CN112812762B - 支撑剂、压裂液及支撑剂的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种支撑剂、压裂液及支撑剂的制备方法，属于油气田开采技术领域。本发明实施例提供的支撑剂，包括：第一涂层和第二涂层，第二涂层包裹第一涂层。第一涂层包括：100质量份数的骨料和0.5～1.5质量份数的阳离子聚丙烯酰胺，该阳离子聚丙烯酰胺包裹该骨料；第二涂层包括：1.0～2.0质量份数的阴离子聚丙烯酰胺，该阴离子聚丙烯酰胺包裹该阳离子聚丙烯酰胺。该支撑剂的密度小，悬浮性良好，在清水携砂液中即可悬浮，并且支撑剂中所用的阴离子聚丙烯酰胺和阳离子聚丙烯酰胺均为无毒物质，对地层几乎没有损伤，清水作为携砂液对地层也没有损伤，从而降低了压裂液对地层的损伤。
Description
技术领域
本发明涉及油气田开采技术领域。特别涉及一种支撑剂、压裂液及支撑剂的制备方法。
背景技术
在油气田开采过程中，通过压裂液压裂地层是油气田增产的措施之一。压裂液中主要含有支撑剂和携砂液两部分，支撑剂用于支撑地层被压裂产生的裂缝，防止裂缝闭合；携砂液将支撑剂以较高的质量浓度从井筒携带进入裂缝中。
相关技术中的支撑剂一般为石英砂或陶粒，携砂液一般为胍胶，在使用时，向胍胶中加入一定的石英砂或陶粒，再加入交联剂，充分反应后，即可得到压裂液。其中，交联剂主要用于增强石英砂或陶粒在胍胶中的悬浮性。
但相关技术中的支撑剂的密度较大，悬浮性差，必须加入胍胶中才能被携带进入裂缝中，而胍胶中含有一定的不溶物，该不溶物会损伤地层。
发明内容
本发明实施例提供了一种支撑剂、压裂液及支撑剂的制备方法，能够降低压裂液对地层的损伤。具体技术方案如下：
一方面，本发明实施例提供了一种支撑剂，所述支撑剂包括：第一涂层和第二涂层；
所述第二涂层包裹所述第一涂层；
所述第一涂层包括：100质量份数的骨料和0.5～1.5质量份数的阳离子聚丙烯酰胺，所述阳离子聚丙烯酰胺包裹所述骨料；
所述第二涂层包括：1.0～2.0质量份数的阴离子聚丙烯酰胺，所述阴离子聚丙烯酰胺包裹所述阳离子聚丙烯酰胺。
在一种可能的实现方式中，所述骨料为河沙、海沙、石英砂、陶粒和玻璃珠中的至少一种。
在另一种可能的实现方式中，所述阳离子聚丙烯酰胺的质量份数为0.5～1.0；
所述阴离子聚丙烯酰胺的质量份数为1.0～1.5。
另一方面，本发明实施例提供了一种压裂液，所述压裂液包括：携砂液和支撑剂；
所述支撑剂为上述的支撑剂；
所述携砂液为第一清水；
所述支撑剂占所述携砂液的比例不超过50％。
在一种可能的实现方式中，所述压裂液还包括：交联剂；
所述交联剂的质量份数为所述支撑剂中阴离子聚丙烯酰胺质量份数的0.1％～1％。
在另一种可能的实现方式中，所述阴离子聚丙烯酰胺和所述交联剂包裹所述阳离子聚丙烯酰胺。
在另一种可能的实现方式中，所述交联剂为有机铬、有机锆、有机钛、有机铝、硼酸、酚醛树脂和聚乙烯亚胺中的至少一种。
在另一种可能的实现方式中，当所述交联剂为有机铬时，所述交联剂为乙酸铬、柠檬酸铬和乳酸铬中的至少一种。
在另一种可能的实现方式中，当所述交联剂为有机铝时，所述交联剂为柠檬酸铝。
另一方面，本发明实施例提供了一种支撑剂的制备方法，所述制备方法包括：
将100质量份数的所述骨料加入第一搅拌器中，向所述第一搅拌器中加入0.5～1.5质量份数的所述阳离子聚丙烯酰胺和20～50质量份数的第二清水，搅拌20min后，得到第一物料；
将所述第一物料平铺在第一托盘内，置于第一烘箱中烘干，脱除所述第二清水，得到所述第一涂层；
将所述第一涂层粉碎、筛分，置于第二搅拌器中，向所述第二搅拌器中加入1.0～2.0质量份数的阴离子聚丙烯酰胺和20～50质量份数的第三清水，搅拌20min后，得到第二物料；
