CN113403051A - 一种自适应暂堵球及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种自适应暂堵球及其制造方法，包括高分子材料60‑95%，无机材料10‑36%，加工助剂4‑10%，其中，所述高分子材料为可熔融加工的水溶性高分子材料或几种高分子材料混合，所述无机材料为粉末状可以是水溶性的或者是不溶性，所述加工助剂为增塑剂，所述增塑剂可是水溶性低聚物或水溶性有机化合物。
Description
技术领域
本发明涉及暂堵球领域，具体为一种自适应暂堵球及其制造方法。
背景技术
随着转向压裂技术的广泛应用，在该技术中起重要作用的暂堵剂也有很大的发展，水溶性暂堵剂也成为了发展的主，确实如此，目前的在低渗致密储层水平井中，目前采用其中的近井地带自适应导向分段压裂技术，广泛应用于分簇射孔的多级分段压裂工艺中，在已分簇射孔的压裂井段中，利用特有的不同粒径组合的自适应导向剂，将已压裂井段的射孔孔眼、射孔孔道和近井压裂裂缝进行有效的桥堵，以使后续压裂在未压裂分簇射孔井段重新延伸压裂裂缝，达到动态多级分段压裂的目标。
组合粒径自适应导向材料性质稳定，与压裂液有着非常好的配，当压裂施工结束后，这种导向剂可以自行降解，释放被暂时封堵的井段而成为油气入井的通道，降解的自适应导向剂材料将随压裂液返排至地面，对储层没有任何伤害和污，自适应导向压裂技术利用大小不同颗粒的自适应导向材料，快速对射孔孔眼、射孔孔道和近井裂缝处形成的桥堵，降低漏失，起到自适应导向的作用，井底净压快速升高，压开新的裂缝，使压裂液的导向新裂缝，进一部扩展和延，自适应导向材料溶解能力不受地层压力和施工压力影响，自降解后对储层无污染。
水溶性暂堵剂种类繁多，在使用形态上有颗粒、丝状、胶塞及其混合物，在化学组成上有交联的或非交联的各种合成或天然高分子聚合，目前市场上主流的降解材料基本上是聚乳酸（PLA）、聚对苯二甲酸丁二酸丁二醇酯（PBAT）等在力学性质上可以满足要求的材料，它们被制成各种形状的产品，用于纤维状物、压裂堵球、甚至一些可溶解的桥塞等，都有一定的市场规模。但研究表明，完成暂堵后的暂堵剂很难从地层中完全清除，造成的残留可能永久性地降低地层渗透率，其中这些常见的可降解材料，并不是水溶性的，不能满足在一定时间内（72小时）溶解的需求。
目前已经工业化生产的可降解高分子材料，降解过程均需要较长的时间周期，不能满足石油压裂开采技术的实施需，有些研究者尝试了水溶性高分子材料制作溶解球，但研究发现许多缓慢溶于水的聚合物树脂难以模塑为球形。另外一些聚合物树脂不是太硬就是太软，它们的抗压强度不足。还有一些聚合物树脂与水分接触时会膨胀，这会在使用前引起储存稳定性问题以及操作问题，例如球状注射器堵塞和使用期间密封效率降低。还有一些聚合物树脂需要用酸处理来去除。而此为传统技术的主要技术缺点。
发明内容
本发明采用的技术方案为：一种自适应暂堵球，包括高分子材料60-95%，无机材料10-36%，加工助剂4-10%，其中，所述高分子材料为可熔融加工的水溶性高分子材料或几种高分子材料混合，所述无机材料为粉末状可以是水溶性的、也可以是不溶性的。
