含聚乙烯吡咯烷酮的膨胀材料组合物和自悬浮支撑剂及支撑剂的应用和制备方法技术

本发明专利技术公开了一种膨胀材料组合物，该组合物包括聚乙烯吡咯烷酮和半合成高分子材料，其中，聚乙烯吡咯烷酮和半合成高分子材料的质量比为(50-1000)：1，半合成高分子材料为改性纤维素高分子材料和/或改性淀粉高分子材料。同时公开了采用该膨胀材料组合物制备的自悬浮支撑剂及其制备方法和应用。本发明专利技术的膨胀材料组合物制备的自悬浮支撑剂与水混合后即可处于悬浮状态，且悬浮时间长，导流性好，在填充裂缝的过程中能够有效减少砂堵，输送的距离更远，出油/气量更大。

Expandable material composition containing polyvinylpyrrolidone, application of self suspension proppant and proppant, and preparation method

The invention discloses an expansion material composition, the composition comprising polyvinyl pyrrolidone and semi synthetic polymer materials, the quality of polyvinylpyrrolidone and semi synthetic polymer material ratio (50-1000):1, semi synthetic polymer modified cellulose polymer materials and / or modified starch polymer materials. 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.

【技术实现步骤摘要】
含聚乙烯吡咯烷酮的膨胀材料组合物和自悬浮支撑剂及支撑剂的应用和制备方法
本专利技术涉及矿产开采领域，具体地，涉及一种膨胀材料组合物和自悬浮支撑剂及其制备方法和应用。
技术介绍
石油与半合成气在我国国民经济发展中占据重要地位，我国陆地的油气资源经过半个多世纪的开采，许多的油井已开始老化甚至枯竭，对于油田的有效开采和增产变得越来越重要。目前油气井增产的主要措施是水力压裂技术，利用地面的高压泵组等压裂设备通过井筒不断向油层注入超出其吸收能力的、具有超高粘度的压裂液而使得油层上形成较高的压力，随着压裂液的不断注入，压力也不断升高，当此压力高于井壁附近地层压力和地层岩石扩张强度时，油层就会被压裂开而形成大小不一、长短不同的裂缝，然后由携砂液将支撑剂输送至裂缝中支撑裂缝，使得油层与井筒之间形成一条流体通道，达到增产的效果。压裂液高速流动，利用湍流悬浮支撑剂，然而当支撑剂到达裂缝后，由于流体流速的大幅下降，支撑剂快速沉降于裂缝底部(专利CN102159797A)。为减少滤失，并提高携砂能力，压裂液中通常添加有机高分子化合物作增稠剂，而这些有机高分子化合物会随着压裂液进入地层，部分留在地下的高分子化合物堵住地层的孔，导致出油量下降、地下水污染等问题。此外，压裂液粘度增大，使得返排时消耗的泵功率较大，且不利于全部返排。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种膨胀材料组合物和自悬浮支撑剂以及支撑剂的制备方法和应用，以克服现有技术中需向压裂液中添加增稠剂以完成对支撑剂的输送导致的增稠剂堵塞出油孔及污染环境的缺陷。为了实现上述目的，本专利技术第一方面，提供一种膨胀材料组合物，该组合物包括聚乙烯吡咯烷酮和半合成高分子材料，其中，聚乙烯吡咯烷酮和半合成高分子材料的质量比为(50-1000)：1，所述半合成高分子材料为改性纤维素高分子材料和/或改性淀粉高分子材料。优选地，聚乙烯吡咯烷酮的重均分子量为5000-1500000。优选地，聚乙烯吡咯烷酮为选自阴离子型聚乙烯吡咯烷酮、阳离子型聚乙烯吡咯烷酮和非离子型聚乙烯吡咯烷酮中的至少一种。进一步优选地，聚乙烯吡咯烷酮为阴离子型聚乙烯吡咯烷酮。优选地，改性纤维素高分子材料为选自羧甲基纤维素、甲基纤维素、乙基纤维素、羟乙基纤维素、羟丙基纤维素、羟丙基甲基纤维素和羧甲基羟乙基纤维素中的至少一种。优选地，改性淀粉高分子材料为选自羧甲基淀粉、羟乙基淀粉、氰乙基淀粉、醋酸淀粉和磷酸淀粉中的至少一种。优选地，改性淀粉高分子材料为阳离子淀粉，所述阳离子淀粉包括叔胺阳离子淀粉和/或季胺阳离子淀粉。优选地，改性淀粉高分子材料为接枝共聚淀粉，所述接枝共聚淀粉为选自丙烯腈接枝共聚淀粉、丙烯酰胺接枝共聚淀粉、丙烯酸接枝共聚淀粉、乙酸乙烯接枝共聚淀粉、甲基丙烯酸甲酯接枝共聚淀粉和苯乙烯接枝共聚淀粉中的至少一种。