用于非常规储层水力压裂的覆膜支撑剂及制备和应用制造技术

本发明专利技术提供了一种用于非常规储层水力压裂的覆膜支撑剂及制备和应用。所述支撑剂包含：A.以基于所述支撑剂总重量70‑99.99％的量存在的粒子，和B.包覆在粒子表面并以基于所述支撑剂总重量0.01‑30％的量存在的纳米颗粒增强复合材料涂层，所述纳米颗粒增强复合材料包含纳米颗粒和复合材料。通过在树脂和聚合物粉末中加入纳米颗粒增强，形成的支撑剂覆膜与骨料之间亲和力更好，骨料与覆膜之间的粘附更强，覆膜后的支撑剂表面完整，且覆膜后的支撑剂圆球度高。

Film-coated proppant for unconventional reservoir hydraulic fracturing and its preparation and Application

【技术实现步骤摘要】
用于非常规储层水力压裂的覆膜支撑剂及制备和应用
本专利技术涉及石油化工领域，具体的说，本专利技术涉及一种用于非常规储层水力压裂的覆膜支撑剂及制备和应用。
技术介绍
随着石油、天然气等常规化石能源的枯竭，非常规资源尤其是页岩气的开发利用受到越来越多的关注。中国非常规资源储量巨大，由于复杂的地质条件及低效的油气采集方法，中国的非常规能源明显未被充分利用。非常规储层大多具有低孔隙度，低渗透率的特点，需要借助水力压裂对其进行储层增产改造后才能投产。水力压裂主要通过产生裂缝及裂缝网络增加地层渗透率，提供油气由地层运移至井筒的通道。为了保持裂缝的张开状态，提供稳定的油气渗透通道，支撑剂在压裂过程中随着压裂流体一起注入地层，在停止向地层泵注压裂液后，井底压力逐渐下降至低于闭合压力，此时裂缝中原位沉降的支撑剂将支撑裂缝，通过阻止裂缝闭合从而为油气提供畅通的流动通道。因此增产效果的好坏及有效增产的时间很大程度上取决于支撑剂的选择。非常规储层物性较差，为避免外来流体污染，水力压裂时往往采用较低密度的压裂液，且压裂时产生的裂缝更加曲折，缝网结构更加复杂，对支撑剂的质量提出了更高的要求。常规使用的支撑剂主要是石英砂和陶粒，其密度分别为2.65g/cm3和3.4g/cm3。该类支撑剂施工中要求的携砂液密度较高，能量耗散极大，在压裂液中悬浮能力差较差，容易沉沙，很难运移到裂缝深处，很明显难以满足非常规储层压裂对支撑剂的要求。覆膜是指在传统的支撑剂外部人工包覆一种高分子材料(多为树脂)。覆膜支撑剂相比于传统支撑剂具有高强度，低密度耐腐蚀等特点，但覆膜在支撑剂上的树脂膜一般很薄，覆膜不完整时骨料与树脂膜之间的界面容易遭到破坏，此外由于其沉降较快，成本偏高，仍不能很好地满足现场需求。因此在本行业中仍需要开发用于非常规储层压裂的支撑剂，该支撑剂相对廉价，且具有悬浮能力强，高强度，低密度，多功能，适应非常规储层压裂等特点。
技术实现思路
本专利技术的一个目的在于提供一种用于非常规储层水力压裂的多功能覆膜支撑剂。该支撑剂覆膜与骨料粒子之间亲和力更好，覆膜后的支撑剂表面完整，圆球度高。本专利技术的另一目的在于提供所述的支撑剂的制备方法。本专利技术的再一目的在于提供所述的支撑剂的应用。为达上述目的，一方面，本专利技术提供了一种用于非常规储层水力压裂的多功能覆膜支撑剂，其中，所述支撑剂包含：A.以基于所述支撑剂总重量70-99.99％的量存在的粒子，和B.包覆在粒子表面并以基于所述支撑剂总重量0.01-30％的量存在的纳米颗粒增强复合材料涂层，所述纳米颗粒增强复合材料包含纳米颗粒和复合材料。该支撑剂具有优异的温度、PH值及矿化度响应能力，多功能覆膜中使用的纳米增强颗粒的特殊结构使其能够响应特定的PH值或矿化度，增加或降低在携砂液中的悬浮能力。