将所述第二物料平铺在第二托盘内，置于第二烘箱中烘干，脱除所述第三清水，得到包裹所述第一涂层的所述第二涂层，将所述第二涂层粉碎、筛分，得到所述支撑剂。
本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：
本发明实施例提供的支撑剂，包括：第一涂层和第二涂层，第二涂层包裹第一涂层。第一涂层包括：100质量份数的骨料和0.5～1.5质量份数的阳离子聚丙烯酰胺，该阳离子聚丙烯酰胺包裹该骨料；第二涂层包括：1.0～2.0质量份数的阴离子聚丙烯酰胺，该阴离子聚丙烯酰胺包裹该阳离子聚丙烯酰胺。该支撑剂的密度小，悬浮性良好，在清水携砂液中即可悬浮，并且支撑剂中所用的阴离子聚丙烯酰胺和阳离子聚丙烯酰胺均为无毒物质，对地层几乎没有损伤，清水作为携砂液对地层也没有损伤，从而降低了压裂液对地层的损伤。
具体实施方式
为使本发明的技术方案和优点更加清楚，下面对本发明实施方式作进一步地详细描述。
本发明实施例提供了一种支撑剂，该支撑剂包括：第一涂层和第二涂层；
第二涂层包裹第一涂层；
第一涂层包括：100质量份数的骨料和0.5～1.5质量份数的阳离子聚丙烯酰胺，该阳离子聚丙烯酰胺包裹该骨料；
第二涂层包括：1.0～2.0质量份数的阴离子聚丙烯酰胺，阴离子聚丙烯酰胺包裹阳离子聚丙烯酰胺。
相关技术中所用的石英砂或陶粒必须加入胍胶中才能被携带进入裂缝中，而胍胶中含有一定的不溶物，该不溶物会损伤地层。
相关技术中所用的支撑剂还可以为树脂支撑剂，该树脂支撑剂中主要是在石英砂或陶粒外部包裹一层树脂，而该树脂为有毒物质，制备过程中会对人体和环境造成一定程度的损害，将该树脂支撑剂加入携砂液中，泵入地层后，也会对地层造成损伤。
而本发明实施例制备的支撑剂的密度小，悬浮性良好，在清水携砂液中即可悬浮，并且，该支撑剂中采用的阴离子聚丙烯酰胺和阳离子聚丙烯酰胺均无毒，因此，由阴离子聚丙烯酰胺、阳离子聚丙烯酰胺和骨料制备得到的支撑剂无毒，对地层的损伤几乎为零。并且，清水作为携砂液对地层也没有损伤。另外，阳离子聚丙烯酰胺与骨料的粘结能力强于阴离子聚丙烯酰胺与骨料的粘结能力，阴离子聚丙烯酰胺的分子量大于阳离子聚丙烯酰胺，其吸水膨胀能力大于阳离子聚丙烯酰胺的吸水膨胀能力，因此，阳离子聚丙烯酰胺包裹在骨料外部，阴离子聚丙烯酰胺包裹在阳离子聚丙烯酰胺外部，从而既可以防止在后续压裂过程中骨料脱落，发生沉降，也可以使支撑剂吸水膨胀，降低支撑剂的体积密度，提高支撑剂在携砂液中的悬浮性，从而提高压裂效果。
本发明实施例提供的支撑剂，包括：第一涂层和第二涂层，第二涂层包裹第一涂层。第一涂层包括：100质量份数的骨料和0.5～1.5质量份数的阳离子聚丙烯酰胺，该阳离子聚丙烯酰胺包裹该骨料；第二涂层包括：1.0～2.0质量份数的阴离子聚丙烯酰胺，该阴离子聚丙烯酰胺包裹该阳离子聚丙烯酰胺。该支撑剂的密度小，悬浮性良好，体积密度小，在清水携砂液中即可悬浮，并且，支撑剂中所用的阴离子聚丙烯酰胺和阳离子聚丙烯酰胺均为无毒物质，对地层几乎没有损伤，清水作为携砂液对地层也没有损伤，从而降低了压裂液对地层的损伤。
阳离子聚丙烯酰胺的介绍：阳离子聚丙烯酰胺与骨料的表面具有较强的粘结能力，将阳离子聚丙烯酰胺包裹在骨料外部可以防止骨料在压裂过程中脱落。其中，阳离子聚丙烯酰胺的质量份数可以根据需要进行设置并更改，在本发明实施例中，对此不作具体限定。
在一种可能的实现方式中，阳离子聚丙烯酰胺的质量份数为0.5～1.0。例如，阳离子聚丙烯酰胺的质量份数可以为0.5、0.6、0.7、0.8、1.0。
阴离子聚丙烯酰胺的介绍：阴离子聚丙烯酰胺具有较好的吸水性，吸水可膨胀，自身吸水倍率大于5倍，因此，将阴离子聚丙烯酰胺包裹在阳离子聚丙烯酰胺外部，可以使该支撑剂充分吸水膨胀，从而降低支撑剂的体积密度，达到支撑剂在清水携砂液中悬浮的目的。
