一种低摩阻复合纳米支撑剂及其制备方法技术

本发明专利技术申请属于有机高分子材料技术领域，公开了一种低摩阻复合纳米支撑剂的制备方法，包括以下步骤：(1)以苯乙烯衍生物、丙烯酸衍生物和二乙烯苯为共聚单体，添加改性纳米填料，通过悬浮聚合形成的高分子聚合物，得到复合纳米骨料；(2)复合纳米骨料抽滤至含水量小于20％；(3)制备减阻剂；(4)在烘干的复合纳米骨料中加入聚丙烯酰胺、减阻剂、表面活性剂，混匀，烘干固化。与现有技术相比，本方法所制备的支撑剂，在清水中迅速释放降低摩阻的水溶性物质，使得在使用本支撑剂压裂施工采用清水作为压裂携砂液时的摩阻相对与使用纯清水压裂携砂液时更低，也使得相对于使用传统压裂液施工压裂的工艺进一步简化和简单，压裂液的使用成本低。

A low friction composite nano propping agent and its preparation method

The application of the invention belongs to the technical field of organic macromolecule materials, and discloses a preparation method of low friction composite nano-support agent, which comprises the following steps: (1) the polymer is obtained by suspension polymerization using styrene derivatives, acrylic acid derivatives and divinylbenzene as copolymer monomers, adding modified nano-fillers. To composite nano-aggregate; (2) composite nano-aggregate to water content less than 20%; (3) preparation of drag reducing agent; (4) drying composite nano-aggregate in the addition of polyacrylamide, drag reducing agent, surfactant, mixing, drying and curing. Compared with the prior art, the proppant prepared by the method rapidly releases water-soluble substances to reduce friction in clear water, which makes the friction resistance of water used as fracturing carrier fluid in fracturing operation with this proppant lower than that of pure water fracturing carrier fluid, and also makes it lower than that of conventional fracturing fluid. The fracturing process is further simplified and simple, and the use cost of fracturing fluid is low.

