一种自悬浮支撑剂的制备工艺制造技术

本发明专利技术申请属于油气田开采技术领域，具体公开了一种自悬浮支撑剂的制备工艺，包括以下步骤：(1)将视密度为1.05～2.65g/cm

【技术实现步骤摘要】
一种自悬浮支撑剂的制备工艺
本专利技术属于油气田开采
，具体公开了一种自悬浮支撑剂的制备工艺。
技术介绍
近代常规与非常规油气的开采技术创新发展已形成了系统的水力压裂正常技术规范，其基本技术特征就是使用水力压裂系统，通过高压泵车将含有各种功能性材料和助剂的水基混合液体送入地下制造出各种大小不一、分布广泛、深入储层的裂隙，并保持获得的储层裂隙处于非闭合状态带来的储层与开采管道的相互连通达到储层改造的一种增产技术体系。作为该技术体系中至关重要的一种技术方法就是在获得的储层裂隙保持非闭合状态时需要在裂隙中填入具有一定可持续保持空隙率不会被储层闭合高压压碎的支撑剂材料，这种材料被称为“支撑剂”。由于该技术利用的是经济性最好且具有不可压缩特性的自然界易于获得的水作为载体，在这样的液体中如何更方便容易、更高效、更经济地将“支撑剂”送入储层中一直以来都是石油压裂工程师们致力于解决的一大类技术难题。满足压裂施工要求的支撑剂通常材质为无机高强度材料制备而成，因其视密度均远远大于清水密度1g/cm3，所以压裂施工时携带高视密度支撑剂的携带液必须添加各种胶凝剂使清水呈现“冻胶”状态将加入携带液中的支撑剂被胶凝体裹覆携带送入储层裂隙中，然后再将“冻胶”状的携带液添加破胶剂破胶使得“被悬浮的支撑剂”依靠自重沉降到裂隙中起到支撑裂隙的作用。为此，工程师们长期以来在寻找不使用“胶凝剂”只清水也能将支撑剂送入储层中的技术途径，如降低无机材料支撑剂与携砂液的相对视密度差的技术，使用有机合成材料降低支撑剂的绝对视密度，使用低密度无机材料与有机覆膜相结合的复合材料降低密度的技术，以及使用表面活性剂和表面涂覆材料改变支撑剂与携带液间的相互作用力、浸润性的技术等。虽然取得了一定的效果，但始终难于实现纯清水作为压裂施工携砂液的技术效果。目前支撑剂主要是由骨料和包覆在骨料表面的树脂膜形成，目前常见的树脂膜有酚醛树脂膜、环氧树脂膜和聚氨酯树脂膜等，但是目前在支撑剂表面覆膜的方式主要的目的是提高骨料的强度，所以通常解决的是如何提高树脂膜的强度，从而提升支撑剂的导流能力，但现有黏稠性的携带液，携带液中含有的化学胶凝物质，对地下储层具有伤害并会对环境造成污染，同时增加了使用成本。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种自悬浮支撑剂的制备工艺，以解支撑剂在清水中使用需要添加胶凝剂导致成本增高的问题。为了达到上述目的，本专利技术的基础方案为：一种自悬浮支撑剂的制备工艺，包括以下步骤：(1)将视密度为1.05～2.65g/cm3陶粒加热到80-230℃并搅拌,搅拌速度在50-80r/min；(2)温度在150-230℃之间时向步骤(1)得到的陶粒中加入树脂、固化剂，搅拌形成内涂覆层；(3)待温度达到60-130℃后，向步骤(2)得到的混合物中加入多元醇类树脂、催化剂、异氰酸酯和胺类化合物并搅拌形成外涂覆层；(4)温度达到40-70℃后出锅得到自悬浮支撑剂。本基础方案的有益效果在于：(1)本专利技术的支撑剂覆膜温度低，工艺时间短，产量高，对设备和能源消耗更低。覆膜后的产品指标如：体积密度、视密度、酸溶解度、破碎率等均能满足行业的基本要求。而且自悬浮支撑剂还具有清水中悬浮的特性，在压裂过程中不需要添加瓜尔胶等增粘的物质，大大降低了成本，精简了压裂设备和工艺，减少对环境的污染；(2)本专利技术的支撑剂实现了清水压裂，以清水作为压裂液，减少了压裂液复杂的配置过程，精简了设备，减少了人力浪费；支撑剂在清水中悬浮的自然悬浮，在压裂过程中随着清水进入地层，水能到达的地方支撑剂就能达到，同时也减少了破胶这一部分。返排液只需经过简单的处理即可重复利用，清水压裂支撑剂在增加压裂效果的同时还降低成本；(3)本专利技术是用陶粒为骨料的支撑剂，经专利技术人试验发现，添加剂为胺类化合物时，采用范围密度为1.05～2.65g/cm3陶粒制备的支撑剂能均匀的悬浮在清水中，在清水中悬浮的时间至少为4h，能达到施工要求；本专利技术的支撑剂在涂覆层表面含有纳米级凸起，这些凸起延伸在支撑剂颗粒的表面，凸起会增大支撑剂的浮力，同时支撑剂与水接触时，其表面覆膜树脂中预留的一种基团能与水迅速反应释放出大量气体小分子，这些气体小分子或封闭在树脂膜中膨胀推动树脂膜体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膨胀推动树脂膜体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树脂膜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，从而能使支撑剂在水中悬浮起来。支撑剂在水中移动时，支撑剂树脂膜上的曲面的凸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树脂膜表面较多的凸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，进而当水体及时具有很小的流动度也能更加容易地推动其集聚体分离和移动，实现支撑剂较好地悬浮在水中；(4)本专利技术中通过步骤(2)能形成内涂覆层，经过步骤(3)能形成外涂覆层，内涂覆层的树脂膜已预固化成为网状高强度的膜形态，产品在应用于油田压裂施工时与压裂液接触具有化学惰性高，并不会释放其他有害物质。(5)转速在上述范围内时，支撑剂收到的扰动力较小，支撑剂表面的凸起不容易受到损坏，能保持支撑剂的完整性和悬浮性；(6)本专利技术将温度控制在上述范围内，便于外涂覆层表面形成的凸起具有较大的强度，在搅拌过程中凸起不会损坏，使支撑剂有较好的悬浮性。进一步，步骤(3)中异氰酸酯占多元醇类树脂的40-80％，所述多元醇类树脂的羟基当量为60-300。申请人经试验发现，使用上述范围内的异氰酸酯，能在外涂覆层上形成聚氨酯树脂膜，聚氨酯树脂在胺类添加剂的作用下能发生反应生成气泡，气泡向膜外溢出时能在外涂覆层表面形成更多的凸起，凸起尺寸介于100～500nm，凸起在涂覆层表面随机分布，凸起在扫描电镜下观察时发现深暗色的树脂膜体上为浅色高亮或白色曲面体，在单一颗粒体的树脂膜表面具有非均一性的随机分布，则算为均一分布状态下每100平方微米的表面具有1～40个左右的凸起，这样增大了支撑剂的悬浮性能；同时在上述支撑剂的树脂膜体内还预留有一定数量的异氰酸酯反应性基团，当剩余的异氰酸酯基团遇水后，与水反应又会在树脂膜的分子链节围成的微观小空间体内生成气体，这种微小量气体在反应能的推动下逐渐整体体积形成气泡，并推动树脂膜在支撑剂颗粒的径向尺寸增加，这样能使外涂覆层发生膨胀，进一步提高了支撑剂的悬浮性能。进一步，步骤(2)中内涂覆层内的树脂分子结构中至少含有环氧基、酚羟基、羰基、酰胺基、氨基、异氰酸酯基中的两种以上基团的有机大分子物质，所述内涂覆层内的树脂平均分子量大于100。使用异氰酸酯在胺类化合作用下能使支撑剂表面快速形成凸起，这样能使支撑剂接触水后即能处于悬浮状态。进一步，所述陶粒为100份，内涂覆层的树脂外涂覆层的总树脂量为2-10份，内涂覆层使用的固化剂为内涂覆层内树脂质量的10-50％，所述催化剂的质量为多元醇类树脂的1/1000-1/100，所述胺类化合物的质量为多元醇类树脂质量的1-20％；当内涂覆层内含有多元醇类树脂和本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种自悬浮支撑剂的制备工艺，其特征在于，包括以下步骤：(1)将视密度为1.05～2.65g/cm3陶粒加热到80‑230℃并搅拌,搅拌速度在50‑80r/min；(2)温度在150‑230℃之间时向步骤(1)得到的陶粒中加入树脂、固化剂，搅拌形成内涂覆层；(3)待温度达到60‑130℃后，向步骤(2)得到的混合物中加入多元醇类树脂、催化剂、异氰酸酯和胺类化合物并搅拌形成外涂覆层；(4)温度达到40‑70℃后出锅得到自悬浮支撑剂。

