一种油气井超低密度压裂支撑剂的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种油气井超低密度压裂支撑剂的制备方法。将硅灰分散于有机溶剂，加热到80-95℃加入硅烷偶联剂反应1-3h，然后降温到50-65℃加入有机酸反应1-3h，冷却、抽滤、干燥得到改性硅灰；将改性硅灰加入到溶有交联剂和引发剂的甲基丙烯酸甲酯单体混合液，以水为分散剂，加入悬浮剂，通过悬浮聚合合成复合微球，过滤、洗涤、烘干，过15-60目筛得到密度在1.119g/cm3～1.278g/cm3的压裂支撑剂。密度接近于水，在石油开采中，可以用自来水或者盐水为携砂液，从而可以大幅降低压裂施工成本，并且节能减排，避免使用瓜尔胶等高分子助剂，降低对环境的污染，提高了经济效益。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了。将硅灰分散于有机溶剂，加热到80-95℃加入硅烷偶联剂反应1-3h，然后降温到50-65℃加入有机酸反应1-3h，冷却、抽滤、干燥得到改性硅灰；将改性硅灰加入到溶有交联剂和引发剂的甲基丙烯酸甲酯单体混合液，以水为分散剂，加入悬浮剂，通过悬浮聚合合成复合微球，过滤、洗涤、烘干，过15-60目筛得到密度在1.119g/cm3～1.278g/cm3的压裂支撑剂。密度接近于水，在石油开采中，可以用自来水或者盐水为携砂液，从而可以大幅降低压裂施工成本，并且节能减排，避免使用瓜尔胶等高分子助剂，降低对环境的污染，提高了经济效益。【专利说明】
本专利技术属于石油、天然气井压裂开采和支撑剂生产领域，具体涉及一种油气井超低密度压裂支撑剂及制备方法。
技术介绍
水力压裂是石油、天然气低渗透油气井开采增产的重要新技术，支撑剂(proppant)则是压裂施工的关键材料。支撑剂由压裂液带入并支撑在压裂地层的裂隙中，它可以增加地层的导流能力，提高油气产量和延长油井寿命，是压裂工艺应用好坏的一个重要因素。 现有的支撑剂主要为高密度、中密度和低密度三种支撑剂，为了满足强度的要求，市面上普遍使用的石英砂、陶粒支撑剂的密度比较大，其悬浮性差，容易沉淀，不容易被携带到井中；为了使这些支撑剂有效地随着压裂液到达裂缝，这就需要使用到高粘度或者高密度的压裂液。而传统的压裂液主要成分是胍胶，胍胶是一种有机高分子物质，它的成本逐年递增，且大量使用对地层造成很大的伤害，导致地层本身的渗透性降低，造成地下水污染，降低原油品味，增加了开采成本。 CN200710188410.3公开了一种低密度支撑剂制备方法及制备工艺。其特征在于使用植物纤维材料作为原料，粉碎打磨成植物纤维颗粒，然后经过改性剂溶液浸溃、固化，再用高分子树脂包覆颗粒，粉碎后再次过筛成型支撑剂。所述的支撑剂体积密度为0.65g/cm3~1.10g/cm3,视密度为1.1O g/cm3~1.50g/cm3。但其制备工艺相对复杂,成本较高，且抗压强度较低，不能满足高压力深井的压裂开采。美国专利US7568524B2公开了一种聚苯硫醚支撑剂(PPS Proppant)，这是一种新型的有机支撑剂，其优点为密度低，介于1.1g/cm3~2.0g/cm3 ;抗压强度较高，52Mpa下破碎率小于5% ;且耐温范围为120°C~210°C，但是此支撑剂存在制备成本昂贵的缺陷，未能工业化应用。
技术实现思路
本专利技术目的在于提供一种油气井超低密度压裂支撑剂及制备方法，保证强度的前提下，大大降低了支撑剂的密度，且能够大大降低生产成本和施工成本，且对环境无害。 为达到上述目的，采用技术方案如下: 一种压裂支撑剂的制备方法，包括以下步骤: I)将硅灰分散于有机溶剂，加热到80_95°C加入硅烷偶联剂反应l_3h，然后降温到50-65°C加入有机酸反应l_3h，冷却、抽滤、干燥得到改性硅灰； 2)将改性硅灰加入到溶有交联剂和引发剂的甲基丙烯酸甲酯单体混合液，以水为分散剂，加入悬浮剂，通过悬浮聚合合成复合微球，过滤、洗涤、烘干，过15-60目筛得到密度在1.119g/cm3~1.278g/cm3的压裂支撑剂。 按上述方案，步骤I)中硅烷偶联剂与硅灰的质量比为(0.2~I):20 ;有机酸与硅灰的质量比为(0.2~I): 20。 按上述方案，步骤2)中悬浮剂与甲基丙烯酸甲酯单体的质量比为(1.5~8):20;改性硅灰与甲基丙烯酸甲酯单体的质量比为(I~10):20 ;交联剂与甲基丙烯酸甲酯单体的质量比为(I~5):20;引发剂与甲基丙烯酸甲酯单体的质量比为(0.2~0.5):20。 按上述方案，步骤I)中所述硅灰粒径在200~500nm。 