CN115287049A

CN115287049A - 一种高温抗压暂堵材料及其制备方法

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Publication number: CN115287049A
Application number: CN202111586600.7A
Authority: CN
Inventors: 张丽茹; 王超; 李金刚
Original assignee: ENN Science and Technology Development Co Ltd
Current assignee: ENN Science and Technology Development Co Ltd
Priority date: 2021-12-23
Filing date: 2021-12-23
Publication date: 2022-11-04

Abstract

本发明涉及一种高温抗压暂堵材料及其制备方法，包括以下重量份的原料：主剂80‑100份、润滑剂5‑10份、抗氧剂2‑5份、填充物5‑20份；所述主剂为PA9T、硅灰石、硅烷偶联剂制备而成的复合材料。本发明提供了一种高温抗压暂堵材料及其制备方法，主要是针对深层地热开采中的压裂建库技术发明了一种适用于高温高压条件的暂堵材料及其制备方法，解决了现有暂堵剂耐温及抗压差的问题，有效的提高地层压裂工艺中增加裂隙程度及深层地热开采效率。

Description

一种高温抗压暂堵材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及深层地热压裂建库技术领域，尤其是涉及一种高温抗压暂堵材料及其制备方法。

背景技术

本发明属于深层地热开采领域，尤其涉及一种可应用于深地热压裂建库的高温暂堵材料及其制备方法。

在深层地热开采领域，压裂建库技术是工程其中至关重要的一项，而暂堵材料是压裂工艺过程中所所必需的一种化学试剂。暂堵材料可以改变压裂的方向或者增加压裂的程度等。

目前，传统的暂堵材料及常用于油气领域，这些材料的耐温性能基本在150℃以下，同时其耐温时间较短、抗压性能较差，甚至有些暂堵材料密度较大，施工过程中不易携带，无法较好的满足深层地热开发领域的工程需求。

基于此，迫切需要一种适用于高温高压条件的暂堵材料。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明提供了一种高温抗压暂堵材料及其制备方法，主要是针对深层地热开采中的压裂建库技术发明了一种适用于高温高压条件的暂堵材料及其制备方法，解决了现有暂堵剂耐温及抗压差的问题，有效的提高地层压裂工艺中增加裂隙程度及深层地热开采效率。

本发明一方面提出了一种高温抗压暂堵材料，包括以下重量份的原料：

主剂80-100份、润滑剂5-10份、抗氧剂2-5份、填充物5-20份；

所述主剂为PA9T、硅灰石、硅烷偶联剂制备而成的复合材料。

进一步地，所述主剂中PA9T占总重量的70-90份，硅灰石占总重量的10-20份，硅烷偶联剂占总重量的1-5份。

进一步地，所述润滑剂为改性双脂肪酸酰胺。

具体而言，改性双脂肪酸酰胺相对于其他润滑剂具有优异的耐高温性能、同时可改善复合材料与无机填料在基体树脂的分散性，目前在尼龙改性加工中应用最广的泛的。

进一步地，所述抗氧剂为N,N'-双-(3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰基)己二胺。

具体而言，选用N,N'-双-(3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰基)己二胺作为抗氧剂，耐高温，相容性好，一般用于PA等加工温度高的材料，是尼龙加工最常用也相对最合适的一种抗氧化剂。

进一步地，所述填充物为氢氧化钠、碳酸氢钠和碳酸钠中的至少一种。

进一步地，所述硅烷偶联剂为KH-550型硅烷偶联剂。

具体而言，硅烷偶联剂KH-550含有两种不同的化学官能团，其一端能与无机材料表面的硅醇基团反应生成共价键，另一端又与高聚物基料或树脂生成共价键，从而将两种不相容的材料偶联起来；硅烷偶联剂KH-550通用性强，适用于环氧、PBT、酚醛树脂、聚酰胺、聚碳酸酯等多种热塑性和热固性树脂。

进一步地，所述硅灰石为针状硅灰石粉。具体而言，针状硅灰石粉的细度为800目~1000目，该细度的针状硅灰石粉能为产品材料提供骨架结构，具有良好的增强性能。

本发明提供的高温抗压暂堵材料，选用具有抗压性能的聚酰胺材料，并通过硅烷偶联剂改性的硅灰石与PA9T材料复合，得到复合材料，此复合材料相比于纯PA9T, 材料的抗压强度、耐热性能和耐磨性都得到了提高，同时还可降低生产成本。

