染的特性,一旦储层中的原油附着在覆膜自清洁支撑剂表面,可在储层中地层水或者注入水的置换作用下使原油脱落、继续向井底流动,从而达到自我清洁和抗油污的能力。同时也避免油膜占据孔隙空间,进而提高闭合裂缝中支撑剂充填层的导流能力,对压裂改造效果进行强化,避免了常规压裂过程中支撑剂表面包覆油膜、压裂液破胶而占用孔隙而带来的不利影响。另外,由于长期处于地层密闭环境中,不会暴露在外部,因此不会受到外界诸如太阳照射、风吹等环境因素影响,这将大幅度增加硅丙乳液的有效作用时间。综上,本发明的覆膜自清洁支撑剂,不仅利用硅丙乳液本身的特性,同时借助压裂目标储层的地化特征、内部流体性质等多方面因素作用下,使得该覆膜自清洁支撑剂具有抗油污和自清洁特性,可应用于注砂压裂技术。
优选的,所述支撑剂选自石英砂、陶粒、玻璃球、铝球、核桃壳中的一种或几种,粒径为6-140目,当选用白砂时,优选的,所述支撑剂与所述硅丙乳液包覆膜的质量比≤40:1,更优选的为40:1,使支撑剂具备自清洁效果的同时,还可以在相同支撑剂用量的条件下减小硅丙乳液的用量,进而降低成本、提升经济效益;当选用陶粒时,所述支撑剂与所述硅丙乳液包覆膜的质量比≤50:1,更优选的为50:1,与覆膜白砂自清洁支撑剂相比,覆膜陶粒自清洁支撑剂由于内部陶粒的表面光洁度、圆球度更高,因此在相同支撑剂用量的条件下,陶粒所需的硅丙乳液用量更少,但是由于陶粒的成本高于白砂,因此在具体选择选用哪种支撑剂作为内部支撑骨架时,应综合考虑实际情况与成本问题。
此外本发明的一种覆膜自清洁支撑剂还具有以下进一步优势:
1、该种覆膜自清洁支撑剂的内部支撑骨架为常见的支撑剂,如天然石英砂、陶粒支撑剂、树脂覆膜支撑剂等,这些种类的支撑剂价格低廉、货源充足,容易获取。
2、硅丙乳液材料性能优良,适用于不同类型支撑剂,价格低廉,化学性质稳定,易于运输与保存。
3、该种覆膜自清洁支撑剂可以根据矿场要求选择不同类型的内部支撑骨架,适用范围相当广泛,能够适用于所有的注砂压裂技术。例如,对于深度较浅、压力较低的地层可以选用天然石英砂作为支撑骨架,对于深度较大、压力较高的地层可以选用陶粒支撑剂或覆膜支撑剂作为支撑骨架。
4、该种覆膜自清洁支撑剂制作时只需加热支撑剂、混合、冷却和筛选步骤,整个过程简单,工艺成熟,耗用时间少,一次加工制作量大,根据实际情况选择制备覆膜自清洁支撑剂的地点场所,可以在现场制备,也可以在工厂加工,完成后统一封装保存并运输至指定地点。
5、制备时,硅丙乳液在加热时粘度降低,从而与支撑剂接触和混合充分,混合完成后降温,则硅丙乳液薄膜收缩,从而与支撑剂结更加牢固合。
6、本发明的一种覆膜自清洁支撑剂,根据压裂施工方案进行施工,其使用方法与常规支撑剂使用方法相同。
附图说明
图1为本发明实施例的覆膜自清洁支撑剂的制备及效果验证流程图;
图2(a)(b)(c)的白砂被污染性流体污染前、污染后以及用经清水冲洗后的实验结果图片;
图3(a)(b)(c)为白砂与硅丙乳液质量比为6:1时覆膜自清洁支撑剂被污染性流体污染前、污染后以及用经清水冲洗后的实验结果图片;
图4(a)(b)(c)为白砂与硅丙乳液质量比为10:1时覆膜自清洁支撑剂被污染性流体污染前、污染后以及用经清水冲洗后的实验结果图片;
图5(a)(b)(c)(d)为白砂与硅丙乳液质量比分别为15:1、25:1、40:1、45:1时覆膜自清洁支撑剂被污染性流体污染后用经清水冲洗后的实验结果图片;
图6(a)(b)(c)为陶粒被污染性流体污染前、污染后以及用经清水冲洗后的实验结果图片;
图7(a)(b)(c)为陶粒与硅丙乳液质量比为6:1时覆膜自清洁支撑剂被污染性流体污染前、污染后以及用经清水冲洗后的实验结果图片;
图8(a)(b)(c)为陶粒与硅丙乳液质量比为10:1时覆膜自清洁支撑剂被污染性流体污染前、污染后以及用经清水冲洗后的实验结果图片;
