自懸浮支撐材料制造技術

本發明專利技術涉及石油

【技術實現步驟摘要】
自懸浮支撐材料


[0001]本專利技術涉及石油
、
天然氣及頁巖氣等流體礦產開采
，具體涉及一種自懸浮支撐材料
。

技術介紹

[0002]水力壓裂技術是一項有廣泛應用前景的油氣井增產措施，其基本技術流程是通過地面高壓泵將水體送入地層，利用水體不可壓縮性傳遞到地層的水力壓力將地層巖層壓裂產生縫隙的一種產出和增產技術
。
[0003]壓裂施工時需要使用支撐劑與水體混合，因支撐劑要求的強度很高，支撐劑材料均屬于高強度材質，如人造陶?；蚴⑸暗鹊?，這些支撐劑的密度均大于水體的密度，所以混合在壓裂液水體中的支撐劑顆粒會很快下沉與水體分離，為了使支撐劑顆粒能被水體帶送入地層，水力壓裂施工時均會使用膠凝物質降低因支撐劑與壓裂液密度差大產生的下沉速率，使得支撐劑處于高粘性的壓裂液體中才能將支撐劑顆粒送入地層起到支撐壓裂裂隙的作用
。
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，使得在油層與井筒之間建立起一條可傳質到地面的通道，便于油和天然氣排出
。
[0004]然而，現有的水力壓裂技術均需使用膠凝劑作為攜送支撐劑的一種必要技術手段，膠凝劑的使用一方面壓裂工藝路線長，如需要事先配置，導致施工效率低，也會增加成本；另一方面，膠凝劑對地層具有較大的傷害性，影響油氣增產效果
。
所以長期以來工程師們一直都在尋求解決這些問題的有效技術路徑
。
[0005]進一步，由于水力壓裂施工時的高壓泵送，使得水力壓裂液在輸送過程中與施工管道間產生較大的壓力損失，清水壓裂時的管道摩阻損失會嚴重，而現有支撐劑在施工使用過程中不具備自懸浮性能，從而使其在泵送至裂縫后容易沉降，堆積在裂縫底層，無法有效填充到整個裂縫，導致裂縫發育不良，同時也會使本已發育良好的裂隙因支撐劑充填不充分而存在一定程度上的閉合，進而影響油
/
天然氣的排出，降低油
/
天然氣產量
。
另外，現有制備攜砂液主要采用水，然而水本身摩阻較大，如果不單獨添加減阻性的材料，實際施工泵送壓力過高可能造成施工井噴和無法壓裂的情況，不僅能耗高，甚至高泵送壓力容易使支撐材料破碎而降低其支撐效果，輕則無法正常施工；重則勉強施工后，油
/
天然氣的排出不理想，降低產量
。

技術實現思路

[0006]本專利技術意在提供一種減阻效果好
、
抗破碎能力好
、
化學穩定性好
、
不增加壓裂液粘度和濁度
、
清水體中自懸浮性能好的自懸浮支撐材料，以解決現有支撐材料泵送至裂縫后因容易沉降堆積在裂縫底層，無法有效充填裂縫，導致油氣產量降低的技術問題
。
[0007]為達到上述目的，本專利技術采用如下技術方案：自懸浮支撐材料，包括骨料和用于包裹骨料的涂覆層，所述涂覆層外還設有隔離層；所述涂覆層包括至少一層的樹脂層，所述樹
脂層由合成材料制備而成，所述合成材料包括多元醇類聚合化合物
、
固化劑
、
減阻劑
、
胺類添加劑和催化劑；所述涂覆層外壁上有若干微細皺褶和直徑為
100
～
500nm
的納米級隆起，所述納米級隆起的數量為3～
4.1
×
107個
/mm2。
[0008]本方案的原理及優點是：
[0009]1、
相比于現有技術中支撐材料在使用過程中不具備清水中自懸浮性能而導致壓裂施工必須使用膠凝材料
(
包含攜砂液配置時添加，或者在支撐劑材料表面預先裹覆一層使其與攜砂液混合時溶出增粘
)
攜砂壓裂而影響油氣產量相比，本方案通過在骨料外設有包裹骨料的涂覆層，且通過合成材料在涂覆層表面形成眾多微細皺褶和納米級隆起，在支撐材料與水混合攪拌形成攜砂液后，支撐材料表面的眾多微細皺褶和納米級隆起界面處形成的微氣泡層使得支撐材料自懸浮在水中；從而使支撐材料在壓裂施工過程中能夠被有效攜送，便于支撐材料更充分地布置和充填滿地層裂隙體系的大小各種縫隙中，支撐或促進裂縫發育，進而便于油氣排出并增產
。
[0010]2、
相比于現有技術中需要單獨添加減阻性材料易導致油氣排出后期產量降低相比，本方案在合成涂覆層的合成材料中添加減阻劑，使得減阻劑在合成材料合成涂覆層的過程中均勻分布在涂覆層中，且減阻劑在與壓裂液混合時會快速從支撐劑顆粒體中釋出，并在支撐材料顆粒體與水混合相對運動的剪切力和濃度差產生的滲透壓差的雙重作用下迅速分布均勻，使得泵送管道壁與壓裂液體間的摩阻損失快速降低的同時，壓裂液體內的分子間摩擦力也會迅速減少，實現不另行添加減阻劑或不使用低摩阻滑溜水也能達到壓裂的技術效果，降低施工成本
。
[0011]3、
相比于現有技術中在骨料外包裹聚丙烯酰胺
、
羧甲基纖維素等膠凝劑時利用這些材料遇水溶出增加攜砂液粘度從而改善支撐材料在攜砂液中可攜送性而言，本方案通過在骨料表面包裹至少一層的樹脂層，使其在與清水和
/
或返排液施工時不會造成壓裂液的粘度和濁度增加，進而也不會對地層產生傷害；另外，本方案支撐材料還具有更高的強度和抗破碎能力，使得本產品在不同井深地層的壓裂環境中均可使用，適用范圍廣
。
[0012]4、
本方案通過在涂覆層外增設隔離層，能有效避免支撐材料之間粘連，從而避免影響其流動性能和存放效果，且流動性差還會影響支撐材料在使用過程中的分散懸浮效果，進而影響壓裂混砂分散效率和加砂效率
。
[0013]專利技術人在采用上述技術方案之前，曾以不同“水溶性膨脹物質為主要載體”覆膜的方式，以期通過覆膜的膨脹特性提升支撐材料的懸浮性能，然而效果提升并不顯著，且無法達到支撐材料的酸溶
、
破碎要求，具體如下：
[0014]首先，為了提升支撐材料的懸浮效果，專利技術人先采用酚醛樹脂或環氧樹脂在骨料外覆內層膜，以植物膠類
(
黃原膠
、
瓜爾膠
、pva
等膨脹組分
)
覆外層膜，發現覆膜效果不好，結塊性強，砂濕度大，流動性差，溶液渾濁等；其中，只有
pva
有粘度的增加，瓜爾膠和水一起加入時有輕微懸浮性，少部分支撐材料浮于水液面之上，形成氣泡產物；單獨使用黃原膠和瓜爾膠覆外層膜則基本不具有懸浮效果
。
隨后，專利技術人再采用了酚醛樹脂或環氧樹脂覆內層膜，以粘接劑
(
聚丙烯酰胺
、
羧甲基纖維素
)
覆外層膜，發現覆膜效果有提升，懸浮性也有所增加，然而懸浮量及懸浮時間依然較差
。
而后，專利技術人再以酚醛樹脂和環氧樹脂先覆兩層膜，而后再覆一層粘接劑
(
聚丙烯酰胺
、
羧甲基纖維素本文檔來自技高網...