其中，阴离子聚丙烯酰胺的质量份数可以根据需要进行设置并更改，在本发明实施例中，对此不作具体限定。
在一种可能的实现方式中，阴离子聚丙烯酰胺的质量份数为1.0～1.5。例如，阴离子聚丙烯酰胺的质量份数可以为1.0、1.1、1.2、1.3、1.4、1.5。
需要说明的一点是，在本发明实施例中，通过调整阳离子聚丙烯酰胺和阴离子聚丙烯酰胺的质量份数，使得阳离子聚丙烯酰胺和阴离子聚丙烯酰胺相互协同配合，从而可以制备出在清水携砂液中悬浮的支撑剂。该支撑剂在遇清水后，其密度小于清水的密度，从而可以悬浮在清水中。
骨料的介绍：骨料为河沙、海沙、石英砂、陶粒和玻璃珠中的至少一种。
其中，河沙、海沙、石英砂、陶粒和玻璃珠的粒径可以根据需要进行选择并更改，在本发明实施例中，对此不作具体限定。例如，河沙、海沙、石英砂、陶粒和玻璃珠的粒径可以为20～40目。使用20～40目的河沙、海沙、石英砂、陶粒和玻璃珠作为骨料，一方面可以降低支撑剂的成本，另一方面可以提高支撑剂的导流性和支撑强度，防止裂缝闭合。
本发明实施例提供了一种压裂液，该压裂液包括：携砂液和支撑剂；
该支撑剂为上述提供的支撑剂；
该携砂液为第一清水；
支撑剂占携砂液的比例不超过50％。
在一种可能的实现方式中，支撑剂占携砂液的比例可以根据需要进行设置并更改，该本发明实施例中，支撑剂占携砂液的比例不超过50％。例如，支撑剂占携砂液的比例可以为8％～50％。另外，在本发明实施例中，该比例为体积比，也即支撑剂的体积占携砂液的体积不超过50％。
在一种可能的实现方式中，该第一清水可以为自来水、蒸馏水、去离子水中的任一种，该第一清水还可以为从井中采出的油中携带的经处理后的水，该水和地层的配伍性良好，可以进一步降低对地层的损伤。在本发明实施例中，对此不作具体限定。
交联剂的介绍：在一种可能的实现方式中，该压裂液还包括：交联剂；
交联剂的质量份数为支撑剂中阴离子聚丙烯酰胺质量份数的0.1％～1％。
在该实现方式中，交联剂可以与阴离子聚丙烯酰胺发生交联作用，形成网状结构，从而和阴离子聚丙烯酰胺一起包裹在阳离子聚丙烯酰胺外部。该交联剂可以为有机铬、有机锆、有机钛、有机铝、硼酸、酚醛树脂和聚乙烯亚胺中的至少一种。
在一种可能的实现方式中，当该交联剂为有机铬时，该交联剂可以为乙酸铬、柠檬酸铬和乳酸铬中的至少一种。
在一种可能的实现方式中，当该交联剂为有机铝时，该交联剂可以为柠檬酸铝。
在一种可能的实现方式中，当该交联剂为酚醛树脂时，该交联剂可以为N,N-亚甲基双丙烯酞胺酚醛树脂。
需要说明的一点是，本发明实施例提供的压裂液可以包括交联剂，也可以不包括交联剂。当该压裂液不包括交联剂时，支撑剂在清水携砂液中搅拌后产生粘度较高的混合液，在清水压裂液中达到初步悬浮效果；当该压裂液包括交联剂时，交联剂可以与支撑剂的第二涂层发生交联作用，进一步提高该支撑剂在携砂液中的悬浮性，悬浮效果更好。因此，当该压裂液不包括交联剂时，该支撑剂为粘弹型自悬浮支撑剂；当该压裂液包括交联剂时，该支撑剂为膨胀型自悬浮支撑剂。
需要说明的一点是，压裂液中是否加入交联剂可以根据目标地层需要进行调节，在本发明实施例中，对此不作具体限定。
本发明实施例提供了一种支撑剂的制备方法，该制备方法包括：
步骤1：将100质量份数的骨料加入第一搅拌器中，向该第一搅拌器中加入0.5～1.5质量份数的阳离子聚丙烯酰胺和20～50质量份数的第二清水，搅拌20min后，得到第一物料。
本步骤中，将100质量份数的骨料加入第一搅拌器中，向该第一搅拌器中加入0.5～1.5质量份数的第一聚丙烯酰胺，搅拌均匀，然后边搅拌边加入20～50质量份数的第二清水，搅拌20min后，得到第一物料。
步骤2：将该第一物料平铺在第一托盘内，置于第一烘箱中烘干，脱除第二清水，得到第一涂层。
