一种支撑剂材料制造技术

本发明专利技术属于用于加强破裂作用的组合物领域，具体公开了一种支撑剂材料，包括骨料和包裹在骨料外的覆膜层，覆膜层由树脂、固化剂、催化剂和胺类化合物生成；所述支撑剂材料的体密度：1.35‑1.60g/cm

【技术实现步骤摘要】
一种支撑剂材料
本专利技术属于用于加强破裂作用的组合物领域，尤其涉及一种支撑剂材料。
技术介绍
支撑剂是指用压裂液带入裂缝，在压力释放后用以支撑油田裂缝的液体助剂，能够给裂缝提供支撑并保证其畅通，使液体通过裂缝流入钻孔中，防止由于裂缝而导致洞油田钻井的坍塌和渗漏。理想的油气井用压裂支撑剂要求有高的携带能力和高砂比，因此需要尽可能低的密度和尽可能高的强度。传统的压裂支撑剂有石英砂和陶粒以及它们的覆膜产品，外层覆膜是以酚醛或者环氧树脂在高温下固化，固化剂的量一般在树脂量的5-50％，覆膜温度在230度左右，传统的压裂支撑剂强度大，但是密度也高，其悬浮性差，容易沉淀，不容易被携带入到井中。现有的支撑剂产品除了涂覆环氧树脂、酚醛树脂膜外还有涂覆聚氨酯树脂膜的，聚氨酯树脂是一个极大的体系，通过严格控制选用的原料、原料的用量、反应的条件等可使聚氨酯树脂具有完全不同的物质物性，现有的用于支撑剂的聚氨酯树脂均是具有高硬度物质物性的聚氨酯树脂，确保树脂膜具有高水平的硬度和好的抗压碎性，最终使得支撑剂具有良好的抗破碎能力。但是涂覆现有的聚氨酯树脂膜的支撑剂产品仍然是只满足强度、硬度要求，不能解决悬浮性差、容易沉淀的问题。为了更有效的使压裂支撑剂到达井的靶位置，在压裂的过程中需要配制携带液。携带液是以水为主要载体，添加水溶性高分子以及其它的添加剂从而增加携带液的粘度，同时降低携带液的摩阻。在施工过程中压裂支撑剂和携带液混合，在高粘度的携带液当中，压裂支撑剂悬浮在其中，这样就能泵送得更远。但是携带液中使用的高分子冻胶材料存在成本高、对储层伤害严重、对环境污染大、施工工艺复杂等缺点。目前也出现了一些能在水中自悬浮的支撑剂，现有的能在水中自悬浮的支撑剂主要有两类技术，一是在骨料石英砂或者陶粒表面覆膜一层材料，这种材料主要是一些水溶性高分子材料，如聚丙烯酰胺、羧甲基纤维素、聚丙烯酸、瓜尔胶、植物胶等。这些材料遇水能迅速膨胀，并能溶进水中增加水的粘度达到悬浮的目的。这种技术的自悬浮支撑剂并没有从根本上改变悬浮的技术，只是把增稠剂覆膜在了骨料上，没有解决环保问题，没有真正的实现降低成本、增产增效。另一种技术是改变骨料的视密度，制作超低密度的陶粒，或者树脂小球。该类产品确实能实现在水中半悬浮，降低支撑剂在水中的沉降速率，但是由于要将视密度大幅度降低，其生产成本大大增加，且支撑剂的性能，如破碎、酸溶、导流等性能会明显降低。而树脂小球的生产效率低，成本高等缺陷，也限制了其推广使用。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种支撑剂材料，绿色环保，生产成本相对较低，在满足传统压裂支撑剂指标的同时，能在水中自悬浮，容易被携带。为了达到上述目的，本专利技术的基础方案为：一种支撑剂材料，包括骨料和包裹在骨料外的覆膜层，覆膜层由树脂、固化剂、催化剂和胺类化合物生成；所述支撑剂材料的体密度：1.35-1.60g/cm3，视密度：2.35-2.60g/cm3，52Mpa破碎率：≦8％，酸溶解度：≦5％，浊度：≦50，清水自悬综合指数：0.6-1.3g/cm3。本基础方案的有益效果在于：1、申请人长期研究发现，当支撑剂材料的视密度范围在2.35-2.60g/cm3、体密度在1.35-1.60g/cm3，支撑剂材料能在清水中形成固液混合态，对该固液混合态施加一定的机械搅拌冲击时，支撑剂材料能在清水中较为均匀地分布，当支撑剂材料和水的混合液达到一定流速时可使混合液中的支撑剂以自悬浮状态进行长距离输送至开采井下的储层裂隙中，并能相较于传统支撑剂达到全裂隙缝高度分布支撑，提高产量。而将支撑剂材料52Mpa破碎率控制在≦8％，酸溶解度控制在≦5％，浊度控制在≦50，能使支撑剂材料有效起到支撑裂隙，保持高导流能力，使油气畅通的作用。2、自悬综合指数是由床高和悬浮比共同决定，其工程意义是支撑剂在清水中的实际堆积密度。申请人经过长期的研究发现，当支撑材料的清水自悬综合指数在0.6-1.3g/cm3时，支撑材料的悬浮性较好，能在清水中发生自悬浮，故直接使用清水就可实现高携砂能力，无需改变水的密度。在开采油气的过程中，采用支撑剂材料代替传统压裂支撑剂，利用清水代替传统压裂液，实现压裂作业中携砂液增稠剂的零添加，进而省去常规压裂的配液过程和设备；同时，增稠剂的去除也降低了压裂对储层的伤害以及压裂成本。3、在树脂与固化剂反应的过程中，在胺类化合物的作用下，支撑剂的材料的表面会产生大量的隆起，大量的支撑剂材料聚集在一起，形成棉花絮状，这样就大大降低了支撑剂材料在水中的相对密度，从而能使支撑剂材料在水中悬浮起来。进一步，覆膜层包括内膜层和外膜层，外膜层由外层树脂、外层催化剂、外层固化剂和胺类化合物生成；内膜层由第一树脂和第一固化剂生成或由第二树脂、第二固化剂和内层催化剂生成。覆膜层包括内膜层和外膜层，两层包覆的好处是能充分的将骨料包裹，均匀性更好。而且设置两层覆膜，可使不同的覆膜具有不同的特性，内膜层主要用于提高支撑剂的整体强度，而外膜层用于改善支撑剂材料的自悬浮性。进一步，所述外层固化剂、第二固化剂为异氰酸酯类。选用异氰酸酯类作为固化剂，树脂受热固化的效果较好。进一步，所述外层催化剂、内层催化剂均为烷基类锡的有机金属化合物和/或烷基类铅的有机金属化合物中的一种或几种。烷基类锡和烷基类铅的有机金属化合物作为催化剂，催化反应的效果较好。进一步，所述外层树脂、第二树脂均为多元醇类树脂；外层树脂羟基的当量为60-300，外层固化剂的质量份数为外层树脂质量份数的40-80％。申请人在长期的试验中发现，多元醇类树脂与异氰酸酯类固化剂的用量控制在上述范围，能产生与现有材料性能完全不同的性能。多元醇类树脂能与异氰酸酯反应生成聚氨酯树脂，在本方申请中通过严格控制外层固化剂的用量使得异氰酸酯固化剂在与多元醇类树脂反应生成聚氨酯树脂后仍有剩余，剩余的异氰酸酯与胺类化合物反应，这个过程中，会产生氮气、一氧化氮、一氧化碳等气体，这些气体在还未完全固化的聚氨酯树脂膜的表面会产生大量的隆起，隆起数量在每平方毫米4×107个左右，这些隆起有助于支撑剂发生悬浮。支撑剂材料在水中移动时，支撑剂表面4×107个左右的隆起能减小支撑剂在水中沉降速率；部分沉降至水体底部堆积的支撑剂因其表面有较多的隆起降低了支撑剂颗粒堆积层的紧实度，颗粒间的水体量较常规的颗粒堆积体多，进而当水体即使具有很小的流动度也能更加容易地推动支撑剂集聚体分离和移动，实现支撑剂较好地悬浮在水中。同时，由于严格控制了原料的用量，这些隆起的大小控制在合适的范围内，不会过大而形成穿气孔。异氰酸酯与胺类化合物反应后还剩有部分的异氰酸酯，将支撑剂投入水中，支撑剂与水接触时，其表面的异氰酸酯能与水迅速反应释放出气体小分子，这些气体小分子或封闭在外膜层中膨胀，推动外膜层阶段性增厚增大了支撑剂颗粒体的当量直径，或附着在支撑剂表面阶段性扩展或聚集在支撑剂外膜层与水体接触的界面上形成一层包裹支撑剂颗粒体的气体层，这种气体层在支撑剂颗粒体间形成阶段性连通并合的结果造成单粒支撑剂在水体中形成较为松散的棉花絮集聚状，这样就大大降低了支撑剂在水中的相对密度，能使支撑剂的悬浮性能更佳。进一步，所述胺类化合物质量份数为外层树脂的质量份数的1-20％。严格控制胺类添加剂的用量，除了确保胺本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种支撑剂材料，其特征在于：包括骨料和包裹在骨料外的覆膜层，覆膜层由树脂、固化剂、催化剂和胺类化合物生成；所述支撑剂材料的体密度：1.35‑1.60g/cm3，视密度：2.35‑2.60g/cm3，52Mpa破碎率：≦8％，酸溶解度：≦5％，浊度：≦50，清水自悬综合指数：0.6‑1.3g/cm3。

