CN114854391A - 一种清水压裂支撑剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种清水压裂支撑剂及其制备方法，涉及压裂技术领域。该清水压裂支撑剂，包括支撑剂颗粒和电性材料，所述电性材料涂层涂覆支撑剂颗粒表面上，用来生产清水压裂支撑剂，所述支撑剂颗粒以固体石英砂或陶粒为主体，以树脂、增韧剂、润滑剂与表活剂为辅助材料，一种清水压裂支撑剂的方法，包括，S1、按照所述石英砂或陶粒、树脂、增韧剂、润滑剂与表活剂的质量百分比称取待用，S2、将S1中的石英砂或陶粒加热至150‑160℃，然后加入树脂搅拌均匀，S3、然后向S2中加入增韧剂、润滑剂搅拌均匀，S4、将S3中搅拌均匀的支撑剂降温15‑30分钟，然后加入表活剂搅拌均匀并分筛，得到清水压裂支撑剂。

Description

一种清水压裂支撑剂及其制备方法

技术领域

本发明涉及压裂技术领域，具体为一种清水压裂支撑剂及其制备方法。

背景技术

“压裂”是指采油或采气过程中，利用水力作用，使油气层形成裂缝的一种方法，又称水力压裂。油气层压裂工艺过程用压裂车，把高压大排量具有一定粘度的液体挤入油层，当把油层压出许多裂缝后，加入支撑剂(如石英砂等)充填进裂缝，支撑剂在此形成用于保持打开裂缝的填充层和支撑层，提高油气层的渗透能力，以增加注水量(注水井)或产油量(油井)。为了完成在裂缝内部放置支撑剂，将这些颗粒在流体中的悬浮，随后泵至地下目的层。为了放置颗粒沉降，通过需要高粘度流体来悬浮颗粒。通过加入合成的或天然的聚合物来控制流体粘度。在水力压裂操作过程中通常用于悬浮和输送支撑剂的聚合物增强流体系统的三种常见类型：滑溜水、线形胶和交联的凝胶。

在滑溜水系统中，通常加入阴离子或阳离子聚丙烯酰胺作为摩擦降低剂添加剂，允许最大流体以最小泵送能量流动。由于水力压裂的泵送能量要求高在10000-100000马力左右，向滑溜水流体中加入摩擦降低剂，使得具有高泵送速率，同时避免需要甚至更高的泵送能量。虽然这些聚合物作为摩擦降低剂是有效的，但是它们作为增粘剂和悬浮剂并不是高效的。滑溜水聚合物溶液通常1000加仑滑溜水流体含有0.5-2.0加仑摩擦降低剂聚合物，并且该溶液具有低粘度，通常为3-15cps左右。在该低粘度下，一旦湍流流动停止，悬浮的支撑剂颗粒能够容易地从悬浮液沉降出来。出于该原因，滑溜水流体在不具有支撑剂、具有小粒径的支撑剂或低支撑剂载荷的压裂阶段中使用。

第二种类型的聚合物增强的流体系统称为线形凝胶体系。线性凝胶系统通常含有碳水化合物聚合物，例如瓜尔、羟乙基纤维素、羟乙基瓜尔、羟丙基瓜尔和羟丙基纤维素。这些线性凝胶聚合物通常以每1000加仑线性凝胶流体10-50磅聚合物的使用速率加入。线性凝胶聚合物的这些浓度导致相对于滑溜水流体具有改性的支撑剂悬浮特性的流体。在每加仑流体月0.1-1磅支撑剂的载荷水平下，线性凝胶流体用于输送支撑剂。超过该支撑剂载荷水平，通常需要更粘稠的溶液来制备稳定的悬浮液。

交联的凝胶是用于输送支撑剂的最粘稠类型的聚合物增强的流体。在交联的凝胶系统中，如上所述的线性凝胶流体在碱金属存在下与加入的试剂硼酸盐、锆酸盐和钛酸盐交联。当线性凝胶流体交联的凝胶流体时，粘度高得多，并且支撑剂可有效悬浮。线性凝胶和交联的凝胶流体具有某些优点，但是它们需要高剂量速率的昂贵的聚合物。

现有施工材料和设备可以影响输送浆料的流变学性质，使其更加难以将支撑剂递送至裂缝内的期望位置。使用添加剂可干扰在压裂部位内的支撑剂混合的均匀放置。虽然本领域存在已知的方法来解决支撑剂系统的限制，但是仍存在某些问题。因此，本领域需要改进的支撑剂系统，该改进的支撑剂系统允许精确放置、在放置后保持裂缝传导率、保护井生产效率、设备寿命简化水力压裂操作、减少对环境的影响以及促进工人健康和安全性。还期望这样的改进的系统成本高效。