第一托盘可以为金属托盘，第一烘箱的温度可以根据需要进行设置并更改，例如，第一烘箱的温度为90℃。第一物料在第一烘箱中的烘干时间也可以根据需要进行设置并更改，例如，烘干时间可以为4h。
步骤3：将第一涂层粉碎、筛分，置于第二搅拌器中，向第二搅拌器中加入1.0～2.0质量份数的阴离子聚丙烯酰胺和20～50质量份数的第三清水，搅拌20min后，得到第二物料。
本步骤中，将步骤2得到的第一涂层置于第二搅拌器中，向第二搅拌器中加入1.0～2.0质量份数的阴离子聚丙烯酰胺，搅拌均匀，然后边搅拌边加入20～50质量份数的第三清水，搅拌20min后，得到第二物料。
其中，第二搅拌器和第一搅拌器可以相同或者不同，在本发明实施例中，对此不作具体限定。第三清水的质量份数和第二清水的质量份数可以相同或不同，在本发明实施例中，对此也不作具体限定。
步骤4：将第二物料平铺在第二托盘内，置于第二烘箱中烘干，脱除第三清水，得到包裹第一涂层的第二涂层，将第二涂层粉碎、筛分，得到该支撑剂。
第二托盘和第一托盘可以相同，均为金属托盘。第二烘箱的温度和第一烘箱的温度也可以相同或不同，第二烘箱的烘干时间和第一烘箱的烘干时间也可以相同或不同。在本发明实施例中，对此均不作具体限定。例如，第二烘箱的温度和第一烘箱的温度相同，为90℃，第二烘箱的烘干时间和第一烘箱的烘干时间相同，为4h。
其中，第二清水和第三清水可以与第一清水相同，也可以不同。当第一清水、第二清水和第三清水相同时，其可以均为从井中采出的油中携带的经处理后的水。在本发明实施例中，对此不作具体限定。
当压裂液中不包括交联剂时，可以直接将该支撑剂加入第一清水的携砂液中，搅拌均匀后，得到该压裂液；当压裂液中包括交联剂时，除了加入支撑剂，还将交联剂加入第一清水的携砂液中，搅拌均匀，使交联剂和支撑剂充分反应，得到该压裂液。
在一种可能的实现方式中，现场配制压裂液时，可以先计算出支撑剂的密度，然后根据携砂液的体积和支撑剂占该携砂液的比例。确定支撑剂的体积。根据支撑剂的密度和体积，计算出支撑剂的质量，从而称取相应质量的支撑剂。
综上所述，在油气田压裂增产的过程中，本发明实施例提供的压裂液采用该支撑剂代替传统石英砂支撑剂，采用清水携砂液代替胍胶携砂液，在实现压裂增产的同时，还可以降低对地层的损伤。
在本发明实施例中，采用本发明实施例制备的支撑剂代替传统石英砂支撑剂，采用清水携砂液代替传统压裂液，该支撑剂遇清水后在2℃～100℃稳定膨胀，密度从1.6g/cm3降低至0.75g/cm3，小于清水的密度，从而在清水中可自悬浮，无需使用传统的胍胶携砂液，也不需要额外加入增稠剂等添加剂，不仅降低了对地层的损伤，还降低了压裂成本，并且地层中裂缝尖端支撑面积更大，相较于传统压裂液，具有更高的压裂效率，从而提高油气田产量。并且，该支撑剂在加入清水中与清水混合的过程、混合液泵入地层的过程和支撑裂缝过程中耐剪切性较好，压裂作业中泵压较低。另外，该支撑剂制备方法简单易行，可以实现现场实时制备。制备完成后，支撑剂和第一清水一起进入混砂车搅拌混合后，即可泵入地层。待压裂作业完成后，使用常规破胶剂即可破胶，破胶后无固相残留，且破胶后该支撑剂可随清水快速返排，地层渗透率恢复能力和导流恢复能力都优于传统压裂液，对地层损伤程度几乎为零，具有良好的应用前景。
以下将通过具体实施例对本发明的技术方案进行详细说明。
本实施例提供了一种支撑剂，该支撑剂的制备方法如下：
将100g的骨料加入第一搅拌器中，向该第一搅拌中加入0.5g第一聚丙烯酰胺和20g第二清水，搅拌20min后，得到第一物料；
将第一物料平铺在第一托盘内，置于第一烘箱中烘干，脱除第二清水，得到第一涂层；
将100g第一涂层置于第二搅拌器中，向第二搅拌器中加入1g第二聚丙烯酰胺和40g第三清水，搅拌20min后，得到第二物料；