图9(a)(b)(c)(d)为陶粒与硅丙乳液质量比分别为40:1、50:1、55:1、60:1时覆膜自清洁支撑剂被污染性流体污染后用经清水冲洗后的实验结果图片。
具体实施方式
为了更清楚的理解本发明的内容,将通过附图1-9和具体实施例详细说明,但不限于此。
实施例1
本次实施例为室内制备覆膜自清洁支撑剂,并且通过实验验证其应用效果。该覆膜自清洁支撑剂制备方法众多,本次实施方式选用其中一种。
材料:选用石英砂中的一种——白砂,粒径20-40目,视密度为2.650g/cm3;硅丙乳液,密度为1.256g/cm3、粘度为15000~16000mpa·s;清水;石油。
仪器:内部支撑骨架容器,加热器,搅拌器,混料机,注入泵,覆膜自清洁支撑剂容器,污染性流体容器。
如图1所示,覆膜自清洁支撑剂的制备流程如下:
(1)对室内实验场地进行布置,安装各实验装置;
(2)将白砂放置于内部支撑骨架容器中,接通电源,开启搅拌器和加热器,将内部支撑骨架容器中的白砂加热至100~200℃;
(3)将加热后的白砂与硅丙乳液按照质量比6:1的比例分别加入混料机中,搅拌30min,使支撑剂与硅丙乳液混合均匀,并使硅丙乳液对白砂覆膜;
(4)静置、降温,待达到室温后使用20~40目的筛网对混料机中的覆膜自清洁支撑剂进行筛选,得到粒径合格的覆膜自清洁支撑剂。
效果模拟实验的流程如下:
(1)清水和石油按照15:1比例配置污染性流体,置于污染性流体容器中,模拟储层中流体组成,密度为0.98g/cm3;
(2)向覆膜自清洁支撑剂容器中放置上述200g覆膜自清洁支撑剂,然后再加入400g污染性流体,静置一段时间,使覆膜自清洁支撑剂与污染性流体充分接触;
(3)打开清水容器阀门,开启注入泵,向覆膜自清洁支撑剂容器中以0.015m3/min的泵速持续注入清水10min,对被污染的覆膜自清洁支撑剂冲洗,观察冲洗后覆膜自清洁支撑剂的自清洁效果。
通过实验得到覆膜自清洁支撑剂被污染性流体污染前、污染后以及用经清水冲洗后的实验结果,如图3(a)(b)(c)所示。
实施例2
按照实施例1所述的覆膜自清洁支撑剂的制备流程,选用白砂与硅丙乳液的质量比例为10:1,其它实验条件均相同,得到覆膜自清洁支撑剂;并按照实施例1的效果模拟实验的步骤测试效果,得到覆膜自清洁支撑剂被污染性流体污染前、污染后以及经过冲洗后的实验结果,如图4(a)(b)(c)所示。
实施例3-6
按照实施例1所述的覆膜自清洁支撑剂的制备流程,选用白砂与硅丙乳液的质量比例分别为15:1、25:1、40:1、45:1,其它实验条件均相同,得到覆膜自清洁支撑剂;并按照实施例1的效果模拟实验的步骤测试效果,得到的被污染性流体污染的覆膜自清洁支撑剂经过冲洗后的实验结果,分别如图5(a)(b)(c)(d)所示。
实施例7
按照实施例1所述的覆膜自清洁支撑剂的制备流程,参考以白砂为内部支撑骨架的覆膜自清洁支撑剂的实验过程,其区别在于所述的内部支撑骨架材料为20~40目的低密度陶粒,其它实验条件均相同,得到覆膜自清洁支撑剂;并通按照实施例1的效果模拟实验的步骤测试,得到覆膜自清洁支撑剂被污染性流体污染前、污染后以及经过冲洗后的实验结果,如图7(a)(b)(c)所示。
实施例8
如实施例7所述的一种覆膜自清洁支撑剂的制备流程,其区别在于所述的低密度陶粒与硅丙乳液的质量比例为10:1,其它实验条件均相同,得到覆膜自清洁支撑剂;并通按照实施例1的效果模拟实验的步骤测试,得到覆膜自清洁支撑剂被污染性流体污染前、污染后以及经过冲洗后的实验结果,如图8(a)(b)(c)所示。
实施例9-12