本专利技术第二方面，提供一种自悬浮支撑剂，该自悬浮支撑剂包括支撑剂本体和包覆或部分包覆在支撑剂本体表面的膨胀材料层，该膨胀材料层由本专利技术第一方面的膨胀材料组合物经粘结剂和固化剂粘结并包覆或部分包覆在所述支撑剂本体上形成；其中，膨胀材料组合物与支撑剂本体的质量比为1：(100-1500)；支撑剂本体、粘结剂与固化剂的重量比为1：(0.001-0.2)：(0.001-0.2)。优选地，支撑剂本体为骨料和/或预覆膜骨料。优选地，骨料为选自石英砂、陶粒、金属颗粒、球状玻璃颗粒、烧结铝土矿、烧结氧化铝、烧结氧化锆、合成树脂和粉碎的果壳颗粒中的至少一种；所述骨料的粒径为6-200目。优选地，预覆膜骨料为包括骨料和包覆或部分包覆在骨料表面的预覆膜树脂层。优选地，预覆膜树脂层为树脂材料在骨料表面经包覆处理所得，其中，树脂材料为选自酚醛树脂、呋喃树脂和环氧树脂中的至少一种。优选地，粘结剂为选自酚醛树脂、环氧树脂、不饱和聚酯树脂和杂环高分子粘结剂中的至少一种。优选的，固化剂为选自脂肪族胺及其加成物、叔胺及其盐、芳香族胺及其改性体、咪唑、酸酐、过氧化酰、过氧化脂、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种。本专利技术第三方面，提供本专利技术第二方面的自悬浮支撑剂的制备方法，该方法包括：(1)将支撑剂本体和粘结剂及固化剂在第一温度下分散混合均匀，其中，支撑剂本体、粘结剂与固化剂的重量比为1：(0.001-0.2)：(0.001-0.2)；(2)使所述支撑剂本体和膨胀材料组合物在第二温度下分散混合均匀以使膨胀材料组合物包覆或部分包覆在支撑剂本体上，得到颗粒状的自悬浮支撑剂，其中，膨胀材料组合物与所述支撑剂本体的质量比为1：(100-1500)。优选的，第一温度为100-300℃；第二温度为50-200℃。本专利技术第四方面，提供本专利技术第二方面的自悬浮支撑剂在流体矿开采方面的应用。优选地，流体矿包括半合成气、石油、页岩气、页岩油、淡水和盐水中的至少一种。通过上述技术方案，本专利技术的膨胀材料组合物成本低，对环境污染小。将本专利技术的膨胀材料组合物包覆于骨料上制得的自悬浮支撑剂无需使用添加有机高分子且成本昂贵的压裂液进行压裂，直接使用半合成水即可，且与水混合后即可处于悬浮状态，悬浮时间长，导流性好，在填充裂缝的过程中能够有效减少砂堵，输送的距离更远，出油/气量更大。此外，由于本专利技术的膨胀材料组合物自身的特性，能降低压裂液的摩阻，易输送，易返排，且返排能耗降低，没有高分子材料残留，有利于环境保护，能够更好的满足采油的需要。本专利技术的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。具体实施方式以下对本专利技术的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本专利技术，并不用于限制本专利技术。本专利技术第一方面：提供一种膨胀材料组合物，所述组合物包括聚乙烯吡咯烷酮和半合成高分子材料。根据本专利技术的第一方面，聚乙烯吡咯烷酮和半合成高分子材料的质量比在较大范围内都可以实现本专利技术的目的，例如，聚乙烯吡咯烷酮和半合成高分子材料的质量比可以为(50-1000)：1。根据本专利技术的第一方面，聚乙烯吡咯烷酮的含义为本领域技术人员所熟知，为水溶性聚合物，具有如式(1)所示的结构式，其中，n可以为1-107间的任意整数。聚乙烯吡咯烷酮分子中的内酰胺是强极性基团，具有亲水性。本专利技术的膨胀材料组合物包括聚乙烯吡咯烷酮，使膨胀材料组合物在水中能够快速溶胀。根据本专利技术的第一方面，聚乙烯吡咯烷酮的重均分子量可以在很大范围内变化，优选情况下，适用于形成膨胀材料组合物的聚乙烯吡咯烷酮的重均分子量可以为5000-1500000。根据本专利技术，聚乙烯吡咯烷酮的种类没有特别的要求，可以为本领域技术人员所熟知的，可以为选自阴离子型聚乙烯吡咯烷酮、阳离子型聚乙烯吡咯烷酮和非离子型聚乙烯吡咯烷酮中的至少一种。优选情况下，聚乙烯吡咯烷酮可以为阴离子型聚乙烯吡咯烷酮。阴离子型聚乙烯吡咯烷酮可以更好地在水中溶胀，提高了膨胀材料组合物的溶解性，可以使得用膨胀材料组合物制备的自悬浮支撑剂具备更好的自悬浮能力。市售的上述种类的聚乙烯吡咯烷酮均可以满足本专利技术的目的，例如，市售聚乙烯吡咯烷酮的牌号可以为但不限于：PVP-K系列和PVP-C系列等。根据本专利技术的第一方面，半合成高分子材料的含义为本领域技术人员所熟知，是由天然物质经化学改性而得，优选地，半合成高分子材料可以为改性纤维本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种膨胀材料组合物，其特征在于，所述组合物包括聚乙烯吡咯烷酮和半合成高分子材料，所述聚乙烯吡咯烷酮和所述半合成高分子材料的质量比为(50‑1000)：1，所述半合成高分子材料为改性纤维素高分子材料和/或改性淀粉高分子材料。