【技术特征摘要】
1.一种支撑剂材料，其特征在于：包括骨料和包裹在骨料外的覆膜层，覆膜层由树脂、固化剂、催化剂和胺类化合物生成；所述支撑剂材料的体密度：1.35-1.60g/cm3，视密度：2.35-2.60g/cm3，52Mpa破碎率：≦8％，酸溶解度：≦5％，浊度：≦50，清水自悬综合指数：0.6-1.3g/cm3。2.根据权利要求1所述的一种支撑剂材料，其特征在于：覆膜层包括内膜层和外膜层，外膜层由外层树脂、外层催化剂、外层固化剂和胺类化合物生成；内膜层由第一树脂和第一固化剂生成或由第二树脂、第二固化剂和内层催化剂生成。3.根据权利要求2所述的一种支撑剂材料，其特征在于：所述外层固化剂、第二固化剂为异氰酸酯类。4.根据权利要求3所述的一种支撑剂材料，其特征在于：所述外层催化剂、内层催化剂均为烷基类锡的有机金属化合物和/或烷基类铅的有机金属化合物中的一种或几种。5.根据权利要求4所述的一种支撑剂材料，其特征在于：所述外层树脂、第二树脂均为多元醇类树脂；外层树脂羟基的当量为60-300，外层固化剂的质量份数为外层树脂质量份数的40-80％。6.根据权利要求5所述的一种支撑剂材料，其特征在于：所述胺类化合物质量份数为外层树脂的质量份数的1-20％。7.根据权利要求6所述的一种支撑剂材料，其特征在于：按质量份数计，树脂质量份数为骨料质量份数的2-10％，外层树脂占树脂总量的10-90％；外层催化剂质量份数为外...

【专利技术属性】
技术研发人员：熊帆，熊鹰，王正力，陈秋庆，
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