油气井压裂工艺用压裂球及其制备方法技术

油气井压裂工艺用压裂球及其制备方法，压裂球为核/壳结构，包括内核和外壳，外壳直接包覆在内核外表面上，其中内核和外壳在压裂液中具有不同的溶解速度，内核的溶解速度大于外壳的溶解速度。根据本发明专利技术的油气井压裂工艺用压裂球，通过合理控制内核和外壳的成分和厚度，来控制内核和外壳在压裂液中的溶解时间，不仅能够满足油气井压裂作业时的支撑强度需要，而且可以实现在井下完全可溶，不需要返回操作，大大提高了生产效率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种油气井压裂工艺用材料，特别是涉及一种分段压裂工艺的压裂球 材料。
技术介绍
随着油田勘探开发的不断深入和开采技术的日益进步，油气藏压裂技术得到越来 越多的应用，已经成为低渗透油气藏改造及增产增效的重要措施。在压裂过程中用于暂堵 套筒的压裂球一般由尼龙制成，在使用过程中压裂球会发生变形，容易卡在滑套中，造成 作业的中断；另外现有的压裂球由于在压裂液中不溶解，通常需要返排操作，降低了生产效 率。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有常规压裂球存在的缺陷，提供一种可溶性的金属复合 材料压裂球。 根据本专利技术的一个方面，提供一种油气井压裂工艺中用压裂球，压裂球为核/壳 结构，包括内核和外壳，夕卜壳包覆在内核外表面上，其中内核和外壳在压裂液中具有不同的 溶解速度，内核的溶解速度大于外壳的溶解速度。 在本专利技术的一个具体实施例中，内核由复合金属材料制成，夕卜壳由单一金属材料 制成。 根据本专利技术的另一个方面，提供一种油气井压裂工艺中用压裂球的制备方法，包 括如下步骤： 步骤1)在微米级第一金属粉末上包覆或粘结辅助添加剂，制备成微米级复合颗 粒； 步骤2)用成型方法将步骤1中的微米级复合颗粒制备成所需尺寸的内核；以及 步骤3)在内核表面包覆第二金属材料，形成外壳， 其中，内核和外壳在压裂液中具有不同的溶解速度，内核的溶解速度大于外壳的 溶解速度。 在本专利技术的一个优选实施例中，第一金属粉末为钙、镁、铝、镁铝合金粉末中的一 种或多种，更优选情况下，第一金属粉末为镁错合金粉末。 在本专利技术的另一个优选实施例中，辅助添加剂为镍、铜、铁、银、石墨中的一种或多 种。 在本专利技术的又一个优选实施例中，第二金属材料是铝、钛、铁、锌中的一种或多种。 在本专利技术的又一个优选实施例中，步骤1)中采用化学镀工艺在第一金属粉末上包 覆辅助添加剂，采用化学镀工艺能够使第一金属粉末被辅助添加剂完整包覆，从而易于使 最终的压裂球形成均匀弥散结构。 在本专利技术的又一个优选实施例中，步骤2)中成型方法是热压成形。 在本专利技术的又一个优选实施例中，在步骤3)中包覆方法采用电镀或气相沉积。 根据本专利技术的油气井压裂工艺用压裂球，通过合理控制内核和外壳的成分和厚 度，来控制内核和外壳在压裂液中的溶解时间，不仅能够满足油气井压裂作业时的支撑强 度需要，而且可以实现在井下完全可溶，不需要返回操作，大大提高了生产效率。 【附图说明】 图1为根据本专利技术的油气井压裂工艺用压裂球的结构示意图；以及 图2为根据本专利技术的油气井压裂工艺用压裂球的工作原理示意图。 【具体实施方式】 下面通过具体实施例并结合附图对本专利技术进一步进行描述。本领域技术人员应当 理解，以下描述仅用于解释本专利技术而非用于对其作出任何限制。 首先，结合附图1和2来说明根据本专利技术的油气井压裂工艺(作业）用压裂球的结 构和工作原理。 图1为根据本专利技术的油气井压裂工艺用压裂球的结构示意图，如图1所示，压裂球 为核/壳结构，包括内核2和外壳1，整体压裂球的半径为R1，内核2的半径为R2。外壳1 直接包覆在内核2外表面上，其中内核2和外壳1在压裂液中具有不同的溶解速度，内核2 的溶解速度大于外壳1的溶解速度。压裂液主要为无机盐类水溶液，例如氯化钠和/或氯 化钾水溶液，由于在地下深井中，压裂液通常具有50-80°C的温度，并含有其他矿物质离子 (例如镁、钙等)，从而能够促进压裂球的溶解。 图2为根据本专利技术的油气井压裂工艺用压裂球的工作原理示意图，如图2所示，当 压裂球投入井下工作时，接触到含有电解质的水溶液（即压裂液）后，开始发生电化学反应， 外壳1缓慢溶解，当工作时间结束后，外壳1完全溶解。随后内核2开始接触压裂液，内核 2的复合金属材料由于其成弥散分布的特殊结构，可以形成多个原电池，发生电化学反应开 始快速溶解，直至化为乌有。从而能够实现在压裂作业时间内，依靠内核2的完整性来提供 所需的机械强度，而当压裂作业完成后，压裂球能够迅速溶解掉，不需要返排就可以接着进 行下一次压裂作业。 根据具体油气井压裂作业工况要求，可以选择具体的内核2的半径大小R2;通过 控制外壳1的厚度（R2-R1)来控制外壳1的溶解时间，来适应压裂作业时工作时间长短的要 求。通常情况下，内核2的半径R2为20-60mm之间，外壳1的厚度（R2-R1)为l-5mm之间。 下面通过具体实施例来说明根据本专利技术的油气井压裂工艺用压裂球的制备方法 和性能。 实施例1 步骤1):采用化学镀工艺在微米级金属粉末镁铝合金上包覆辅助添加剂镍，制备 成镍包镁铝合金的微米级复合颗粒； 步骤2):用热压成型方法将步骤1)中的微米级复合颗粒制备成所直径为50mm的 实心内核2 ; 步骤3):用电镀方法在实心内核2表面包覆一层厚度为3mm的金属铝，形成外壳 1〇 实施例2 步骤1):采用粘结工艺在微米级金属粉末铝上粘结辅助添加剂铜，制备成铜包铝 的微米级复合颗粒； 步骤2):用热压成型方法将步骤1)中的微米级复合颗粒制备成直径为80mm的实 心内核2 ; 步骤3):用化学气相沉积方法在实心内核2表面包覆一层厚度为2mm的金属铝和 钛，错和钛的体积比为1:1，形成外壳1。 实施例3 步骤1):在微米级金属粉末镁上包覆或粘结辅助添加剂石墨，制备成石墨包镁的 微米级复合颗粒； 步骤2):用先冷压成型再常压烧结的方法将步骤1)中的微米级复合颗粒制备成 直径为IOOmm的实心内核2 ; 步骤3):用化学气相沉积方法在实心内核2表面包覆一层厚度为Imm的金属铁， 形成外壳1。 实施例4 步骤1):在微米级金属粉末镁铝合金上包覆或粘结辅助添加剂铁，制备成铁包镁 铝合金的微米级复合颗粒； 步骤2):用热压成型方法将步骤1)中的微米级复合颗粒制备成直径为80mm的实 心内核2 ; 步骤3):用化学气相沉积方法在实心内核2表面包覆一层厚度为Imm金属锌，形 成外壳1。 根据上述实施例所制备的压裂球分别进行了压缩强度和溶解时间的性能测试。压 缩强度测试是在压力试验机上进行的，以压裂球被压碎时的最大压力除以压裂球的最大截 面积得到压缩强度。溶解时间测试是在含有25wt%NaCl、2wt%MgCl2和3wt%的CaCl2的水溶 液中(模拟压裂液）进行的，温度为60°C。测试结果如表1所示。 表1 :实施例1-4所制备的压裂球的性能本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种油气井压裂工艺用压裂球，其特征在于，压裂球为核/壳结构，包括内核和外壳，外壳直接包覆在内核外表面上，其中内核和外壳在压裂液中具有不同的溶解速度，内核的溶解速度大于外壳的溶解速度。