【技术特征摘要】
1.一种膨胀材料组合物，其特征在于，所述组合物包括聚乙烯吡咯烷酮和半合成高分子材料，所述聚乙烯吡咯烷酮和所述半合成高分子材料的质量比为(50-1000)：1，所述半合成高分子材料为改性纤维素高分子材料和/或改性淀粉高分子材料。2.根据权利要求1所述的组合物，其特征在于，所述聚乙烯吡咯烷酮的重均分子量为5000-1500000。3.根据权利要求1所述的组合物，其特征在于，所述聚乙烯吡咯烷酮为选自阴离子型聚乙烯吡咯烷酮、阳离子型聚乙烯吡咯烷酮和非离子型聚乙烯吡咯烷酮中的至少一种。4.据权利要求1或3所述的组合物，其特征在于，所述聚乙烯吡咯烷酮为阴离子型聚乙烯吡咯烷酮。5.根据权利要求1所述的组合物，其特征在于，所述改性纤维素高分子材料为选自羧甲基纤维素、甲基纤维素、乙基纤维素、羟乙基纤维素、羟丙基纤维素、羟丙基甲基纤维素和羧甲基羟乙基纤维素中的至少一种。6.根据权利要求1所述的组合物，其特征在于，所述改性淀粉高分子材料为选自羧甲基淀粉、羟乙基淀粉、氰乙基淀粉、醋酸淀粉和磷酸淀粉中的至少一种。7.根据权利要求1所述的组合物，其特征在于，所述改性淀粉高分子材料为阳离子淀粉，所述阳离子淀粉包括叔胺阳离子淀粉和/或季胺阳离子淀粉。8.根据权利要求1所述的组合物，其特征在于，所述改性淀粉高分子材料为接枝共聚淀粉，所述接枝共聚淀粉为选自丙烯腈接枝共聚淀粉、丙烯酰胺接枝共聚淀粉、丙烯酸接枝共聚淀粉、乙酸乙烯接枝共聚淀粉、甲基丙烯酸甲酯接枝共聚淀粉和苯乙烯接枝共聚淀粉中的至少一种。9.一种自悬浮支撑剂，其特征在于，所述自悬浮支撑剂包括支撑剂本体和包覆或部分包覆在支撑剂本体表面的膨胀材料层，该膨胀材料层由权利要求1-8中任意一项所述的膨胀材料组合物经粘结剂和固化剂粘结并包覆或部分包覆在所述支撑剂本体上形成；所述膨胀材料组合物与所述支撑剂本体的质量比为1：(100-1500)；所述支撑剂本体、粘结剂与固化剂的重量比为1：(0.001-0.2)：(0.001-0....

【专利技术属性】
技术研发人员：秦升益，王中学，
申请(专利权)人：北京仁创科技集团有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11