【技术实现步骤摘要】
一种低摩阻复合纳米支撑剂及其制备方法
本专利技术属于有机高分子材料
，具体公开了一种低摩阻复合纳米支撑剂及其制备方法。
技术介绍
支撑剂是指具有一定粒度和级配的天然砂或人造高强陶瓷颗粒，具有很高的压裂强度，主要用于油田井下支撑，以增加石油天然气的产量，属环保产品。支撑剂总体上分为两大类，一类为完全的无机物料制备而成不含任何有机物复合的支撑剂，通常是石英砂和人造陶粒砂；另一大类是无机物料外裹覆一层有机物的树脂覆膜支撑剂，通常这类覆膜支撑剂按树脂膜的功能不同分为两大类，即可固化覆膜支撑剂和预固化覆膜支撑剂。不管是未覆膜和覆膜的支撑剂也可以根据使用的骨料不同分为石英支撑剂和陶粒支撑剂。石英砂支撑剂主要是二氧化硅占90％以上，其余含有的金属氧化物属于石英砂晶相中的伴生物相或表层附着物相，所以其外观相对于人工陶粒球度较差、酸溶解度较高。而人造陶粒其物相主要是二氧化硅与氧化铝在助溶剂作用下相高温熔融形成的诸如莫来石相、硅铝相的复合晶相，因此其抗破碎性相对较高、球度较好、酸溶较低等特性。支撑剂使用在石油生产的压裂过程中，是将由水配置成的压裂液携带支撑剂进入底层裂缝，对石油生产进行压裂作用。常用的压裂液有胍胶体系和滑溜水体系，由于清水的携砂能力差、摩阻高，它们均为在清水中加入各种添加剂，使得配置的压裂液可以提高携砂能力，降低摩阻的功效，从而降低对设备的要求和减少压裂液在管道输送过程中的能耗。但是由于目前的支撑剂在水中的悬浮性不佳，且其自身不能降低水的摩阻，导致现有的压裂液需要通过添加一些组分来降低压裂液的摩阻和提高其携砂能力，从而导致压裂液的配置工艺复杂、成本高。专利
技术实现思路
本专利技术的目的在提供一种低摩阻复合纳米支撑剂及其制备方法，以解决目前支撑剂不能降低在水中的摩阻，导致配置的压裂液摩阻高、压裂效果不佳，配置工艺复杂、成本高的问题。为了达到上述目的，本专利技术的基础方案为：一种低摩阻复合纳米支撑剂的制备方法，包括以下步骤：(1)以苯乙烯衍生物和/或丙烯酸衍生物，和二乙烯苯为共聚单体，添加改性纳米填料，通过悬浮聚合形成的高分子聚合物，得到复合纳米骨料；(2)复合纳米骨料在聚合反应结束后，滤去水，真空抽滤至含水量小于20％备用，或烘干至水分小于1％备用；；(3)制备减阻剂，将丙烯酰胺、丙烯酰胺衍生物、丙烯酸、甲基丙烯酸、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、甲基丙烯磺酸钠在水中经引发剂引发制得高分子聚合物的水溶液，即减阻剂；所述减阻剂中固态物质含量为8-15％，数均分子量不小于100000，粘度为10-1000cp；(4)在备用的复合纳米骨料中加入聚丙烯酰胺、减阻剂、表面活性剂，聚丙烯酰胺为复合纳米骨料质量分数的0.01-0.2％，减阻剂为复合纳米骨料质量分数的0.02-1％，表面活性剂为复合纳米骨料质量分数的0.01-0.5％；混匀，使得添加的组分附着在复合纳米骨料的表面，烘干固化。本基础方案的有益效果在于：1、本方法中由于复合纳米支撑剂中的填料为改性纳米填料，使其视密度小于1.1g/cm3，在清水中具有较好的悬浮性，故直接使用清水就可实现高携砂能力；利用本支撑剂制备的压裂液的摩阻低，从而降低压裂液使用过程中对设备的要求和减少压裂液在管道输送过程中的能耗。2、本方法中所制备的支撑剂，支撑剂的外部通过附着了一层聚丙烯酰胺、减阻剂、表面活性剂的混合物质，使得制备的支撑剂减阻成分的水溶性较好，能够在清水中迅速释放降低摩阻的水溶性物质，进一步使得利用本支撑剂制备的压裂液的摩阻低，降低压裂液使用过程中对设备的要求和减少压裂液在管道输送过程中的能耗。3、本方法中利用自制的减阻剂附着在复合纳米支撑剂的外表面，自制的减阻剂中，水溶性更佳，可进一步使得所制得的支撑剂能够在清水中迅速释放降低摩阻的水溶性物质，从而降低压裂液的摩阻，使压裂液的各项性能更佳。4、本方法所制备的支撑剂，能够在清水中将迅速释放降低摩阻的水溶性物质，使得压裂制备过程中无需配置添加剂，压裂液配置的工艺得以简化，压裂施工摩阻降低、所需泵功减小、结合其本身的良好悬浮性，有助于非常规低渗储层的开采。与现有技术相比，本方法所制备的支撑剂，在清水中迅速释放降低摩阻的水溶性物质，使得在使用本支撑剂压裂施工采用清水作为压裂携砂液时的摩阻相对与使用纯清水压裂携砂液时更低，也使得相对于使用传统压裂液施工压裂的工艺进一步简化和简单，压裂液的使用成本低，即完全可以使用清水替代传统的滑溜水作为携砂液。进一步，步骤(1)中，所述苯乙烯衍生物包括苯乙烯、甲基苯乙烯、乙基苯乙烯、二甲基苯乙烯的一种或两种以上；所述丙烯酸衍生物包括丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸己酯、丙烯酸十八酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸己酯、甲基丙烯酸十八酯、甲氧基聚乙二醇甲基丙烯酸酯、甲基丙烯酸、甲基丙烯酸烯丙酯的一种或两种以上；所述改性纳米填料包括用表面活性剂、硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、纤维素改性玻璃纤维、硅钛铁铝碳的单质或氧(或氮)化物或任一组分复合改性的纳米材料。以上材料易获取，成本低，适合作为本方法中所需要的苯乙烯衍生物、丙烯酸衍生物和改性纳米填料。进一步，所述纳米材料包括碳纳米管、碳纳米纤维、纳米炭黑、纳米玻璃纤维、纳米滑石粉、纳米氮化物、纳米碳化物、纳米硫化物、纳米硼化物、纳米盐类化合物、纳米合金、纳米氧化物、纳米金属、纳米非金属、纳米稀土化合物的一种或两种以上。以上材料易获取，成本低，适合作为本方法中所需要的纳米材料。进一步，步骤(3)中，所述丙烯酰胺衍生物包括甲基丙烯酰胺、N-羟甲基丙烯酰胺、N-异丙基丙烯酰胺、N，N-二甲基丙烯酰胺、双丙酮丙烯酰胺的一种或两种以上；所述引发剂包括水溶性偶氮引发剂和过硫酸盐类的一种或两种混合物。以上材料易获取，成本低，适合作为本方法步骤(3)中所需的丙烯酰胺衍生物和引发剂。进一步，步骤(3)中，所述水溶性偶氮引发剂包括偶氮二异丁基脒盐酸盐、偶氮二异丁咪唑啉盐酸盐、偶氮二氰基戊酸、偶氮二异丙基咪唑啉的一种或两种以上；所述过硫酸盐类包括过硫酸钾、过硫酸钠、过硫酸铵一种或两种以上，减阻剂的粘度为15-800cp。减阻剂的粘度为15-800cp，可使所制备的支撑剂水溶性更佳，能够在清水中迅速释放降低摩阻。进一步，步骤(3)中减阻剂的粘度为20-100cp。进一步，步骤(3)中制备减阻剂，按质量分数计加入85-93％的水，5-10％的丙烯酰胺及丙烯酰胺衍生物，0.5-2％的丙烯酸及甲基丙烯酸，1-5％的2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸及0.5-3％的甲基丙烯磺酸钠，搅拌150-220rpm，并升温至40-70℃，加入上述总质量0.3-2％的引发剂，经3-40min反应，降至常温备用。进一步，步骤(3)中，所述聚丙烯酰胺为阳离子聚丙烯酰胺、阴离子聚丙烯酰胺、非离子聚丙烯酰胺、两性离子聚丙烯酰胺的一种，或非离子聚丙烯酰胺与任一其他一种的混合物。进一步，骤(4)中，所述表面活性剂包括有机氟化物、十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠、十二烷基磺酸钠、多聚磷酸酯钠盐一种或两种以上，所述机氟化物包括环氧氯丙烷、氯苯、氯乙酸、氯化苄的一种或两种以上。进一步，步骤(4)中，上述组分烘干前或烘干后加入聚乙烯醇类高分子乳液，再烘干。使得复合纳米支撑剂外部在附着减阻成分后本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种低摩阻复合纳米支撑剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)以苯乙烯衍生物和/或丙烯酸衍生物，和二乙烯苯为共聚单体，添加改性纳米填料，通过悬浮聚合形成的高分子聚合物，得到复合纳米骨料；(2)复合纳米骨料在聚合反应结束后，滤去水，真空抽滤至含水量小于20％备用，或烘干至水分小于1％备用；(3)制备减阻剂，将丙烯酰胺、丙烯酰胺衍生物、丙烯酸、甲基丙烯酸、2‑丙烯酰胺‑2‑甲基丙磺酸、甲基丙烯磺酸钠在水中经引发剂引发制得高分子聚合物的水溶液，即减阻剂；所述减阻剂中固态物质含量为8‑15％，数均分子量不小于100000，粘度为10‑1000cp；(4)在备用的复合纳米骨料中加入聚丙烯酰胺、减阻剂、表面活性剂，聚丙烯酰胺为复合纳米骨料质量分数的0.01‑0.2％，减阻剂为复合纳米骨料质量分数的0.02‑1％，表面活性剂为复合纳米骨料质量分数的0.01‑0.5％；混匀，使得添加的组分附着在复合纳米骨料的表面，烘干固化。