发明内容

（一）解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供了一种清水压裂支撑剂及其制备方法，解决了支撑剂放置位置不精准，在放置后无法保持裂缝传导率、保护井生产效率、设备寿命简化水力压裂操作、对环境造成污染影响以及影响工人健康和安全性的问题。

（二）技术方案

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种清水压裂支撑剂，包括支撑剂颗粒和电性材料，所述电性材料涂层涂覆支撑剂颗粒表面上，用来生产清水压裂支撑剂；

所述支撑剂颗粒以固体石英砂或陶粒为主体，以树脂、增韧剂、润滑剂与表活剂为辅助材料；

清水压裂支撑剂床层高度≥32mm、自悬浮比≥7%、减阻率≥25%、携砂液粘度增加率（25℃）＜5%。

优选的，所述支撑剂颗粒组成及其质量百分比为：英砂或陶粒90-96%、树脂1-5%、增韧剂0.1-0.5%、润滑剂0.3-0.8%、表面活性剂0.5-2%。

优选的，所述石英砂或陶粒选择的目数在20-40目、30-50目、40-70目，所述树脂是酚醛树脂、聚酯树脂、聚酰胺树脂、环氧树脂和脲醛树脂中的一种或几种混合的组合物（酚醛树脂:聚酯树脂=1:1、环氧树脂：脲醛树脂=1:3、聚酰胺树脂：环氧树脂=1:5、酚醛树脂：聚酯树脂=3:1），所述增韧剂包含液体聚硫橡胶、液体丙烯酸酯橡胶、液体聚丁二烯橡胶、丁腈橡胶、乙丙橡胶及丁苯橡胶（液体丙烯酸酯橡胶：液体聚丁二烯橡胶=1:1、液体聚丁二烯橡胶：丁腈橡胶=1:1.5、液体聚硫橡胶：液体丙烯酸酯橡胶=0.5:1）。

优选的，所述润滑剂是硅油、脂肪酸酰胺、油酸、聚酯、合成酯、羧酸中的一种或几种混合的组合物（硅油：脂肪酸酰胺：油酸=1:1:1、合成酯：羧酸=0.8:1、油酸：聚酯：合成酯=0.5:0.5:1），所述表面活性剂包含直链烷基苯磺酸钠（LAS）、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠（AES）、月桂醇硫酸钠（SDS）、月桂酰谷氨酸、壬基酚聚氧乙烯醚（TX-10）、平平加O、硬脂酸甘油单酯、木质素磺酸盐、重烷基苯磺酸盐、烷基磺酸盐（石油磺酸盐）、扩散剂NNO、烷基聚醚（PO-EO共聚物）、脂肪醇聚氧乙烯醚（AEO-3）（直链烷基苯磺酸钠（LAS）：脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠（AES）=1:1、桂醇硫酸钠（SDS）：月桂酰谷氨酸：壬基酚聚氧乙烯醚（TX-10）=0.2:0.7:1、硬脂酸甘油单酯：木质素磺酸盐：重烷基苯磺酸盐=0.2:1:0.5、烷基聚醚（PO-EO共聚物）：脂肪醇聚氧乙烯醚（AEO-3）=1:0.8）。

一种清水压裂支撑剂的方法，包括；

S1、按照所述石英砂或陶粒、树脂、增韧剂、润滑剂与表活剂的质量百分比称取待用；

S2、将S1中的石英砂或陶粒加热至150-160℃，然后加入树脂搅拌均匀；

S3、然后向S2中加入增韧剂、润滑剂搅拌均匀；

S4、将S3中搅拌均匀的支撑剂降温15-30分钟，然后加入表活剂搅拌均匀并分筛，得到清水压裂支撑剂，清水压裂支撑剂能够满足以下技术要求：床层高度≥32mm、自悬浮比≥7%、减阻率≥25%、携砂液粘度增加率（25℃）＜5%。

（三）有益效果

本发明提供了一种清水压裂支撑剂及其制备方法。具备以下有益效果：

生产的清水压裂支撑剂具有稳定悬砂速度快，无需提前配液，保证放置位置精准；环境适应能力强，四季皆可施工；压裂液无鱼眼，无需交联；携砂能力强，可实现全裂缝携砂；压裂液粘度低，为压裂复杂裂缝提供保障；无残渣，地层伤害小；无需富余压裂液，无配液车和配液罐清洗的问题，可根据施工中的状况随时调整压裂液配制量；返排液经过简单处理可以再利用，满足大砂量、大规模连续压裂施工要求；环境污染风险小等特点。

