CN110511306A - 一种基于超分子材料的超低密度支撑剂的生产方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于超分子材料的超低密度支撑剂的生产方法，包括步骤：将反应液体A和非反应液体B按照0‑0.75：0.25‑1的质量比先后注入反应釜；反应釜将反应液体A和非反应液体B搅拌均匀后，加热并保温，直到反应液体A各组分之间的反应完成，然后进行自然冷却；将反应釜中反应液体A生成的珠状颗粒与非反应液体B进行分离；将珠状颗粒加入球磨机进一步磨成球；进入振筛机分筛，即得超低密度支撑剂。通过本发明方法生产的超低密度支撑剂,具有一定的抗压强度，用于解决现有支撑剂因为密度大而导致的在裂缝中输送距离短、支撑剂沉降的问题。

Description

一种基于超分子材料的超低密度支撑剂的生产方法
技术领域
本发明涉及一种基于超分子材料的超低密度支撑剂的生产方法，属于油气田开发技术领域。
背景技术
水力压裂技术作为油气井增产、水井增注措施中的一种，目前在我国得到了广泛的应用。水力压裂是通过对目的储层泵注高粘度的前置液，高压形成裂缝并延伸，随后注入带有支撑剂的混砂液，使支撑剂充填于水力裂缝中，从而在地层中形成足够长、足够宽的高导流填砂裂缝，因而支撑剂的性能在很大程度上影响了水力压裂的效果。
密度和抗压强度是评价支撑剂性能的两项重要指标。若支撑剂密度太高,不利于压裂液携带，支撑剂易沉降，远端裂缝、分支缝及垂直裂缝上半部分不能得到有效充填，在现场常采用提高施工排量或压裂液粘度的方式提高支撑剂的充填效果，但容易产生安全风险并对储层造成伤害。若抗压强度太低，支撑剂易破碎，同样会导致裂缝导流能力不高，水力压裂效果不好。故支撑剂在满足低密度的同时，其抗压强度也不能太差。
目前广泛使用的支撑剂主要有石英砂、陶粒、覆膜支撑剂等。石英砂、陶粒的密度较大，在常规储层的水力压裂过程中就存在支撑剂铺置效果差的情况，覆膜支撑剂在常规储层具有较好的适应性，但在页岩气、煤层气等非常规储层压裂过程中，亦不能满足窄分支缝对低密度的需求。
因此研发一种超低密度的支撑剂对于我国常规油气资源、非常规油气资源的开发具有重大意义。
发明内容
本发明的发明目的在于：针对上述存在的问题，提供一种基于超分子材料的超低密度支撑剂的生产方法,通过此方法生产的超低密度支撑剂,具有一定的抗压强度，用于解决现有支撑剂因为密度大而导致的在裂缝中输送距离短、支撑剂沉降的问题。
本发明采用的技术方案是这样的：
一种基于超分子材料的超低密度支撑剂的生产方法，包括以下步骤：
(1)将反应液体A和非反应液体B按照0-0.75：0.25-1的质量比先后注入反应釜；所述反应液体A由以下各组分按质量百分比组成：超分子构筑单元15-40％，超分子功能单元10-40％，表面活性剂1-2.5％，激活剂1-2.5％，助聚剂1-5％，其余为有机溶剂；非反应液体B为清水；
(2)反应釜将反应液体A和非反应液体B搅拌均匀后，加热并保温，直到反应液体A各组分之间的反应完成，然后进行自然冷却；
(3)将反应釜中反应液体A生成的珠状颗粒与非反应液体B进行分离；
(4)将珠状颗粒加入球磨机进一步磨成球；
(5)进入振筛机分筛，即得超低密度支撑剂。
本发明提供的反应液体A，在加热保温过程中，体系内各组分根据超分子材料的熵驱动有序理论，实现自组装，从而在非反应液体B中形成珠状固体支撑剂颗粒，分散其中。本发明提供的基于超分子材料的超低密度支撑剂，在超分子自组装的同时，引入了高分子聚合反应，使物理、化学交联协同作用，从而提高了产品的韧性，缩短了合成时间。
上述技术方案中，反应液体A中添加的系列超分子自组装助剂，其功用分别为：表面活性剂可有效地提高有机溶剂溶解超分子构筑单元与超分子功能单元的能力，并协助整个体系中的无机物与有机物的稳定；激活剂可以激活聚合反应，降低能耗、提高反应速率；助聚剂可用于形成无机凝胶，在超分子构筑中起着中间作用。
作为优选，上述技术方案的步骤(1)中，所述超分子构筑单元为氰尿二酰胺、氰尿酰胺或二者的混合物。
