含聚乙烯吡咯烷酮的膨脹材料組合物及自懸浮支撐劑及其制備方法和應用技術

本發明專利技術公開了一種膨脹材料組合物，該組合物包括聚乙烯吡咯烷酮和天然高分子材料，其中，聚乙烯吡咯烷酮和天然高分子材料的質量比為(50-1200)：1，天然高分子材料為纖維素類高分子材料。同時公開了采用該膨脹材料組合物制備的自懸浮支撐劑及其制備方法和應用。本發明專利技術的膨脹材料組合物制備的自懸浮支撐劑與水混合后即可處于懸浮狀態，且懸浮時間長，導流性好，在填充裂縫的過程中能夠有效減少砂堵，輸送的距離更遠，出油/氣量更大。

Expandable material containing polyvinylpyrrolidone and self suspension proppant and preparation method and application thereof

The invention discloses an expansion material composition, the composition comprising polyvinyl pyrrolidone and natural polymer materials, the quality of polyvinylpyrrolidone and natural polymer material ratio (50-1200) of:1, natural polymer cellulose polymers. Also disclosed are self suspension proppant prepared with the expanded material composition, method for making the same and use thereof. The invention of the expansive material composition prepared from suspended proppant mixed with water can be in a state of suspension, and the suspension time is long, the diversion is good, can effectively reduce the sand plugging in the process of filling cracks, further conveying distance, oil / gas more.