所述加工助剂为增塑剂，所述增塑剂可是水溶性低聚物或水溶性有机化合物，所述水溶性高分子材料，可以热熔加工，所述水溶性高分子材料的水解率≥98%，所述水溶性高分子材料可以选用：聚乙二醇、乙烯/乙烯醇共聚物、乙烯醇/乙酸乙烯酯共聚以及聚羟基乙酸醇中等水溶性聚合物中的一种或几种。
所述无机材料在所述高分子材料溶于水或其它井下介质后，可以溶解或分散到溶液中，不团聚，可以随液体流出，不会残留地层中，不会影响地层渗透率。
所述无机材料可以是水溶性的无机盐，也可以是不溶性的无机盐粉末，不溶性的无机物末粒径在≤30µm。
所述无机材料对暂堵球具有补强作用。
所述无机材料可以选用：氯化钠、碳酸钙、氯化钙、氢氧化镁、氧化铝、滑石粉等中的一种或几种。
所述增塑剂为水溶性的固态增塑剂或液态增塑剂，所述增塑剂材料可以选用：单羟甲基脲、双羟甲基脲、羟乙基甲酰胺、山梨醇和木糖醇、甘油、乙二醇等中的一种或几种。
一种自适应球的制造方法，包括以下步骤：
步骤一，根据井下使用温度，选择合适的水溶性聚合物，根据封堵时间的要求，选择合适的无机材料，根据材料的种类选择合适的增塑剂。
步骤二，称取以下质量百分含量的组份：高分子材料60-95%，无机材料10-36%，加工助剂4-10%。
步骤三，将步骤二中的材料进行搅拌混合，得均匀的混合物。
步骤四，将步骤三所得的所述混合物放入螺杆挤出机，通过螺杆挤出的热熔作用，将所述混合物加热成粘流态的塑料，注成球形或半球形模具。
步骤五，将步骤四所得球形或半球形封堵材料，进一步整形处理，得到尺寸准确的水溶性暂堵球。
在具体实施的时候，所述高分子材料、所述无机材料以及所述加工助剂所述的混合是在室温条件下混合。
在具体实施的时候，所述混合物在所述螺杆挤出机的加工温度为140-180℃，可以根据挤出成型质量，确定是否先造粒再注塑或模压成型。
在具体实施的时候，所述暂堵球所述进一步处理是在已初步成型的所述封堵球外层通过溶液法包覆一层对溶解温度较为敏感的水溶性高分子材料，
所述水溶性高分子材料可以选用，甲基纤维素、壳聚糖、聚合度可控的聚乙烯醇等。
本发明的有效效果为：本发明实施组合粒径自适应导向材料性质稳定，与压裂液有着非常好的配套，当压裂施工结束后，这种暂堵材料可以自行降解，释放被暂时封堵的井段而成为油气入井的通道，降解的自适应导向剂材料将随压裂液返排至地面，对储层没有任何伤害和污染。
自适应导向压裂技术利用大小不同颗粒的自适应导向材料，快速对射孔孔眼、射孔孔道和近井裂缝处形成的桥堵，降低漏失，起到自适应导向的作用，井底净压快速升高，压开新的裂缝，使压裂液的导向新裂缝，进一部扩展和延伸，本发明制备的所述暂堵球，自适应导向材料溶解能力不受地层压力和施工压力影响，自降解后对储层无污染。
采用可以所述水溶性高分子材料作为基体，通过配方改性，调节其熔融加工性能，解决水溶性高分子材料的模塑成型技术难题，通过添加所述无机材料，提高溶解球的耐压强度。
附图说明
图1为本发明的暂堵球的球状与半球状结构示意图。
具体实施方式
如图1所述，一种自适应暂堵球包括高分子材料60-95%，无机材料10-36%，加工助剂4-10%，其中，所述高分子材料为可熔融加工的水溶性高分子材料或几种高分子材料混合。
所述无机材料为粉末状可以是水溶性的、也可以是不溶性的。
所述加工助剂为增塑剂，所述增塑剂可是水溶性低聚物或水溶性有机化合物。
所述水溶性高分子材料，可以热熔加工，所述水溶性高分子材料的水解率≥98%。