作为优选，上述技术方案的步骤(1)中，所述超分子功能单元为丙烯酸、丁烯酸或二者的混合物。
作为优选，上述技术方案的步骤(1)中，所述表面活性剂为脂肪酸聚氧乙烯酯、脂肪酸甲酯乙氧基化物或二者的混合物。
作为优选，上述技术方案的步骤(1)中，所述激活剂为偶氮二异丁腈、偶氮二异庚腈或二者的混合物。
作为优选，上述技术方案的步骤(1)中，所述助聚剂为氯化钠、氯化钾或其混合物。
作为优选，上述技术方案的步骤(2)中，反应釜以60r/min-80r/min的速度均匀搅拌1min后，升温至60℃-120℃，保温30min-60min。
作为优选，上述技术方案的步骤(5)中，进入振筛机分筛所得超低密度支撑剂的规格为20/40目。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
1、与现有技术中的支撑剂相比，通过本发明方法生产的超低密度支撑剂极大地降低了支撑剂密度及压裂液粘度对携砂性能的要求，并进一步降低了井筒摩阻、井口压力及施工风险；
2、与现有技术中的支撑剂相比，通过本发明方法生产的超低密度支撑剂可有效解决现有支撑剂在裂缝中输送距离短、支撑剂沉降导致的支撑剂铺置不合理的问题；
3、与现有技术中的支撑剂相比，通过本发明方法生产的超低密度支撑剂可有效提高支撑剂的圆球度，可保证支撑剂在高闭合应力下表面受力更加均匀，承受更高的载荷，提高支撑裂缝的导流能力。
具体实施方式
下面对本发明作详细的说明。
本发明的一种基于超分子材料的超低密度支撑剂的生产方法，包括以下步骤：
(1)将反应液体A和非反应液体B按照0-0.75：0.25-1的质量比先后注入反应釜；所述反应液体A由以下各组分按质量百分比组成：超分子构筑单元15-40％，超分子功能单元10-40％，表面活性剂1-2.5％，激活剂1-2.5％，助聚剂1-5％，其余为有机溶剂；非反应液体B为清水。步骤(1)中，所述超分子构筑单元为氰尿二酰胺、氰尿酰胺或二者的混合物，所述超分子功能单元为丙烯酸、丁烯酸或二者的混合物，所述表面活性剂为脂肪酸聚氧乙烯酯、脂肪酸甲酯乙氧基化物或二者的混合物，所述激活剂为偶氮二异丁腈、偶氮二异庚腈或二者的混合物，所述助聚剂为氯化钠、氯化钾或其混合物。
(2)反应釜将反应液体A和非反应液体B以60r/min-80r/min的速度均匀搅拌1min后，升温至60℃-120℃，保温30min-60min，直到反应液体A各组分之间的反应完成，然后进行自然冷却。
(3)将反应釜中反应液体A生成的珠状颗粒与非反应液体B进行分离。
(4)将珠状颗粒加入球磨机进一步磨成球。
(5)进入振筛机分筛，即得规格为20/40目的超低密度支撑剂。
实施例1：本实施例提供一种基于超分子材料的超低密度支撑剂的生产方法，包括以下步骤：
(a)将1.8kg氰尿二酰胺、1.8kg丙烯酸、0.12kg脂肪酸聚氧乙烯酯、0.06kg偶氮二异丁腈、0.3kg氯化钠加入盛有1.92kg乙醇的反应釜中，得到反应液体A，然后加入2kg清水；
(b)反应釜以70r/min的速度均匀搅拌1min后，升温至80℃，保温40min；
(c)冷却完成后，将反应釜中反应液体A生成的珠状颗粒和非反应液体B进行分离,得到珠状颗粒；
(d)将珠状颗粒放入球磨机进行球磨1min；
(e)进入振筛机分筛，即得20/40目支撑剂。
实施例2：本实施例提供一种基于超分子材料的超低密度支撑剂的生产方法，包括以下步骤：
(a)将1.68kg氰尿二酰胺、2.8kg丙烯酸、0.11kg脂肪酸聚氧乙烯酯、0.05kg偶氮二异丁腈、0.28kg氯化钠加入盛有0.68kg乙醇的反应釜中，得到反应液体A，然后加入2.4kg清水；
(b)反应釜以70r/min的速度均匀搅拌1min后，升温至80℃，保温40min；
(c)冷却完成后，将反应釜中反应液体A生成的珠状颗粒和非反应液体B进行分离,得到珠状颗粒；
(d)将珠状颗粒放入球磨机进行球磨1min；
(e)进入振筛机分筛，即得20/40目支撑剂。
实施例3：本实施例提供一种基于超分子材料的超低密度支撑剂的生产方法，包括以下步骤：