【技术特征摘要】
1.一种自悬浮支撑剂的制备工艺，其特征在于，包括以下步骤：(1)将视密度为1.05～2.65g/cm3陶粒加热到80-230℃并搅拌,搅拌速度在50-80r/min；(2)温度在150-230℃之间时向步骤(1)得到的陶粒中加入树脂、固化剂，搅拌形成内涂覆层；(3)待温度达到60-130℃后，向步骤(2)得到的混合物中加入多元醇类树脂、催化剂、异氰酸酯和胺类化合物并搅拌形成外涂覆层；(4)温度达到40-70℃后出锅得到自悬浮支撑剂。2.根据权利要求1所述的一种自悬浮支撑剂，其特征在于，步骤(3)中异氰酸酯占多元醇类树脂的40-80％，所述多元醇类树脂的羟基当量为60-300。3.根据权利要求1所述的一种自悬浮支撑剂，其特征在于，步骤(2)中内涂覆层内的树脂分子结构中至少含有环氧基、酚羟基、羰基、酰胺基、氨基、异氰酸酯基中的两种以上基团的有机大分子物质，所述内涂覆层内的树脂平均分子量大于100。4.根据权利要求2所述的一种自悬浮支撑剂，其特征在于，所述陶粒为100份，内涂覆层的树脂外涂覆层的总树脂量为2-10份，内涂覆层使用的固化剂为内涂覆层内树脂质量的10-50％，所述催化剂的质量为多元醇类树脂的...

【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