本发明第二方面提供了一种高温抗压暂堵材料的制备方法，包括以下步骤：

步骤1，改性硅灰石制备，将硅烷偶联剂与无水乙醇，按照预设的体积共混，加入预设量的经处理后的硅灰石，搅拌得改性硅灰石；

步骤2，复合材料制备，将得到改性硅灰石及经过处理的PAT材料按预设质量比混合均匀，得到复合材料；

步骤3，暂堵材料制备，将获得的复合材料与润滑剂、抗氧剂、填充物进行熔融共混、挤出造粒、烘干，得到暂堵颗粒。

优选地，所述步骤1中，硅灰石的处理方法为真空烘干。

优选地，所述步骤2中，PAT材料的处理方法为真空烘干。

优选地，烘干的温度为优选为80-120℃，烘干的时间为优选为20-30小时。

进一步地，所述步骤1中搅拌的时间为10-20分钟，转速为200~300r/min。

本发明的高温抗压暂堵材料的制备方法简单安全，易于操作。

具体实施方式

以下所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和修饰，这些改进和修饰也视为本发明的保护范围。

本发明实施例的高温抗压暂堵材料包括括以下重量份数的原料：主剂80-100份、润滑剂5-10份、抗氧剂2-5份、填充物5-20份；所述主剂为PA9T、硅灰石、硅烷偶联剂制备而成的复合材料。

进一步地，所述主剂中PA9T占总重量的70-90份，硅灰石占总重量的10-20份，硅烷偶联剂占总重量的1-5份。进一步地，所述润滑剂为改性双脂肪酸酰胺。进一步地，所述抗氧剂为N,N'-双-(3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰基)己二胺。进一步地，所述填充物为氢氧化钠、碳酸氢钠和碳酸钠中的至少一种。进一步地，所述硅烷偶联剂为KH-550型硅烷偶联剂。进一步地，所述硅灰石为针状硅灰石粉。具体而言，针状硅灰石粉的细度为800目~1000目，该细度的针状硅灰石粉能为产品材料提供骨架结构，具有良好的增强性能。

本发明实施例中，高温抗压暂堵材料的制备方法包括如下步骤：

步骤1，改性硅灰石制备，将硅灰石进行真空烘干，将硅烷偶联剂与无水乙醇，按照1:5的体积共混，搅拌均匀后，将经处理的硅灰石缓慢加入共混液中，继续搅拌一段时间后，冷却后得改性硅灰石；

步骤2，将预设质量的PAT材料进行真空烘干处理，与得到的改性硅灰石按一定比例在高速混合机中混合均匀，得到复合材料；步骤3，将获得的复合材料与润滑剂、抗氧剂、填充物，在双螺杆挤出机中进行熔融共混、挤出造粒、烘干，得的暂堵材料。优选地，步骤1中真空烘干的温度为100℃，烘干的时间为24小时。优选地，步骤2中真空烘干的温度为100℃，烘干的时间为24小时。进一步地，所述步骤3中高速搅拌的时间为15分钟，转速为200~300r/min。

实施例1：

一种可用于深层地热领域的高温抗压暂堵材料，由以下重量份组分组成：

复合材料85重量份，改性双脂肪酸酰胺10重量份，N,N'-双-(3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰基)己二胺5重量份。

制备方法包括：

步骤1，改性硅灰石的制备，将20份硅灰石在100℃真空烘箱中烘干24h，将10份的KH-550型硅烷偶联剂与无水乙醇，按照1:5的体积共混，搅拌均匀，配成待用溶液。在高速搅拌（转速为200~300r/min）的条件下，往烘干的20份硅灰石中缓慢加入配制的待用液中，高速搅拌15min，冷却后得改性硅灰石，备用。

步骤2，复合材料的制备，将80份的PA9T在100℃真空烘箱中烘干24h后，与5份步骤2获得的改性硅灰石在高速混合机中混合均匀，得到复合材料。将制备好的复合材料放置于鼓风干燥箱中设定90℃干燥6h，保证材料中没有残留的水分，将样品存放于干燥器皿中待用。

步骤3，暂堵材料制备：准备加工时，提前将微型双螺杆挤出机升温预热，待双螺杆挤出机各个模块达到设定温度时，将共混均匀的85份复合材料与5份改性双脂肪酸酰胺，5份N,N'-双-(3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰基)己二胺，5份碳酸氢钠放入小型共混机中共混均匀后加入双螺杆挤出机中进行熔融塑化，将熔融塑化的材料挤出形成挤出条，挤出条经风冷输送机冷却至室温，再利用切粒机切粒成4mm的暂堵颗粒；