【技術實現步驟摘要】
含聚乙烯吡咯烷酮的膨脹材料組合物及自懸浮支撐劑及其制備方法和應用
本專利技術涉及礦產開采領域，具體地，涉及一種膨脹材料組合物和自懸浮支撐劑及其制備方法和應用。
技術介紹
石油與天然氣在我國國民經濟發展中占據重要地位，我國陸地的油氣資源經過半個多世紀的開采，許多的油井已開始老化甚至枯竭，對于油田的有效開采和增產變得越來越重要。目前油氣井增產的主要措施是水力壓裂技術，利用地面的高壓泵組等壓裂設備通過井筒不斷向油層注入超出其吸收能力的、具有超高粘度的壓裂液而使得油層上形成較高的壓力，隨著壓裂液的不斷注入，壓力也不斷升高，當此壓力高于井壁附近地層壓力和地層巖石擴張強度時，油層就會被壓裂開而形成大小不一、長短不同的裂縫，然后由攜砂液將支撐劑輸送至裂縫中支撐裂縫，使得油層與井筒之間形成一條流體通道，達到增產的效果。壓裂液高速流動，利用湍流懸浮支撐劑，然而當支撐劑到達裂縫后，由于流體流速的大幅下降，支撐劑快速沉降于裂縫底部(專利CN102159797A)。為減少濾失，并提高攜砂能力，壓裂液中通常添加有機高分子化合物作增稠劑，而這些有機高分子化合物會隨著壓裂液進入地層，部分留在地下的高分子化合物堵住地層的孔，導致出油量下降、地下水污染等問題。此外，壓裂液粘度增大，使得返排時消耗的泵功率較大，且不利于全部返排。
技術實現思路
本專利技術的目的是提供一種膨脹材料組合物和自懸浮支撐劑以及支撐劑的制備方法和應用，以克服現有技術中需向壓裂液中添加增稠劑以完成對支撐劑的輸送導致的增稠劑堵塞出油孔及污染環境的缺陷。為了實現上述目的，本專利技術第一方面，提供一種膨脹材料組合物，該組合物包括聚乙烯吡咯烷酮和天然高分子材料，其中，聚乙烯吡咯烷酮和天然高分子材料的質量比為(50-1200)：1，所述天然高分子材料為淀粉類高分子材料和/或纖維素類高分子材料。優選地，聚乙烯吡咯烷酮的重均分子量為5000-1500000。優選地，所述聚乙烯吡咯烷酮為選自陰離子型聚乙烯吡咯烷酮、陽離子型聚乙烯吡咯烷酮和非離子型聚乙烯吡咯烷酮中的至少一種。進一步優選地，所述聚乙烯吡咯烷酮為陰離子型聚乙烯吡咯烷酮。優選地，所述纖維素類高分子材料為選自聚葡萄糖、低脂果膠、高脂果膠、蘋果果膠、柚皮果膠、藍莓果膠、菠蘿果膠、低聚果糖、低聚異麥芽糖、低聚乳糖、低聚木糖和大豆低聚糖中的至少一種。本專利技術第二方面，提供一種自懸浮支撐劑，該自懸浮支撐劑包括支撐劑本體和包覆或部分包覆在支撐劑本體表面的膨脹材料層，該膨脹材料層由本專利技術第一方面的膨脹材料組合物經粘結劑和固化劑粘結并包覆或部分包覆在所述支撐劑本體上形成；其中，膨脹材料組合物與支撐劑本體的質量比為1：(50-1600)；支撐劑本體、粘結劑與固化劑的重量比為1：(0.001-0.2)：(0.001-0.3)。優選地，支撐劑本體為骨料和/或預覆膜骨料。優選地，骨料為選自石英砂、陶粒、金屬顆粒、球狀玻璃顆粒、燒結鋁土礦、燒結氧化鋁、燒結氧化鋯、合成樹脂和粉碎的果殼顆粒中的至少一種；所述骨料的粒徑為6-200目。優選地，預覆膜骨料為包括骨料和包覆或部分包覆在骨料表面的預覆膜樹脂層。優選地，預覆膜樹脂層為樹脂材料在骨料表面經包覆處理所得，其中，樹脂材料為選自酚醛樹脂、呋喃樹脂和環氧樹脂中的至少一種。優選地，粘結劑為選自酚醛樹脂、環氧樹脂、不飽和聚酯樹脂和雜環高分子粘結劑中的至少一種。優選的，固化劑為選自脂肪族胺及其加成物、叔胺及其鹽、芳香族胺及其改性體、咪唑、酸酐、過氧化酰、過氧化脂、多聚甲醛、酚醛胺、二乙烯三胺、三乙烯四胺和六次甲基四胺中的至少一種。本專利技術第三方面，提供本專利技術第二方面的自懸浮支撐劑的制備方法，該方法包括：(1)將支撐劑本體和粘結劑及固化劑在第一溫度下分散混合均勻，其中，支撐劑本體、粘結劑與固化劑的重量比為1：(0.001-0.2)：(0.001-0.3)；(2)使所述支撐劑本體和膨脹材料組合物在第二溫度下分散混合均勻以使膨脹材料組合物包覆或部分包覆在支撐劑本體上，得到顆粒狀的自懸浮支撐劑，其中，膨脹材料組合物與所述支撐劑本體的質量比為1：(50-1600)。優選的，第一溫度為100-300℃；第二溫度為50-200℃。本專利技術第四方面，提供本專利技術第二方面的自懸浮支撐劑在流體礦開采方面的應用。優選地，流體礦包括天然氣、石油、頁巖氣、頁巖油、淡水和鹽水中的至少一種。通過上述技術方案，本專利技術的膨脹材料組合物成本低，對環境污染小。將本專利技術的膨脹材料組合物包覆于骨料上制得的自懸浮支撐劑無需使用添加有機高分子且成本昂貴的壓裂液進行壓裂，直接使用天然水即可，且與水混合后即可處于懸浮狀態，懸浮時間長，導流性好，在填充裂縫的過程中能夠有效減少砂堵，輸送的距離更遠，出油/氣量更大。此外，由于本專利技術的膨脹材料組合物自身的特性，能降低壓裂液的摩阻，易輸送，易返排，且返排能耗降低，沒有高分子材料殘留，有利于環境保護，能夠更好的滿足采油的需要。本專利技術的其他特征和優點將在隨后的具體實施方式部分予以詳細說明。具體實施方式以下對本專利技術的具體實施方式進行詳細說明。應當理解的是，此處所描述的具體實施方式僅用于說明和解釋本專利技術，并不用于限制本專利技術。本專利技術第一方面：提供一種膨脹材料組合物，所述組合物包括聚乙烯吡咯烷酮和天然高分子材料。根據本專利技術的第一方面，聚乙烯吡咯烷酮和天然高分子材料的質量比在較大范圍內都可以實現本專利技術的目的，例如，聚乙烯吡咯烷酮和天然高分子材料的質量比可以為(50-1200)：1。根據本專利技術的第一方面，聚乙烯吡咯烷酮的含義為本領域技術人員所熟知，為水溶性聚合物，具有如式(1)所示的結構式，其中，n可以為1-107間的任意整數。聚乙烯吡咯烷酮分子中的內酰胺是強極性基團，具有親水性。本專利技術的膨脹材料組合物包括聚乙烯吡咯烷酮，使膨脹材料組合物在水中能夠快速溶脹。根據本專利技術的第一方面，聚乙烯吡咯烷酮的重均分子量可以在很大范圍內變化，優選情況下，適用于形成膨脹材料組合物的聚乙烯吡咯烷酮的重均分子量可以為5000-1500000。根據本專利技術，聚乙烯吡咯烷酮的種類沒有特別的要求，可以為本領域技術人員所熟知的，可以為選自陰離子型聚乙烯吡咯烷酮、陽離子型聚乙烯吡咯烷酮和非離子型聚乙烯吡咯烷酮中的至少一種。優選情況下，聚乙烯吡咯烷酮可以為陰離子型聚乙烯吡咯烷酮。陰離子型聚乙烯吡咯烷酮可以更好地在水中溶脹，提高了膨脹材料組合物的溶解性，可以使得用膨脹材料組合物制備的自懸浮支撐劑具備更好的自懸浮能力。市售的上述種類的聚乙烯吡咯烷酮均可以滿足本專利技術的目的，例如，市售聚乙烯吡咯烷酮的牌號可以為但不限于：PVP-K系列和PVP-C系列等。根據本專利技術的第一方面，天然高分子材料的含義為本領域技術人員所熟知，優選地，天然高分子材料可以為纖維素類高分子材料。其中，纖維素類高分子材料可以為選自聚葡萄糖、低脂果膠、高脂果膠、蘋果果膠、柚皮果膠、藍莓果膠、菠蘿果膠、低聚果糖、低聚異麥芽糖、低聚乳糖、低聚木糖和大豆低聚糖中的至少一種。市售的上述種類的纖維素類高分子材料產品均可以作為本專利技術的天然高分子材料進行使用，例如，上述種類的纖維素類高分子材料可以購自石家莊寧諾商貿有限公司、上海滬震實業有限公司、浙江綠州生物技術有限公司和鄭州奇華頓化工產品有限公司等。天然高分子本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種膨脹材料組合物，其特征在于，所述組合物包括聚乙烯吡咯烷酮和天然高分子材料，所述聚乙烯吡咯烷酮和所述天然高分子材料的質量比為(50?1200)：1，所述天然高分子材料為纖維素類高分子材料。