具体实施方式

下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一：

本发明实施例提供一种清水压裂支撑剂，包括支撑剂颗粒和电性材料，电性材料涂层涂覆支撑剂颗粒表面上，用来生产清水压裂支撑剂；

支撑剂颗粒以固体石英砂或陶粒为主体，以树脂、增韧剂、润滑剂与表活剂为辅助材料，支撑剂颗粒组成及其质量百分比为：英砂或陶粒90-96%、树脂1-5%、增韧剂0.1-0.5%、润滑剂0.3-0.8%、表面活性剂0.5-2%，石英砂或陶粒选择的目数在20-40目、30-50目、40-70目。

树脂是酚醛树脂、聚酯树脂、聚酰胺树脂、环氧树脂和脲醛树脂中的一种或几种混合的组合物。

本实施例中，树脂是包括酚醛树脂和聚酯树脂按照1:1重量比混合的混合物。

作为其他优选的实施例，树脂还包括以下组合方式：

环氧树脂：脲醛树脂=1:3、聚酰胺树脂：环氧树脂=1:5、酚醛树脂：聚酯树脂=3:1）。

增韧剂是液体聚硫橡胶、液体丙烯酸酯橡胶、液体聚丁二烯橡胶、丁腈橡胶、乙丙橡胶及丁苯橡胶中的一种或几种混合的组合物。

本实施例中，增韧剂是包含液体丙烯酸酯橡胶和液体聚丁二烯橡胶按照1:1的重量进行匹配的混合物。

作为其他优选的实施例，增韧剂的组合还包括以下方式：

液体聚丁二烯橡胶：丁腈橡胶=1:1.5、液体聚硫橡胶：液体丙烯酸酯橡胶=0.5:1。

润滑剂是硅油、脂肪酸酰胺、油酸、聚酯、合成酯、羧酸中的一种或几种混合的组合物。

本实施例中，润滑剂是包含硅油、脂肪酸酰胺、油酸，且按照1:1:1的重量进行配比的混合物。

作为其他优选的实施例，润滑剂还包括以下组合方式：

合成酯：羧酸=0.8:1、油酸：聚酯：合成酯=0.5:0.5:1。

表面活性剂是直链烷基苯磺酸钠（LAS）、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠（AES）、月桂醇硫酸钠（SDS）、月桂酰谷氨酸、壬基酚聚氧乙烯醚（TX-10）、平平加O、硬脂酸甘油单酯、木质素磺酸盐、重烷基苯磺酸盐、烷基磺酸盐（石油磺酸盐）、扩散剂NNO、烷基聚醚（PO-EO共聚物）、脂肪醇聚氧乙烯醚（AEO-3）中的一种或几种混合的组合物。

本实施例中，表面活性剂包含直链烷基苯磺酸钠（LAS）和脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠（AES）按照1:1的重量配合的混合物。

作为其他优选的实施例，表面活性剂还包括以下组合方式：

桂醇硫酸钠（SDS）：月桂酰谷氨酸：壬基酚聚氧乙烯醚（TX-10）=0.2:0.7:1、硬脂酸甘油单酯：木质素磺酸盐：重烷基苯磺酸盐=0.2:1:0.5、烷基聚醚（PO-EO共聚物）：脂肪醇聚氧乙烯醚（AEO-3）=1:0.8）。

清水压裂支撑剂床层高度≥32mm、自悬浮比≥7%、减阻率≥25%、携砂液粘度增加率（25℃）＜5%，其他技术指标复合GB/T17125-2019。

一种清水压裂支撑剂的方法，包括；

S1、按照质量百分比石英砂94%、树脂4%、增韧剂0.3%、润滑剂0.7%与表活剂1%称取待用；

S2、将S1中的94%石英砂加热至150℃，然后加入4%树脂搅拌均匀；

S3、然后向S2中加入增韧剂0.3%、润滑剂0.7%搅拌均匀；

S4、将S3中搅拌均匀的支撑剂降温20分钟，然后加入表活剂1%搅拌均匀过分级筛，得到清水压裂支撑剂，经检测成品体积密度1.29g/cm3，闭合破碎率为52MPa时，破碎率为4.78%，其他技术指标床层高度35.2mm、自悬浮比8.64%、减阻率31.5%、携砂液粘度增加率（25℃）2%，满足以下技术要求：床层高度≥32mm、自悬浮比≥7%、减阻率≥25%、携砂液粘度增加率（25℃）＜5%。