【技术特征摘要】
1. 一种油气井压裂工艺用压裂球，其特征在于，压裂球为核/壳结构，包括内核和外 壳，外壳直接包覆在内核外表面上，其中内核和外壳在压裂液中具有不同的溶解速度，内核 的溶解速度大于外壳的溶解速度。2. 根据权利要求1所述的油气井压裂工艺用压裂球，其特征在于，内核由复合金属材 料制成，外壳由单一金属材料制成。3. -种油气井压裂工艺用压裂球的制备方法，其特征在于，包括如下步骤： 步骤1)在微米级第一金属粉末上包覆或粘结辅助添加剂，制备成微米级复合颗粒； 步骤2)用成型方法将步骤1中的微米级复合颗粒制备成所需尺寸的内核；以及 步骤3)在内核表面包覆第二金属材料，形成外壳， 其中，内核和外壳在压裂液中具有不同的溶解速度，内核的溶解速度大于外壳的溶解 速度。4. 根据权利要求3所述油气井压裂工艺用压裂球的制备方法，其特征在于，第...

【专利技术属性】
技术研发人员：于守泉，黄传兵，席君杰，张伟刚，程智远，李梅，杜成良，何志勇，刘志斌，骆劲羽，张鹏，
申请(专利权)人：中国石油集团渤海钻探工程有限公司，中国科学院过程工程研究所，北京中科金腾科技有限公司，
类型：发明
国别省市：天津;12