将第二物料平铺在第二托盘内，置于第二烘箱中烘干，脱除第三清水，得到第二涂层，将第二涂层粉碎、筛分，得到该支撑剂。
本实施例还对该支撑剂进行沉降试验，具体过程为：将该支撑剂和第一清水按体积比为40:100混合，搅拌90s后，观察到该支撑剂在第一清水中处于悬浮状态，120min后无分层、沉降现象。
本实施例还对该支撑剂制备的压裂液进行破胶试验，具体过程为：将该支撑剂和第一清水按体积比为40:100混合，搅拌90s后，观察到支撑剂在第一清水中处于悬浮状态。然后加入0.5％的破胶剂过硫酸铵，在60℃条件下加热480min，支撑剂沉降，测定此时压裂液的粘度。经测定，该粘度为4.0cP(厘泊)，粘度较低，说明破胶效果良好。
以上所述仅是为了便于本领域的技术人员理解本发明的技术方案，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)
1.一种支撑剂，其特征在于，所述支撑剂由第一涂层和第二涂层组成，所述第二涂层包裹所述第一涂层；
所述第一涂层包括：100质量份数的骨料和0.5～1.5质量份数的阳离子聚丙烯酰胺，所述阳离子聚丙烯酰胺包裹所述骨料；
所述第二涂层包括：1.0～2.0质量份数的阴离子聚丙烯酰胺，所述阴离子聚丙烯酰胺包裹所述阳离子聚丙烯酰胺；
所述支撑剂在以清水作为携砂液中的密度为0.75g/cm3。
2.根据权利要求1所述的支撑剂，其特征在于，所述骨料为河沙、海沙、石英砂、陶粒和玻璃珠中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的支撑剂，其特征在于，所述阳离子聚丙烯酰胺的质量份数为0.5～1.0；
所述阴离子聚丙烯酰胺的质量份数为1.0～1.5。
4.一种压裂液，其特征在于，所述压裂液包括：第一清水和支撑剂；
所述支撑剂为权利要求1～3任一所述的支撑剂；
所述支撑剂占所述第一清水的比例不超过50％，且所述支撑剂在所述第一清水中的密度为0.75g/cm3。
5.根据权利要求4所述的压裂液，其特征在于，所述压裂液还包括：交联剂；
所述交联剂的质量份数为所述支撑剂中阴离子聚丙烯酰胺质量份数的0.1％～1％。
6.根据权利要求5所述的压裂液，其特征在于，所述阴离子聚丙烯酰胺和所述交联剂包裹所述阳离子聚丙烯酰胺。
7.根据权利要求5所述的压裂液，其特征在于，所述交联剂为有机铬、有机锆、有机钛、有机铝、硼酸、酚醛树脂和聚乙烯亚胺中的至少一种。
8.根据权利要求7所述的压裂液，其特征在于，当所述交联剂为有机铬时，所述交联剂为乙酸铬、柠檬酸铬和乳酸铬中的至少一种。
9.根据权利要求7所述的压裂液，其特征在于，当所述交联剂为有机铝时，所述交联剂为柠檬酸铝。
10.一种权利要求1至3任一所述的支撑剂的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：
将100质量份数的所述骨料加入第一搅拌器中，向所述第一搅拌器中加入0.5～1.5质量份数的所述阳离子聚丙烯酰胺和20～50质量份数的第二清水，搅拌20min后，得到第一物料；
将所述第一物料平铺在第一托盘内，置于第一烘箱中烘干，脱除所述第二清水，得到所述第一涂层；
将所述第一涂层粉碎、筛分，置于第二搅拌器中，向所述第二搅拌器中加入1.0～2.0质量份数的阴离子聚丙烯酰胺和20～50质量份数的第三清水，搅拌20min后，得到第二物料；
将所述第二物料平铺在第二托盘内，置于第二烘箱中烘干，脱除所述第三清水，得到包裹所述第一涂层的所述第二涂层，将所述第二涂层粉碎、筛分，得到所述支撑剂。
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