含聚丙烯酸的膨脹材料組合物和自懸浮支撐劑及支撐劑的制備方法和應用技術

本發明專利技術公開了一種含聚丙烯酸的膨脹材料組合物和自懸浮支撐劑及支撐劑的制備方法和應用。將本發明專利技術的膨脹材料組合物包覆于支撐劑本體上，膨脹材料組合物在水中可以快速溶脹，在支撐劑顆粒外表面形成穩固的水化層，降低了支撐劑顆粒的相對密度，組合物中的少量有機分子可以伸展于水中，增加水的粘度，這也有利于支撐劑顆粒在水中的懸浮。同時，本發明專利技術的自懸浮支撐劑可以以水作為壓裂液，無需配置壓裂液，操作方便，設備簡單，避免了使用有機溶劑，也可以降低壓裂液的粘度，降低壓裂液的輸送難度，并且壓裂液中無需額外添加高分子化合物，避免了高分子化合物隨著壓裂液進入地下，堵塞油氣開采孔隙，也減少了高分子化合物對地層環境的污染。

Intumescent material comprising polyacrylic acid, self suspension proppant and proppant, process for producing the same, and use thereof

The invention discloses an expansion material composition containing polyacrylic acid, a preparation method and an application of a self suspension proppant and a supporting agent. The expansion material composition of the invention is coated on the proppant body, expansion material composition can be fast swelling in water, the surface is formed in the proppant particles outside the solid water layer, reduced the relative density of proppant particles, small organic molecules in the composition can be extended in water, increase the viscosity of water, which is suspended particles in water to support agent. At the same time, the invention of the self suspended proppant with water as fracturing fluid, fracturing fluid without configuration, convenient operation, simple equipment, avoid the use of organic solvents, can also reduce the viscosity of fracturing fluid, reduce the difficulty of conveying fracturing fluid, fracturing and without additional added polymer solution, polymer with the fracturing fluid into the underground to avoid clogging, the exploitation of oil and gas pore, also reduces the pollution of the environment of polymer formation.