所述水溶性高分子材料可以选用：聚乙二醇、乙烯/乙烯醇共聚物、乙烯醇/乙酸乙烯酯共聚以及聚羟基乙酸醇中等水溶性聚合物中的一种或几种。
所述无机材料在所述高分子材料溶于水或其它井下介质后，可以溶解或分散到溶液中，不团聚，可以随液体流出，不会残留地层中，不会影响地层渗透率。
所述无机材料可以是水溶性的无机盐，也可以是不溶性的无机盐粉末，不溶性的无机物末粒径在≤30µm。
所述无机材料对暂堵球具有补强作用。
所述无机材料可以选用：氯化钠、碳酸钙、氯化钙、氢氧化镁、氧化铝、滑石粉等中的一种或几种。
所述增塑剂为水溶性的固态增塑剂或液态增塑剂，所述增塑剂材料可以选用：单羟甲基脲、双羟甲基脲、羟乙基甲酰胺、山梨醇和木糖醇、甘油、乙二醇等中的一种或几种。
一种自适应球的制造方法，包括以下步骤：
步骤一，根据井下使用温度，选择合适的水溶性聚合物，根据封堵时间的要求，选择合适的无机材料，根据材料的种类选择合适的增塑剂。
步骤二，称取以下质量百分含量的组份：高分子材料60-95%，无机材料10-36%，加工助剂4-10%。
步骤三，将步骤二中的材料进行搅拌混合，得均匀的混合物。
步骤四，将步骤三所得的所述混合物放入螺杆挤出机，通过螺杆挤出的热熔作用，将所述混合物加热成粘流态的塑料，注成球形或半球形模具。
步骤五，将步骤四所得球形或半球形封堵材料，进一步整形处理，得到尺寸准确的水溶性暂堵球。
在具体实施的时候，所述高分子材料、所述无机材料以及所述加工助剂所述的混合是在室温条件下混合。
在具体实施的时候，所述混合物在所述螺杆挤出机的加工温度为140-180℃，可以根据挤出成型质量，确定是否先造粒再注塑或模压成型。
在具体实施的时候，所述暂堵球所述进一步处理是在已初步成型的所述封堵球外层通过溶液法包覆一层对溶解温度较为敏感的水溶性高分子材料，
所述水溶性高分子材料可以选用，甲基纤维素、壳聚糖、聚合度可控的聚乙烯醇等。
在使用的时候，第一种实施例使用以下步骤，
步骤（一）根据井下使用温度，选择合适的所述水溶性聚合物，根据封堵时间的要求，选择合适的所述无机材料，根据材料的种类选择合适的所述增塑剂。
步骤（二）根据称取以下质量百分含量的组份：
称取原料：
聚乙烯醇1799 70%
碳酸钙粉末 23%
山梨醇 4%
丙三醇 3%
步骤（三）将步骤（二）中的材料用高速混合机进行搅拌混合，得均匀的所述混合物。
步骤（四）将步骤（三）所得物料放入所述螺杆挤出机，通过螺杆挤出的热熔作用，将所述混合物加热成粘流态的塑料，注球形或半球形模具，所述螺杆挤出机温度控制在150~180℃。
步骤（五）将步骤（四）所得球形或半球形封堵材料，进一步整形处理，得到尺寸准确的水溶性暂堵球。
高强度水溶性缝口所述暂堵球在一定100℃条件下，72小时内可完全溶解，溶解率100%，所述封堵球可承受 40MPFK 压力，可以起到明显暂堵效果。
第二种实施例与所述第一种实施例的区别在于在井下不同的温度需求选用不同的组份，第二实施例使用以下步骤，
步骤（一）根据井下使用温度，选择合适的水溶性聚合物，根据封堵时间的要求，选择合适的所述无机材料，根据材料的种类选择合适的所述增塑剂。
步骤（二）根据称取以下质量百分含量的组份：
称取原料：
乙烯醇/乙酸乙烯共聚物 76%
碳酸钙粉末 20%