此外该支撑剂可响应于外界波长220-1400nm荧光及课件光、电刺激与磁刺激，根据外界刺激类型及强弱，得益于支撑剂多功能的覆膜结构，实现所期望的润湿性、黏附性、热固性等性能的改变。此外，得益于多功能覆膜的高分子膜结构，该支撑剂可实现亲疏水油的自由企鹅款的转变。注入地层时表面时候在压裂液，滑溜水等液体中具有悬浮能力强；返排率低。该支撑剂包括位于粒子上的聚合物涂层及纳米颗粒增强。基于该支撑剂的所需性质和预期工作条件选择该聚合物涂层和纳米颗粒增强类型。该涂层可以为粒子提供保护以免受地层和地下储层中的工作温度和压力的影响。此外，该涂层可保护粒子免受地层施加的闭合应力。该涂层还可保护粒子免受环境条件的影响并将粒子的崩解和/或成尘降至最低。在一些实施方案中，该聚合物涂层还可以为支撑剂提供所需化学反应性和/或过滤能力。根据本专利技术一些具体实施方案，其中，纳米颗粒的重量为纳米颗粒增强复合材料涂层总重量的1-50％。根据本专利技术一些具体实施方案，其中，纳米颗粒的重量为纳米颗粒增强复合材料涂层总重量的10-20％。根据本专利技术一些具体实施方案，其中，所述粒子的材料选自矿物、陶瓷、石英砂、坚果壳、砾石、尾矿、煤灰、岩石、熔炉渣、硅藻土、碎木炭、云母、锯屑、木屑、树脂粒子、聚合物粒子中的一种或多种的组合。根据本专利技术一些具体实施方案，其中，所述粒子的粒径范围为10目～100目。根据本专利技术一些具体实施方案，其中，所述粒子为粒径范围10目～100目的石英砂或陶粒或核桃壳。根据本专利技术一些具体实施方案，其中，所述纳米颗粒选自碳量子点、单壁碳纳米管、双壁及多壁碳纳米管、石墨烯、磁性石墨烯、聚苯乙烯微球、二硫化钼、纳米金、二维过渡金属碳化物、二维过渡金属氮化物或碳氮化物、纳米荧光颗粒中的一种或多种的组合。本专利技术所使用的碳量子点可以通过电弧放电法、激光销蚀法、电化学合成法、化学氧化法、燃烧法、水热合成法、微波合成法、模板法等方法获取。优选通过水热合成法对酸碱处理的碳源悬浮液分离得到的具有高荧光特性的碳量子点。其中，所述碳量子点在紫外光区有较强的吸收峰，并且在可见光区域有长拖尾。吸收峰带多集中在200～800nm，具有荧光最大发射波长、激发波长依赖性等光学特征。所述纳米颗粒其分散相有一维或多维尺寸在1～500nm之间。本专利技术的纳米颗粒增强复合材料具有对光刺激、电刺激、温度、酸碱度的响应能力。其中所述的响应能力，其包括但不局限于能响应地层环境变化或主动施加的外界刺激从而改变其自身润湿性、黏附性、热固性等性能。根据本专利技术一些具体实施方案，其中，以纳米颗粒总重量为100％计，含碳元素的纳米颗粒在纳米颗粒中的重量百分比大于等于5％。根据本专利技术一些具体实施方案，其中，以纳米颗粒总重量为100％计，二维过渡金属氮化物或磁性石墨烯添加量在总纳米颗粒中的重量百分比大于等于5％。根据本专利技术一些具体实施方案，其中，以纳米颗粒总重量为100％计，二维过渡金属氮化物或磁性石墨烯添加量在总纳米颗粒中的重量百分比大于等于5％，小于等于30％。根据本专利技术一些具体实施方案，其中，所述复合材料选自酚醛树脂、环氧树脂、呋喃树脂、聚氨酯、聚脲型聚合物、丙烯酰胺、和表面活性剂中的一种或多种的组合；且，所述复合材料中至少含有一种树脂材料。根据本专利技术一些具体实施方案，其中，所述酚醛树脂、环氧树脂、呋喃树脂、聚氨酯、和聚脲型聚合物的分子量各自分别独立为1000-10万。本专利技术所涉及的聚合物的分子量均为数均分子量。所述表面活性剂为具有亲油亲水特性的表面活性剂，而根据本专利技术一些具体实施方案，所述表面活性剂为磺酸盐类阴离子表面活性剂；如烷基二苯醚二磺酸盐、和脂肪酸甲酯磺酸钠。根据本专利技术一些具体实施方案，其中，所述纳米颗粒增强复合材料涂层还包括选自如下材料中的一种或多种的组合：多元醇类树脂、固化剂、表面改性剂和胺类添加剂。