一种支撑剂材料的制备方法技术

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的制备方法，支撑剂材料的体密度：1.35‑1.60g/cm

A preparation method of proppant material

The invention belongs to the field of compositions used for strengthening fracture effect, and in particular discloses a preparation method of a proppant material. The bulk density of the proppant material is 1.35_1.60 g/cm.

【技术实现步骤摘要】
一种支撑剂材料的制备方法
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的制备方法。
技术介绍
为了开发深层油、气井，提高产量，水力压裂技术被广泛使用。水力压裂技术是利用地面的高压泵组，通过井筒不断向油井内注入具有较高粘度的压裂液，使得油井下部形成高压的一种技术。随着压裂液的不断注入，压力也不断升高，当井壁附近的地层岩石抗张强度和地层应力小于压裂液形成的压力时，井底附近的地层就将产生裂缝。当携带支撑剂的压裂液被继续注入时，岩层裂缝会往前延伸并且被支撑剂填充，停止压裂作业后支撑剂起着平衡地层压力、使岩缝保持裂开并具有一定导流能力的作用，从而达到使油气田增产、延长油气井服务年限的目的。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。传统方法制备得到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。现有方法制备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，不能解决支撑剂悬浮性差、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的制备方法，以解决传统方法制备得到的压裂支撑剂密度高、悬浮性差，不容易被携带入到井中的问题。为了达到上述目的，本专利技术的基础方案为：一种支撑剂材料的制备方法，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；所述支撑剂材料的制备包括以下步骤：(1)准备骨料、内膜物料和外膜物料，外膜物料包括外层树脂、外层催化剂、外层固化剂和胺类化合物；(2)将骨料加热到120-230℃，加入内膜物料，混合搅拌10-30秒；(3)加入外层树脂和外层催化剂，混合搅拌15s；(4)加入胺类化合物，搅拌混合15秒；(5)加入外层固化剂，混合搅拌40秒出锅，得到清水压裂支撑剂。本基础方案的有益效果在于：1、采用本方法制备得到的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。申请人长期研究发现，当支撑剂材料的视密度范围在2.40-2.45g/cm3、体密度在1.35-1.60g/cm3，支撑剂材料能在清水中形成综合堆积密度在0.6-1.3g/cm3的固液混合态，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、自悬综合指数是申请人自己定义的指标，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、支撑剂材料表面的覆膜层含有树脂和胺类添加剂，胺类添加剂能催化树脂与水迅速反应生成大量的气体小分子，这些气体小分子附着在支撑剂材料的表面，和表面的覆膜层作用形成微纳米级的气体包裹水化层，同时能引起表面的树脂膜膨胀，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。4、制备支撑剂材料的过程中，在不同的时间段内分别加入树脂，能够在骨料表面形成两层树脂膜，两层树脂膜能够更加充分的将内层骨料包裹，均匀性更好。进一步，内膜物料包括第一树脂和第一固化剂，第一树脂质量份数为骨料质量份数的0.5-9％，第一固化剂质量份数为第一树脂质量份数的10-50％；步骤(2)中，将骨料加热到160-230℃，加入第一树脂和第一固化剂，混合搅拌10-20秒。进一步，内膜物料包括第二树脂、第二固化剂和内层催化剂，第二树脂质量份数为骨料质量份数的0.5-9％，第二固化剂质量份数为第二树脂质量份数的40-80％，内层催化剂质量份数为第二树脂质量份数的0.1-1％；步骤(2)中，将骨料加热到120-160℃，加入第一树脂和内层催化剂，混合搅拌10-20秒；加入第二固化剂，混合搅拌10-20秒。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本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种支撑剂材料的制备方法，其特征在于：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；所述支撑剂材料的制备包括以下步骤：(1)准备骨料、内膜物料和外膜物料，外膜物料包括外层树脂、外层催化剂、外层固化剂和胺类化合物；(2)将骨料加热到80‑230℃，加入内膜物料，搅拌混合；(3)待温度降到70‑200℃，加入外层树脂和外层催化剂，搅拌混合；(4)待温度降到55‑130℃，加入胺类化合物，搅拌混合；(5)待温度降到45‑110℃，加入外层固化剂，混合搅拌；温度降到30‑80℃，出锅，得到清水压裂支撑剂。

【技术特征摘要】
1.一种支撑剂材料的制备方法，其特征在于：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；所述支撑剂材料的制备包括以下步骤：(1)准备骨料、内膜物料和外膜物料，外膜物料包括外层树脂、外层催化剂、外层固化剂和胺类化合物；(2)将骨料加热到80-230℃，加入内膜物料，搅拌混合；(3)待温度降到70-200℃，加入外层树脂和外层催化剂，搅拌混合；(4)待温度降到55-130℃，加入胺类化合物，搅拌混合；(5)待温度降到45-110℃，加入外层固化剂，混合搅拌；温度降到30-80℃，出锅，得到清水压裂支撑剂。2.根据权利要求1所述的一种支撑剂材料的制备方法，其特征在于：内膜物料包括第一树脂和第一固化剂，第一树脂质量份数为骨料质量份数的0.5-9％，第一固化剂质量份数为第一树脂质量份数的10-50％；步骤(2)中，将骨料加热到80-230℃，加入第一树脂和第一固化剂，混合搅拌10-20秒。3.根据权利要求1所述的一种支撑剂材料的制备方法，其特征在于：内膜物料包括第二树脂、第二固化剂和内层催化剂，第二树脂质量份数为骨料质量份数的0.5-9％，第二固化剂质量份数为第二树脂质量份数的40-80％，内层催化剂质量份数为第二树脂质量份数的0.1-1％；步骤(2)中，将骨料加热到80-230℃，加入第二树脂和内层催化剂，搅拌混合；待温度降到75-210℃，加入第二固化剂，混合搅拌。4.根据权利要求3所述的一种支撑剂材料的制备方法，其特征在于：所述外层固化剂、第二固化剂为异氰酸酯类。5.根据权利要求3所述的一种支撑剂材料的制备方法，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...

【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