【技術實現步驟摘要】
含聚丙烯酸的膨脹材料組合物和自懸浮支撐劑及支撐劑的制備方法和應用
本專利技術涉及流體礦開采領域，具體地，涉及一種膨脹材料組合物及自懸浮支撐劑以及支撐劑的制備方法和應用。
技術介紹
在石油、天然氣等流體礦的開采過程中常需要借助壓裂技術，即利用水力作用，使油氣層形成裂縫的一種方法，所以又稱水力壓裂。水力壓裂就是利用地面高壓泵，通過井筒向油層擠注具有較高粘度的壓裂液。當注入壓裂液的速度超過油層的吸收能力時，則在井底油層上形成很高的壓力，當這種壓力超過井底附近油層巖石的破裂壓力時，油層將被壓開并產生裂縫。這時，繼續不停地向油層擠注壓裂液，裂縫就會繼續向油層內部擴張。為了保持壓開的裂縫處于張開狀態，接著向油層擠入帶有支撐劑顆粒的攜砂液，攜砂液進入裂縫之后，一方面可以使裂縫繼續向前延伸，另一方面可以支撐已經壓開的裂縫，使其不致于閉合。再接著注入頂替液，將井筒的攜砂液全部頂替進入裂縫，用支撐劑將裂縫支撐起來。最后，注入的高粘度壓裂液會自動降解排出井筒之外，在油層中留下一條或多條長、寬、高不等的裂縫，使油層與井筒之間建立起一條新的流體通道。壓裂之后，油氣井的產量一般會大幅度增長。現有的支撐劑-壓裂液體系中，為了防止支撐劑顆粒沉降，通常需要高粘度壓裂流體來使顆粒懸浮，這種壓裂液通常通過加入水溶性的聚合物作為增稠劑來增加流體的粘度。但是這種壓裂作業中需要專門的配液操作和設備，同時將高粘度的壓裂液送入地下的指定位置以及返排時消耗的泵功率較大，且壓裂液中使用的高分子化合物隨同壓裂液進入地層，部分留在地下的高分子化合物會堵住地層的孔隙，導致出油量下降并且會造成地層的污染。專利技術內容本專利技術的目的是提供一種膨脹材料組合物及自懸浮支撐劑以及支撐劑的制備方法和應用，將該膨脹材料組合物可以應用于制備相對密度低的、可以在清水中懸浮的自懸浮支撐劑，以解決現有技術中需要高粘度壓裂流體來懸浮支撐劑顆粒，而高粘度的壓裂液造成壓裂液輸送困難的技術問題，同時可以解決壓裂液中添加的高分子化合物堵塞出油孔隙并且對地層造成污染的技術問題。為了實現上述目的，本專利技術提供一種含聚丙烯酸的膨脹材料組合物，該膨脹材料組合物含有聚丙烯酸和天然高分子材料，其中，相對于100重量份的聚丙烯酸，所述天然高分子材料的含量為1.5-22.5重量份，且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。本專利技術還提供一種自懸浮支撐劑，該自懸浮支撐劑包括支撐劑本體及包覆或部分包覆在所述支撐劑本體上的水溶性膨脹材料層，所述水溶性膨脹材料層通過粘結劑和固化劑使上述的膨脹材料組合物粘結并包覆或部分包覆在所述支撐劑本體上，相對于100重量份的支撐劑本體，所述粘結劑的用量為1-18重量份，所述固化劑的用量為0.01-1.8重量份，所述膨脹材料組合物的用量為1-18重量份。本專利技術還提供上述自懸浮支撐劑的制備方法，該方法包括以下步驟：(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，其中得到粘附有粘結劑和/或固化劑的顆粒狀骨料，相對于100重量份的支撐劑本體，所述粘結劑的用量為1-18重量份，所述固化劑的用量為0.01-1.8重量份；(2)使所述顆粒狀骨料和膨脹材料組合物在第二溫度下分散混合均勻以使所述膨脹材料組合物包覆在所述顆粒狀骨料上，得到顆粒狀的自懸浮支撐劑，其中，相對于100重量份的支撐劑本體，所述膨脹材料組合物的用量為1-18重量份。本專利技術還提供上述自懸浮支撐劑在流體礦開采方面的應用。通過上述技術方案，將膨脹材料組合物包覆于支撐劑本體表面，膨脹材料組合物在水中可以快速溶脹，在支撐劑顆粒外表面形成穩固的水化層，降低了自懸浮支撐劑顆粒的相對密度，膨脹材料組合物中的少量有機分子可以伸展于水中，增加水的粘度，這也有利于自懸浮支撐劑顆粒在水中的懸浮。同時，本專利技術的自懸浮支撐劑可以以水作為壓裂液，無需配置壓裂液，操作方便，設備簡單，避免了使用有機溶劑，也可以降低壓裂液的粘度，降低壓裂液的輸送難度，并且壓裂液中無需額外添加高分子化合物，避免了高分子化合物隨著壓裂液進入地下，堵塞油氣開采孔隙，也減少了高分子化合物對地層環境的污染。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。本專利技術提供一種含聚丙烯酸的膨脹材料組合物，該膨脹材料組合物含有聚丙烯酸和天然高分子材料，其中，相對于100重量份的聚丙烯酸，所述天然高分子材料的含量為1.5-22.5重量份，且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。將本專利技術的膨脹材料組合物包覆于支撐劑本體表面，膨脹材料組合物在水中可以快速溶脹，在支撐劑顆粒外表面形成穩固的水化層，降低了自懸浮支撐劑顆粒的相對密度，膨脹材料組合物中的少量有機分子可以伸展于水中，增加水的粘度，這也有利于自懸浮支撐劑顆粒在水中的懸浮。同時，本專利技術的自懸浮支撐劑可以以水作為壓裂液，無需配置壓裂液，操作方便，設備簡單，避免了使用有機溶劑，也可以降低壓裂液的粘度，降低壓裂液的輸送難度，并且壓裂液中無需額外添加高分子化合物，避免了高分子化合物隨著壓裂液進入地下，堵塞油氣開采孔隙，也減少了高分子化合物對地層環境的污染。根據本專利技術，聚丙烯酸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的取值沒有特別的要求，可以為本領域技術人員所熟知的，例如n可以為1-103的整數。聚丙烯酸的分子中含有大量親水的極性基團，在水中溶脹性能好，有利于膨脹材料組合物在水中快速溶脹，并且聚丙烯酸中的極性基團可以延伸于水中，幫助穩定形成的水化層，以進一步使支撐劑顆粒懸浮于水中。根據本專利技術，聚丙烯酸的重均分子量可以在很大范圍內變化，例如可以為500-10000，優選情況下，聚丙烯酸的重均分子量可以為2000-10000，重均分子量在上述范圍內的聚丙烯酸在水中具有適宜的溶解性，使得組成的膨脹材料組合物具有適宜的溶脹特性，在水中可以形成具有適宜密度的水化層，從而降低支撐劑顆粒的整體密度，使其懸浮于水面上。根據本專利技術，聚丙烯酸的種類沒有特別的要求，可以為本領域技術人員所熟知的，可以為溶液聚合聚丙烯酸或沉淀聚合聚丙烯酸。優選情況下，聚丙烯酸可以為溶液聚合聚丙烯酸，更優選為水溶液聚合聚丙烯酸。水溶液聚合聚丙烯酸的制備過程中丙烯酸單體和聚丙烯酸均溶于水中，反應過程容易控制，分子量分布容易調節，制備得到的溶液聚合聚丙烯酸可水溶性好，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。符合上述條件的聚丙烯酸可以通過商購得到，例如，常州市潤洋化工有限公司生產的GY-303牌號的聚丙烯酸，鄭州市升峰化工原料有限公司的聚丙烯酸PAA-S等。根據本專利技術，天然高分子材料的含義為本領域技術人員所熟知，其種類沒有特別的要求，優選地，天然高分子材料可以為淀粉類高分子材料和/或纖維素類高分子材料。具體地，淀粉類高分子材料可以優選為選自小麥淀粉提取物、土豆淀粉提取物、紅薯淀粉提取物、玉米淀粉提取物和米粉淀粉提取物中的一種或幾種；纖維素類高分子材料可以優選為選自聚葡萄糖、低脂本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種含聚丙烯酸的膨脹材料組合物，其特征在于，該膨脹材料組合物含有聚丙烯酸和天然高分子材料，其中，相對于100重量份的聚丙烯酸，所述天然高分子材料的含量為1.5?22.5重量份，且所述天然高分子材料為海藻類高分子材料和/或微生物膠類高分子材料。