增塑剂 4%
步骤（三）将步骤（二）中的材料用高速混合机进行搅拌混合，得均匀的混合物。
步骤（四）将步骤（三）所得所述混合物放入螺杆挤出机，通过螺杆挤出的热熔作用，将所述混合物加热成粘流态的塑料，注球形或半球形模具，所述螺杆挤出机温度控制在150~180℃。
步骤（五）将步骤（四）所得球形或半球形封堵材料，进一步整形处理，得到尺寸准确的水溶性所述暂堵球。
高强度水溶性缝口所述暂堵剂在一定80℃条件下，72小时内可完全溶解，溶解率98%。封堵球可承受 40MPFK 压力，可以起到明显暂堵效果。
Claims (9)
1.一种自适应暂堵球，其特征在于：包括高分子材料60-95%，无机材料10-36%，加工助剂4-10%，其中，所述高分子材料为可熔融加工的水溶性高分子材料或几种高分子材料混合，
所述无机材料为粉末状可以是水溶性的或者是不溶性，
所述加工助剂为增塑剂，所述增塑剂可是水溶性低聚物或水溶性有机化合物。
2.根据权利要求1所述一种自适应暂堵球，其特征在于：所述水溶性高分子材料，可以热熔加工，所述水溶性高分子材料可以选用：聚乙二醇、乙烯/乙烯醇共聚物、乙烯醇/乙酸乙烯酯共聚以及聚羟基乙酸醇中等水溶性聚合物中的一种或几种。
3.根据权利要求1所述一种自适应暂堵球，其特征在于：所述无机材料在所述高分子材料溶于水或其它井下介质后，可以溶解或分散到溶液中，不团聚，可以随液体流出，不会残留地层中，不会影响地层渗透率，
所述无机材料可以是水溶性的无机盐，也可以是不溶性的无机盐粉末，不溶性的无机物末粒径在≤30µm。
4.根据权利要求3所述一种自适应暂堵球，其特征在于：所述无机材料可以选用：氯化钠、碳酸钙、氯化钙、氢氧化镁、氧化铝、滑石粉等中的一种或几种。
5.根据权利要求1所述一种自适应暂堵球，其特征在于：所述增塑剂为水溶性的固态增塑剂或液态增塑剂，所述增塑剂材料可以选用：单羟甲基脲、双羟甲基脲、羟乙基甲酰胺、山梨醇和木糖醇、甘油、乙二醇等中的一种或几种。
6.一种自适应球的制造方法，其特征在于，包括以下步骤:
步骤一、根据井下使用温度，选择合适的水溶性聚合物，根据封堵时间的要求，选择合适的无机材料，根据材料的种类选择合适的增塑剂，
步骤二、称取以下质量百分含量的组份：高分子材料60-95%，无机材料10-36%，加工助剂4-10%，
步骤三、将步骤二中的材料进行搅拌混合，得均匀的混合物，
步骤四、将步骤三所得的所述混合物放入螺杆挤出机，通过螺杆挤出的热熔作用，将所述混合物加热成粘流态的塑料，注成球形或半球形模具，
步骤五、将步骤四所得球形或半球形封堵材料，进一步整形处理，得到尺寸准确的水溶性暂堵球。
7.根据权利6所述一种自适应球的制造方法，其特征在于：所述混合物在所述螺杆挤出机的加工温度为140-180℃，可以根据挤出成型质量，确定是否先造粒再注塑或模压成型。
8.根据权利6所述一种自适应球的制造方法，其特征在于：所述暂堵球所述进一步处理是在已初步成型的所述封堵球外层通过溶液法包覆一层对溶解温度较为敏感的水溶性高分子材料。
9.根据权利8所述一种自适应球的制造方法，其特征在于：所述水溶性高分子材料可以选用甲基纤维素、壳聚糖以及聚乙烯醇。
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