按上述方案，步骤I)中所述的硅烷偶联剂为氨丙基三乙氧基硅烷(KH550)、缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷(KH560)或甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(KH570);所述的有机酸为硬脂酸、油酸、柠檬酸或水杨酸。 按上述方案，所述的交联剂为二乙烯苯、环戊二烯、N，N_亚甲基双丙烯酰胺或三烯丙基异三聚氰酸酯。 按上述方案，所述的引发剂为过氧化苯甲酰、异丙苯过氧化氢或过氧化二叔丁基。 按上述方案，步骤2)中所述的悬浮剂为氢氧化钠、六水合氯化镁和聚乙烯醇；其中氢氧化钠、六水合氯化镁摩尔比2:1。 专利技术的有益效果在于: 制备出的超低密度压裂支撑剂密度为1.119g/cm3~1.278g/cm3，密度接近于水，在石油开采中，可以用自来水或者盐水为携砂液，从而可以大幅降低压裂施工成本，并且节能减排，避免使用瓜尔胶等高分子助剂，降低对环境的污染，提高了经济效益。 通过在高分子聚合物合成过程中添加一定量矿物材料可以达到提高聚合物抗压强度和耐温性的目的，从而适用于深井压裂使用。 本专利技术的超低密度高强度压裂支撑剂制备方法简单，可以进行工业化生产，且成本低。 【具体实施方式】 以下实施例进一步阐释本专利技术的
技术实现思路
，但不作为对本专利技术保护范围的限制。 本专利技术超低密度高强度压裂支撑剂的制备过程如下: I)将硅灰分散于有机溶剂，加热到80_95°C加入硅烷偶联剂反应l_3h，然后降温到50-65°C加入有机酸反应l_3h，冷却、抽滤、干燥得到改性硅灰； 2)将改性硅灰加入到溶有交联剂和引发剂的甲基丙烯酸甲酯单体混合液，以水为分散剂，加入悬浮剂，通过悬浮聚合合成复合微球，过滤、洗涤、烘干，过15-60目筛得到密度在1.119g/cm3~1.278g/cm3的压裂支撑剂。悬浮聚合水油比控制在4:1-6:1之间。 优化地，硅烷偶联剂与硅灰的质量比为(0.2~I):20 ;有机酸与硅灰的质量比为(0.2 ~I):20ο 优化地，悬浮剂与甲基丙烯酸甲酯单体的质量比在(1.5~8):20为佳；改性硅灰与甲基丙烯酸甲酯单体的质量比在(I~10):20为佳；交联剂与甲基丙烯酸甲酯单体的质量比在(I~5): 20为佳；引发剂与甲基丙烯酸甲酯单体的质量比在(0.2~0.5):20为佳。 所用硅灰粒径在200~500nm。 步骤I)所用有机溶剂可以为乙醇、甲苯或丙酮。 步骤I)中所用的硅烷偶联剂可以为氨丙基三乙氧基硅烷(KH550)、缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷(KH560)或甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(KH570);所述的有机酸为硬脂酸、油酸、柠檬酸或水杨酸。 步骤2)中所用的交联剂为二乙烯苯、环戊二烯、N，N-亚甲基双丙烯酰胺或三烯丙基异三聚氰酸酯。 步骤2)中所用的引发剂为过氧化苯甲酰、异丙苯过氧化氢或过氧化二叔丁基。 关键地，步骤2)中所述的悬浮剂为氢氧化钠、六水合氯化镁和聚乙烯醇；其中氢氧化钠、六水合氯化镁摩尔比2:1，反应形成的氢氧化镁沉淀与聚乙烯醇起到悬浮剂的作用。 本专利技术超低密度高强度压裂支撑剂在86Mpa下破碎率仅为7 %，体积密度为 0.663~0.816g/cm3,视密度为1.109~1.278g/cm3。在压裂采油过程中，可以用自来水或者盐水为携砂液，降低了石油开采的成本，提高了经济效益。 实施例1 硅灰的改性:称取20g硅灰，加入到乙醇溶液中，再滴加0.2g硅烷偶联剂KH570本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种压裂支撑剂的制备方法，其特征在于包括以下步骤：1)将硅灰分散于有机溶剂，加热到80‑95℃加入硅烷偶联剂反应1‑3h，然后降温到50‑65℃加入有机酸反应1‑3h，冷却、抽滤、干燥得到改性硅灰；2)将改性硅灰加入到溶有交联剂和引发剂的甲基丙烯酸甲酯单体混合液，以水为分散剂，加入悬浮剂，通过悬浮聚合合成复合微球，过滤、洗涤、烘干，过15‑60目筛得到密度在1.119g/cm3～1.278g/cm3的压裂支撑剂。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：严春杰，王义霞，陈涛，陈宇婷，景录如，罗文君，
申请(专利权)人：中国地质大学武汉，
类型：发明
国别省市：湖北;42