【技術特征摘要】
1.一種膨脹材料組合物，其特征在于，所述組合物包括聚乙烯吡咯烷酮和天然高分子材料，所述聚乙烯吡咯烷酮和所述天然高分子材料的質量比為(50-1200)：1，所述天然高分子材料為纖維素類高分子材料。2.根據權利要求1所述的組合物，其特征在于，所述聚乙烯吡咯烷酮的重均分子量為5000-1500000。3.根據權利要求1所述的組合物，其特征在于，所述聚乙烯吡咯烷酮為選自陰離子型聚乙烯吡咯烷酮、陽離子型聚乙烯吡咯烷酮和非離子型聚乙烯吡咯烷酮中的至少一種。4.據權利要求1或3所述的組合物，其特征在于，所述聚乙烯吡咯烷酮為陰離子型聚乙烯吡咯烷酮。5.根據權利要求1所述的組合物，其特征在于，所述纖維素類高分子材料為選自聚葡萄糖、低脂果膠、高脂果膠、蘋果果膠、柚皮果膠、藍莓果膠、菠蘿果膠、低聚果糖、低聚異麥芽糖、低聚乳糖、低聚木糖和大豆低聚糖中的至少一種。6.一種自懸浮支撐劑，其特征在于，所述自懸浮支撐劑包括支撐劑本體和包覆或部分包覆在支撐劑本體表面的膨脹材料層，該膨脹材料層由權利要求1-5中任意一項所述的膨脹材料組合物經粘結劑和固化劑粘結并包覆或部分包覆在所述支撐劑本體上形成；所述膨脹材料組合物與所述支撐劑本體的質量比為1：(50-1600)；所述支撐劑本體、粘結劑與固化劑的重量比為1：(0.001-0.2)：(0.001-0.3)。7.根據權利要求6所述的自懸浮支撐劑，其特征在于，所述支撐劑本體為骨料和/或預覆膜骨料。8.根據權利要求7所述的自懸浮支撐劑，其特征在于，所述骨料為選自石英砂、陶粒、金屬顆粒、球狀玻璃顆粒、燒結鋁土礦、燒結氧化鋁、燒結氧化鋯、合成樹脂和粉碎的果殼顆粒中的...

【專利技術屬性】
技術研發人員：秦升益，王中學，
申請(專利權)人：北京仁創科技集團有限公司，
類型：發明
國別省市：北京,11