实施例二：

本实施例与实施例一的不同之处在于：

一种清水压裂支撑剂的方法，包括；

S1、按照质量百分比石英砂94.5%、树脂3.5%、增韧剂0.4%、润滑剂0.6%与表活剂1%称取待用；

S2、将S1中的94.5%石英砂加热至155℃，然后加入3.5%树脂搅拌均匀；

S3、然后向S2中加入增韧剂0.4%、润滑剂0.6%搅拌均匀；

S4、将S3中搅拌均匀的支撑剂降温20分钟，然后加入表活剂1%搅拌均匀过分级筛，得到清水压裂支撑剂，经检测成品体积密度1.30g/cm3，闭合破碎率为52MPa时破碎率为5.45%，其他技术指标床层高度35.3mm、自悬浮比8.71%、减阻率31.4%、携砂液粘度增加率（25℃）2%，满足以下技术要求：床层高度≥32mm、自悬浮比≥7%、减阻率≥25%、携砂液粘度增加率（25℃）＜5%。

实施例三：

本实施例与实施例一的不同之处在于：

一种清水压裂支撑剂的方法，包括；

S1、按照质量百分比石英砂95%、树脂3%、增韧剂0.5%、润滑剂0.5%与表活剂1%称取待用；

S2、将S1中的95%石英砂加热至160℃，然后加入3.0%树脂搅拌均匀；

S3、然后向S2中加入增韧剂0.5%、润滑剂0.5%搅拌均匀；

S4、将S3中搅拌均匀的支撑剂降温20分钟，然后加入表活剂1%搅拌均匀过分级筛，得到清水压裂支撑剂，经检测成品体积密度1.31g/cm3，闭合破碎率为52MPa时破碎率为6.31%，其他技术指标床层高度35.3mm、自悬浮比8.71%、减阻率31.4%、携砂液粘度增加率（25℃）1.8%，满足以下技术要求：床层高度≥32mm、自悬浮比≥7%、减阻率≥25%、携砂液粘度增加率（25℃）＜5%。

实施例四：

本实施例与实施例一的不同之处在于：

一种清水压裂支撑剂的方法，包括；

S1、按照质量百分比石英砂93%、树脂5.0%、增韧剂0.5%、润滑剂0.5%与表活剂1%称取待用；

S2、将S1中的93%石英砂加热至155℃，然后加入5.0%树脂搅拌均匀；

S3、然后向S2中加入增韧剂0.5%、润滑剂0.5%搅拌均匀；

S4、将S3中搅拌均匀的支撑剂降温20分钟，然后加入表活剂1%搅拌均匀过分级筛，得到清水压裂支撑剂，经检测成品体积密度1.28g/cm3，闭合破碎率为52MPa时破碎率为4.15%。其他技术指标床层高度35.6mm、自悬浮比9.12%、减阻率32.1%、携砂液粘度增加率（25℃）1.75%，满足以下技术要求：床层高度≥32mm、自悬浮比≥7%、减阻率≥25%、携砂液粘度增加率（25℃）＜5%。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (5)

1.一种清水压裂支撑剂，包括支撑剂颗粒和电性材料，其特征在于；所述电性材料涂层涂覆支撑剂颗粒表面上，用来生产清水压裂支撑剂；

所述支撑剂颗粒以固体石英砂或陶粒为主体，以树脂、增韧剂、润滑剂与表活剂为辅助材料；

清水压裂支撑剂床层高度≥32mm、自悬浮比≥7%、减阻率≥25%、携砂液粘度增加率（25℃）＜5%。

2.根据权利要求1所述的一种清水压裂支撑剂，其特征在于：所述支撑剂颗粒组成及其质量百分比为：英砂或陶粒90-96%、树脂1-5%、增韧剂0.1-0.5%、润滑剂0.3-0.8%、表面活性剂0.5-2%。

3.根据权利要求2所述的一种清水压裂支撑剂，其特征在于：所述石英砂或陶粒选择的目数在20-40目、30-50目、40-70目；所述树脂是酚醛树脂、聚酯树脂、聚酰胺树脂、环氧树脂和脲醛树脂中的一种或几种混合的组合物。

4.根据权利要求3所述的一种清水压裂支撑剂及其制备方法，其特征在于：所述润滑剂是硅油、脂肪酸酰胺、油酸、聚酯、合成酯、羧酸中的一种或几种混合的组合物。

5.一种清水压裂支撑剂的方法，其特征在于：包括；

S1、按照所述石英砂或陶粒、树脂、增韧剂、润滑剂与表活剂的质量百分比称取待用；

S2、将S1中的石英砂或陶粒加热至150-160℃，然后加入树脂搅拌均匀；

S3、然后向S2中加入增韧剂、润滑剂搅拌均匀；

S4、将S3中搅拌均匀的支撑剂降温15-30分钟，然后加入表活剂搅拌均匀并分筛，得到清水压裂支撑剂，清水压裂支撑剂能够满足以下技术要求：床层高度≥32mm、自悬浮比≥7%、减阻率≥25%、携砂液粘度增加率（25℃）＜5%。