(a)将1.8kg氰尿酰胺、1.8kg丁烯酸、0.12kg脂肪酸甲酯乙氧基化物、0.06kg偶氮二异庚腈、0.3kg氯化钾加入盛有1.92kg乙醇的反应釜中，得到反应液体A，然后加入2kg清水；
(b)反应釜以70r/min的速度均匀搅拌1min后，升温至80℃，保温40min；
(c)冷却完成后，将反应釜中反应液体A生成的珠状颗粒和非反应液体B进行分离,得到珠状颗粒；
(d)将珠状颗粒放入球磨机进行球磨1min；
(e)进入振筛机分筛，即得20/40目支撑剂。
实施例4：本实施例提供一种基于超分子材料的超低密度支撑剂的生产方法，包括以下步骤：
(a)将1.68kg氰尿酰胺、2.8kg丁烯酸、0.11kg脂肪酸甲酯乙氧基化物、0.05kg偶氮二异庚腈、0.28kg氯化钾加入盛有0.68kg乙醇的反应釜中，得到反应液体A，然后加入2.4kg清水；
(b)反应釜以70r/min的速度均匀搅拌1min后，升温至80℃，保温40min；
(c)冷却完成后，将反应釜中反应液体A生成的珠状颗粒和非反应液体B进行分离,得到珠状颗粒；
(d)将珠状颗粒放入球磨机进行球磨1min；
(e)进入振筛机分筛，即得20/40目支撑剂。
根据中华人民共和国石油与天然气行业标准《SY/T 5108-2014》中的测试方法，对实施例中支撑剂的体积密度、视密度、破碎率、圆球度进行测试，得到如下测试结果：
目前使用较多的支撑剂中：石英砂体积密度约为1.75g/cm3，视密度约为2.62g/cm3，圆球度均为0.7；陶粒体积密度约为1.71g/cm3，视密度约为2.79g/cm3，圆球度均为0.9。故与石英砂与陶粒相比，本发明方法生产的支撑剂，其密度更低、圆球度更好，且具有较低的破碎率。

Claims (8)

1.一种基于超分子材料的超低密度支撑剂的生产方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)将反应液体A和非反应液体B按照0-0.75：0.25-1的质量比先后注入反应釜；所述反应液体A由以下各组分按质量百分比组成：超分子构筑单元15-40％，超分子功能单元10-40％，表面活性剂1-2.5％，激活剂1-2.5％，助聚剂1-5％，其余为有机溶剂；非反应液体B为清水；
(2)反应釜将反应液体A和非反应液体B搅拌均匀后，加热并保温，直到反应液体A各组分之间的反应完成，然后进行自然冷却；
(3)将反应釜中反应液体A生成的珠状颗粒与非反应液体B进行分离；
(4)将珠状颗粒加入球磨机进一步磨成球；
(5)进入振筛机分筛，即得超低密度支撑剂。
2.根据权利要求1所述的一种基于超分子材料的超低密度支撑剂的生产方法，其特征在于：步骤(1)中，所述超分子构筑单元为氰尿二酰胺、氰尿酰胺或二者的混合物。
3.根据权利要求1所述的一种基于超分子材料的超低密度支撑剂的生产方法，其特征在于：步骤(1)中，所述超分子功能单元为丙烯酸、丁烯酸或二者的混合物。
4.根据权利要求1所述的一种基于超分子材料的超低密度支撑剂的生产方法，其特征在于：步骤(1)中，所述表面活性剂为脂肪酸聚氧乙烯酯、脂肪酸甲酯乙氧基化物或二者的混合物。
5.根据权利要求1所述的一种基于超分子材料的超低密度支撑剂的生产方法，其特征在于：步骤(1)中，所述激活剂为偶氮二异丁腈、偶氮二异庚腈或二者的混合物。
6.根据权利要求1所述的一种基于超分子材料的超低密度支撑剂的生产方法，其特征在于：步骤(1)中，所述助聚剂为氯化钠、氯化钾或其混合物。
7.根据权利要求1所述的一种基于超分子材料的超低密度支撑剂的生产方法，其特征在于：步骤(2)中，反应釜以60r/min-80r/min的速度均匀搅拌1min后，升温至60℃-120℃，保温30min-60min。
8.根据权利要求1所述的一种基于超分子材料的超低密度支撑剂的生产方法，其特征在于：步骤(5)中，进入振筛机分筛所得超低密度支撑剂的规格为20/40目。
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