【技術保護點】

【技術特征摘要】
1.
自懸浮支撐材料，其特征在于：包括骨料和用于包裹骨料的涂覆層，所述涂覆層外還設有隔離層；所述涂覆層包括至少一層的樹脂層，所述樹脂層由合成材料制備而成，所述合成材料包括多元醇類聚合化合物
、
固化劑
、
減阻劑
、
胺類添加劑和催化劑；所述涂覆層外壁上有若干微細皺褶和直徑為
100
～
500nm
的納米級隆起，所述納米級隆起的數量為3～
4.1
×
107個
/mm2。2.
根據權利要求1所述的自懸浮支撐材料，其特征在于：所述涂覆層包括內樹脂層和外樹脂層，所述內樹脂層由內層合成材料制備而成，所述內層合成材料包括內層樹脂
、
內層催化劑和內層固化劑；所述外層樹脂由外層合成材料制備而成，所述外層合成材料包括外層樹脂
、
外層固化劑
、
胺類添加劑
、
有機羧酸和外層催化劑；所述外層樹脂為多元醇類聚合化合物，所述外層固化劑為異氰酸酯類化合物
。3.
根據權利要求2所述的自懸浮支撐材料，其特征在于：所述內層樹脂為多元醇類聚合化合物
、
環氧樹脂
、
環氧樹脂和酚醛樹脂混合物中的任意一種；所述環氧樹脂和酚醛樹脂的混合物中環氧樹脂和酚醛樹脂的質量比為5～
8:2
；當內層樹脂為多元醇類聚合化合物時，內層固化劑為異氰酸酯類化合物；當內層樹脂為環氧樹脂或環氧樹脂和酚醛樹脂混合物時，內層固化劑為環氧樹脂固化劑，所述環氧樹脂固化劑為脂肪胺和芳香胺
、
酸酐類
、
酰胺類中的一種或多種混合物
。4.
根據權利要求3所述的自懸浮支撐材料，其特征在于：所述多元醇類聚合化合物包括多元醇聚合物
A
和多元醇
B
，所述多元醇聚合物
A
為丙二醇聚醚
、
三羥甲基丙烷聚醚
、
聚四氫呋喃中的一種或者幾種組合，多元醇
B
為乙二醇
、
丙二醇
、
甘油
、
三羥甲基丙烷
、
季戊四醇
、
木糖醇
、
山梨醇
、
蔗糖中的一種或幾種組合，所述多元醇類聚合化合物的羥基當量為
150
～
1100g/mol
；所述異氰酸酯類化合物為甲苯二異氰酸酯
、
亞甲基二苯基二異氰酸酯
、
異佛爾酮二異氰酸酯
、
二苯基甲烷二異氰酸酯中的一種或者幾種組合；所述胺類添加劑為二乙烯三胺
、
三乙胺
、
乙胺
、
三乙烯四胺
、
乙二胺中的一種或兩種以上的組合；所述有機羧酸為含碳數大于
12
的高級脂肪酸，包括蓖麻酸
、
二羥硬脂酸
、
油酸
、
硬脂酸
、
亞油酸
、
棕櫚酸
、
豆蔻酸
、
花生酸中的一種或多種組合；所述內層催化劑和外層催化劑均為烷基類有機金屬化合物和
/
或稀土金屬類的有機金屬化合物中的一種或幾種組合；內層催化劑和外層催化劑中有機金屬為鋅
、
錫
、
鉍
、
鉛中任...

【專利技術屬性】
技術研發人員：熊帆，熊鷹，陳秋慶，
申請(專利權)人：重慶長江造型材料集團股份有限公司，
類型：發明
國別省市：