【技術特征摘要】
1.一種含聚丙烯酸的膨脹材料組合物，其特征在于，該膨脹材料組合物含有聚丙烯酸和天然高分子材料，其中，相對于100重量份的聚丙烯酸，所述天然高分子材料的含量為1.5-22.5重量份，且所述天然高分子材料為海藻類高分子材料和/或微生物膠類高分子材料。2.根據權利要求1所述的組合物，其特征在于，所述聚丙烯酸的重均分子量為2000-10000。3.根據權利要求1所述的組合物，其特征在于，所述聚丙烯酸為溶液聚合聚丙烯酸或沉淀聚合聚丙烯酸。4.根據權利要求3所述的組合物，其特征在于，所述聚丙烯酸為溶液聚合聚丙烯酸。5.根據權利要求1所述的組合物，其特征在于，所述海藻類高分子材料為選自藻蛋白酸鈉和/或瓊膠；所述微生物膠類高分子材料為胍膠和/或黃原膠。6.根據權利要求5所述的組合物，其特征在于，所述微生物膠類高分子材料為胍膠。7.一種自懸浮支撐劑，其特征在于，該自懸浮支撐劑包括支撐劑本體及包覆或部分包覆在所述支撐劑本體上的水溶性膨脹材料層，所述水溶性膨脹材料層通過粘結劑和固化劑使權利要求1-6中任意一項所述的膨脹材料組合物粘結并包覆或部分包覆在所述支撐劑本體上，相對于100重量份的支撐劑本體，所述粘結劑的用量為1-18重量份，所述固化劑的用量為0.01-1.8重量份，所述膨脹材料組合物的用量為1-18重量份。8.根據權利要求7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。9.根據權利要求8所述的自懸浮支撐劑，其中，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一種或幾種。10.根據權利要求8所述的自懸浮支撐劑，其...

【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