将上述制备方法获得的4mm的暂堵颗粒研磨成10-200目的不同粒径范围的成品。

实施例2：

制备方法包括：

步骤2，复合材料的制备，将80份的PA9T在100℃真空烘箱中烘干24h后，与10份步骤2获得的改性硅灰石在高速混合机中混合均匀，得到复合材料。将制备好的复合材料放置于鼓风干燥箱中设定90℃干燥6h，保证材料中没有残留的水分，将样品存放于干燥器皿中待用。

实施例3：

制备方法包括：

步骤2，复合材料的制备，将80份的PA9T在100℃真空烘箱中烘干24h后，与15份步骤2获得的改性硅灰石在高速混合机中混合均匀，得到复合材料。将制备好的复合材料放置于鼓风干燥箱中设定90℃干燥6h，保证材料中没有残留的水分，将样品存放于干燥器皿中待用。

对上述实施例1-3制备的高温抗压暂堵材料样品进行溶解性能和抗压测试。具体检测方法如下：

溶解时间测试方法：在烧杯中配置模拟地层水溶液200ml，加入10g制备的暂堵材料搅拌，使其分散均匀后倒入高温反应釜中密封好，将高温反应釜置于加热至一定温度的恒温滚子炉中加热，记录暂堵剂完全溶解的时间。

溶解率测定方法：在烧杯中配置模拟地层水溶液200ml，加入10g制备的封堵材料搅拌，使其分散均匀后倒入高温反应釜中密封好，将高温反应釜置于加热至一定温度的恒温滚子炉中加热，检测不同时间的溶解率。其中，溶解率＝(溶解前重量-溶解后重量)/溶解前质量×100％（称量前的样品均通过鼓风烘箱干燥24h）

抗压性能测定方法：将制备的封堵材料的颗粒通过精密微型注塑机制备成1cm×1cm的圆柱体，利用鼓风干燥箱干燥6h后置于万能材料试验机平台中进行测量。

测试结果如表1所示：

表1.不同实施例获得的暂堵材料样品溶解性能和抗压性能对照：

样品	改性硅灰石添加量（份）	溶解温度/℃	24h溶解率（%）	抗压强度(MPa)
					实施例1的样品1	5	200	28.1	115
实施例2的样品2	10	200	16.8	142
					实施例3的样品3	15	200	17.1	140

由上表可知，随着改性硅灰石份数的增加，暂堵材料在200℃条件的溶解率降低，溶解时间逐渐变长，表明引入改性硅灰石后复合材料的耐温时间及耐温性能增强，同时，复合材料的抗压强度显著提高；当引入改性硅灰石份数为10份时，暂堵剂材料的性能整体较为优异。因此，通过调节改性硅灰石份数，可调节暂堵剂的溶解性能及抗压性能。

本实施例公开的高温抗压暂堵材料，选用具有抗压性能的聚酰胺材料，并通过硅烷偶联剂改性的硅灰石与PA9T材料复合，得到复合材料，此复合材料相比于纯PA9T, 材料的抗压强度、耐热性能和耐磨性都得到了提高。

应当说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

最后应说明的是：显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。

Claims

1.一种高温抗压暂堵材料，包括以下重量份的原料：

主剂80-100份、润滑剂5-10份、抗氧剂2-5份、填充物5-20份；

所述主剂为PA9T、硅灰石、硅烷偶联剂制备而成的复合材料。

2.根据权利要求1所述的高温抗压暂堵材料，其特征在于，所述主剂中PA9T占总重量的70-90份，硅灰石占总重量的5-20份，硅烷偶联剂占总重量的1-5份。

3.根据权利要求1所述的高温抗压暂堵材料，其特征在于，所述的润滑剂为改性双脂肪酸酰胺。

4.根据权利要求1所述的高温抗压暂堵材料，其特征在于，所述的抗氧剂为N,N'-双-(3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰基)己二胺。

5.根据权利要求1所述的高温抗压暂堵材料，其特征在于，所述填充物为氢氧化钠、碳酸氢钠和碳酸钠中的至少一种。

6.根据权利要求1所述的一种高温抗压暂堵材料，其特征在于，所述硅烷偶联剂为KH-550型硅烷偶联剂。

7.根据权利要求1所述的高温抗压暂堵材料，其特征在于，所述硅灰石为针状硅灰石粉。

8.一种如权利要求1-7任一项所述的高温抗压暂堵材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，将获得的暂堵颗粒制备成不同目数的成品。

10.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述步骤1中搅拌的时间为10-20分钟，转速为200~300r/min。