根据本专利技术一些具体实施方案，其中，所述多元醇类树脂为聚酯多元醇聚氨酯；优选为羟基当量为50-100的聚酯多元醇聚氨酯。根据本专利技术一些具体实施方案，其中，所述固化剂为过氧二苯甲酰。根据本专利技术一些具体实施方案，其中，所述表面改性剂为硅烷偶联剂；优选为甲基乙烯基二乙氧基硅烷或3-缩水甘油醚基氧基丙基甲基二甲氧基硅烷。根据本专利技术一些具体实施方案，其中，所述胺类添加剂为乙胺、乙二胺、胺端基乙二醇、二乙烯三胺、和三乙胺中的一种或多种的组合。根据本专利技术一些具体实施方案，其中，当多元醇类树脂、固化剂、表面改性剂和胺类添加本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于非常规储层水力压裂的多功能覆膜支撑剂，其中，所述支撑剂包含：A.以基于所述支撑剂总重量70‑99.99％的量存在的粒子，和B.包覆在粒子表面并以基于所述支撑剂总重量0.01‑30％的量存在的纳米颗粒增强复合材料涂层，所述纳米颗粒增强复合材料包含纳米颗粒(优选纳米颗粒的重量为纳米颗粒增强复合材料涂层总重量的1‑50％(优选为10‑20％))和复合材料。

【技术特征摘要】
1.一种用于非常规储层水力压裂的多功能覆膜支撑剂，其中，所述支撑剂包含：A.以基于所述支撑剂总重量70-99.99％的量存在的粒子，和B.包覆在粒子表面并以基于所述支撑剂总重量0.01-30％的量存在的纳米颗粒增强复合材料涂层，所述纳米颗粒增强复合材料包含纳米颗粒(优选纳米颗粒的重量为纳米颗粒增强复合材料涂层总重量的1-50％(优选为10-20％))和复合材料。2.根据权利要求1所述的支撑剂，其中，所述粒子的材料选自矿物、陶瓷、石英砂、坚果壳、砾石、尾矿、煤灰、岩石、熔炉渣、硅藻土、碎木炭、云母、锯屑、木屑、树脂粒子、聚合物粒子中的一种或多种的组合。3.根据权利要求1所述的支撑剂，其中，所述纳米颗粒选自碳量子点、单壁碳纳米管、双壁及多壁碳纳米管、石墨烯、磁性石墨烯、聚苯乙烯微球、二硫化钼、纳米金、二维过渡金属碳化物、二维过渡金属氮化物或碳氮化物、纳米荧光颗粒中的一种或多种的组合(优选以纳米颗粒总重量为100％计，含碳元素的纳米颗粒在纳米颗粒中的重量百分比大于等于5％)(优选以纳米颗粒总重量为100％计，二维过渡金属氮化物或磁性石墨烯添加量在总纳米颗粒中的重量百分比大于等于5％(优选小于等于30％))。4.根据权利要求1所述的支撑剂，其中，所述复合材料选自酚醛树脂、环氧树脂、呋喃树脂、聚氨酯、聚脲型聚合物、丙烯酰胺、和表面活性剂中的一种或多种的组合；且，所述复合材料中至少含有一种树脂材料。5.根据权利要求1所述的支撑剂，其中，所述纳米颗粒增强复合材料涂层还包括选自如下材料中的一种或多种的组合：多元醇类树脂(优选为聚酯多元醇聚氨酯，更优选为羟基当量为50-100的聚酯多元醇聚氨酯)、固化剂(优选为过氧二苯甲酰)、表面改性剂(优选为硅烷偶联剂(优选为甲基乙烯基二乙氧基硅烷或3-缩水甘油醚基氧基丙基甲基二甲氧基硅烷))和胺类添加剂(优选为乙胺、乙二胺、胺端基乙二醇、二乙烯三胺、和三乙胺中的一种或多种的组合)(优选，上述成分各自独立存在时，多元醇类树脂、固化剂、和胺类添加剂的重量含量为：以所述涂层中的树脂材料总重量为100％计，多元醇类树脂1-6％、固化剂10-40％、胺类添加剂1-10％；表面改性剂的重量含量为：以所述粒子总重量为100％计，为1-50％。6.根据权利要求1所述的支...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐泉，田守嶒，盛茂，张潘潘，
申请(专利权)人：中国石油大学北京，
类型：发明
国别省市：北京,11