【技术特征摘要】
1.一种低摩阻复合纳米支撑剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)以苯乙烯衍生物和/或丙烯酸衍生物，和二乙烯苯为共聚单体，添加改性纳米填料，通过悬浮聚合形成的高分子聚合物，得到复合纳米骨料；(2)复合纳米骨料在聚合反应结束后，滤去水，真空抽滤至含水量小于20％备用，或烘干至水分小于1％备用；(3)制备减阻剂，将丙烯酰胺、丙烯酰胺衍生物、丙烯酸、甲基丙烯酸、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、甲基丙烯磺酸钠在水中经引发剂引发制得高分子聚合物的水溶液，即减阻剂；所述减阻剂中固态物质含量为8-15％，数均分子量不小于100000，粘度为10-1000cp；(4)在备用的复合纳米骨料中加入聚丙烯酰胺、减阻剂、表面活性剂，聚丙烯酰胺为复合纳米骨料质量分数的0.01-0.2％，减阻剂为复合纳米骨料质量分数的0.02-1％，表面活性剂为复合纳米骨料质量分数的0.01-0.5％；混匀，使得添加的组分附着在复合纳米骨料的表面，烘干固化。2.如权利要求1所述的一种低摩阻复合纳米支撑剂的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述苯乙烯衍生物包括苯乙烯、甲基苯乙烯、乙基苯乙烯、二甲基苯乙烯的一种或两种以上；所述丙烯酸衍生物包括丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸己酯、丙烯酸十八酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸己酯、甲基丙烯酸十八酯、甲氧基聚乙二醇甲基丙烯酸酯、甲基丙烯酸、甲基丙烯酸烯丙酯的一种或两种以上；所述改性纳米填料包括用表面活性剂、硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、纤维素改性、玻璃纤维、硅钛铁铝碳的单质或氧(或氮)化物或任一组分复合改性的纳米材料。3.如权利要求2所述的一种低摩阻复合纳米支撑剂的制备方法，其特征在于，所述纳米材料包括碳纳米管、碳纳米纤维、纳米炭黑、纳米玻璃纤维、纳米滑石粉、纳米氮化物、纳米碳化物、纳米硫化物、纳米硼化物、纳米盐类化合物、纳米合金、纳米氧化物、纳米金属、纳米非金属、纳米稀土化合物的一种或两种以上。4.如权利要求1所述的一种低摩阻复合纳米支撑剂的制备方法，其特征在于，...

【专利技术属性】
技术研发人员：熊帆，熊鹰，
申请(专利权)人：重庆长江造型材料集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：重庆,50