按照实施例7所述的覆膜自清洁支撑剂的制备流程,其区别在于所述的低密度陶粒与硅丙乳液的质量比例分别为40:1、50:1、55:1、60:1,其它实验条件均相同,得到覆膜自清洁支撑剂;并按照实施例1的效果模拟实验的步骤测试,得到的被污染性流体污染的覆膜自清洁支撑剂经过冲洗后的实验结果,分别图9(a)(b)(c)(d)所示。
对比例1-2
按照实施例1的效果模拟实验的步骤,分别选用规格相同的白砂、陶粒进行测试,得到白砂和陶粒被污染性流体污染前、污染后以及经过冲洗后的实验结果,分别如图2(a)(b)(c)和图6(a)(b)(c)所示。
结果分析:
如图2-5的对比可知,白砂与硅丙乳液的质量比例在40:1以下时,覆膜自清洁支撑剂依旧具有良好的自清洁效果,但是当二者比例上升至45:1时,自清洁效果明显变差。因此,白砂与硅丙乳液的质量比例可以采用40:1,使硅丙乳液足以完全包覆白砂,具备优异的自清洁效果,还可以减小硅丙乳液的用量,进而降低成本、提升经济效益。
如图6-9的对比可知,当陶粒与硅丙乳液的质量比例在50:1以下时,覆膜自清洁支撑剂依然可以达到自清洁目的,但是当二者比例上升至55:1、60:1时,覆膜支撑剂将失去大部分自清洁功能,自清洁效果明显变差。因此,陶粒与硅丙乳液的质量比例可以采用50:1,使硅丙乳液足以完全包覆陶粒砂,具备优异的自清洁效果,还可以减小硅丙乳液的用量,进而降低成本、提升经济效益。
另外,覆膜自清洁支撑剂与常规支撑剂相同,施工时不需要额外考虑该因素,只需要按照常规压裂设计方案进行施工即可。
综上,实施例1-12和对比例1-2以目前矿场上常见的压裂用石英砂与陶粒支撑剂为例,作为自清洁支撑剂的内部骨架,覆硅丙乳液膜,并通过对比模拟实验,验证了该覆膜自清洁支撑剂具有优异的自清洁性能,洗油效率和导流能力显著提高,可以预见其在实际压裂中的具有同样的效果。
在此指明,以上叙述有助于本领域技术人员理解本发明的内容,但并非限制本发明的保护范围。任何没有脱离本发明实质内容的对以上叙述的等同替换、修饰改进和/或删繁从简而进行的实施,均落入本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种覆膜自清洁支撑剂,其特征在于包括支撑剂和硅丙乳液包覆膜,所述硅丙乳液包覆膜的量至少足以包覆所述支撑剂的表面。
2.根据权利要求1所述的一种覆膜自清洁支撑剂,其特征在于所述支撑剂选自石英砂、陶粒、玻璃球、铝球、核桃壳中的一种或几种。
3.根据权利要求2所述的一种覆膜自清洁支撑剂,其特征在于所述支撑剂的粒径为6-140目。
4.根据权利要求3所述的一种覆膜自清洁支撑剂,其特征在于所述支撑剂为白砂,所述支撑剂与所述硅丙乳液包覆膜的质量比≤40:1。
5.根据权利要求3所述的一种覆膜自清洁支撑剂,其特征在于所述支撑剂为陶粒,所述支撑剂与所述硅丙乳液包覆膜的质量比≤50:1。
6.制备权利要求1-5任一所述的一种覆膜自清洁支撑剂的方法,其特征在于包括以下步骤:
将支撑剂颗粒置于容器中,搅拌下加热至100-200℃,
然后将硅丙乳液与上述加热后的支撑剂颗粒混合、搅拌,对所述支撑剂进行覆膜,静置降温后,用筛网筛选,所述筛网的目数与所述支撑剂粒径的目数对应,得到覆膜自清洁支撑剂。
7.根据权利要求6所述的方法,其特征在于所述支撑剂选自石英砂、陶粒、玻璃球、铝球、核桃壳中的一种或几种,粒径为6-140目。
8.根据权利要求6所述的方法,其特征在于所述硅丙乳液的密度为1200-1600kg/m3、粘度为15000~16000mpa·s。
9.根据权利要求6所述的方法,其特征在于所述支撑剂与所述硅丙乳液的质量比≤40:1。
10.权利要求1-5任一所述的一种覆膜自清洁支撑剂的用途,其特征在于用于注砂压裂技术,包括水力压裂技术和无水压裂技术。
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