高效节能、桥接通道全耦合纤维支撑剂体系及其应用方法技术

本发明专利技术公开了一种压裂用的高效节能、桥接通道全耦合纤维支撑剂体系，该体系包括压裂液、特种纤维和覆膜支撑剂；特种纤维是经过表面修饰剂处理的常规纤维；覆膜支撑剂是以常规支撑剂为核心，在常规支撑剂的表面先后包裹设置连接层和壳层；连接层为含氮的硅烷偶联剂和交联剂；壳层材料是小分子表面活性剂或油溶性低分子量聚合物；油溶性低分子量聚合物为阴离子型聚丙烯酰胺及其衍生物的一种或至少两种的复合。本发明专利技术的携砂体系通过覆膜支撑剂与特种纤维相互耦合作用，最终实现了支撑剂的高效悬浮、反排液多次循环利用、以及独特的自桥接方式形成的油气高速通道。

【技术实现步骤摘要】
高效节能、桥接通道全耦合纤维支撑剂体系及其应用方法
本专利技术涉及油气增产改造
，特别是一种用于压裂领域的提高支撑剂有效铺置的携砂体系及应用方法。
技术介绍
随着常规油气资源的不断开采和挖掘，非常规油气藏(页岩油气、致密油气、煤层气等)的增产改造显得尤为关键和迫在眉睫。但由于非常规油气储层的渗透率较低，传统的工艺开采方法并不能有效的开发此类储层。因此，水力压裂技术对于此类储层的有效开发也就显得尤为重要。水力压裂技术主要分为以下几个步骤：1)注入高压流体，破裂储层并产生裂缝通道；2)注入携砂液充填裂缝通道，防止裂缝由于受到地层围压而闭合；3)反排压裂液，油气通过支撑剂充填的渗流通道。在以上的施工步骤中，携砂液高效充填裂缝通道一直是国内外学者和专家研究的热点。其研究热点主要包括以下几方面：1)携砂液粘度的提高；2)支撑剂密度的减小；3)较低密度的支撑剂有较高的抗压强度。但以上几方面也存在着不足：1)由于我国非常规储层富集于山高丘陵等地带，水资源较为匮乏，改进流体的性能虽能提高支撑剂的有效铺置，但有限的水资源也并未能满足多口井的水力压裂需求；其次，高粘度的压裂液对于地层的伤害问题也尤为突出，特别是对于页岩气、致密气等微小孔隙和裂缝宽度的堵塞。2)支撑剂密度的减小主要是采用支撑剂表面覆膜(主要是水凝胶类聚合物)；通过支撑剂表面覆膜的溶胀，实现压裂液与支撑剂相互作用及内部结构的改变，从而实现支撑剂的有效悬浮。采用空气吸附支撑剂覆膜的表面(空气自悬浮支撑剂))；通过空气的支撑实现支撑剂的悬浮、或者是通过陶粒的内部结构(空心支撑剂)改造实现密度的降低。但其覆膜支撑剂价格过于高昂、覆膜的聚合物也会对地层裂缝和孔隙带来一定的伤害并且空气吸附支撑剂虽在地面试验评价有较好的悬浮效果，但在储层中由于温度和高压的限制，储层中的气体大多以临界相态存在，从而也就导致了覆膜支撑剂在现场的应用较少。3)支撑剂由于密度的减小如空气支撑剂，其抗压强度也大打折扣。因此，基于以上的不足，如何有效的研发一种新型的、低伤害、节能高效的纤维支撑剂也就显得尤为重要。
技术实现思路
本专利技术的一个目的是提供一种提高支撑剂有效铺置的耦合携砂体系。本专利技术的一个目的是提供一种上述的耦合携砂体系的应用方法。本专利技术的另一个目的是实现耦合砂体系的节能高效以及自桥接形成高速通道。本专利技术的另一个目的是实现耦合砂体系的与清水或高矿化度反配液的组合情况下，也能实现高效悬浮及架桥高速通道。本专利技术提供的压裂用耦合携砂支撑剂体系包括压裂液、特种纤维和覆膜支撑剂。该携砂体系能够实现支撑剂的自悬浮，提高支撑剂的有效铺置。所述覆膜支撑剂具有核壳结构，包含有核心、接连层和壳层3部分。覆膜支撑剂是以常规支撑剂为核心，在常规支撑剂的表面先后设置连接层和壳层。常规支撑剂为石英砂、陶粒、铝土矿、空心陶粒中的一种。所述连接层为含氮的硅烷偶联剂和交联剂，其中，含氮硅烷偶联剂可以选自N-(β-氨乙基)-γ-氨丙基三乙氧基硅烷、二(3-三甲氧基甲硅烷基丙基)胺、3-氨基丙基三甲氧基硅烷、3-氨基丙基三乙氧基硅烷、3-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷、N-氨乙基-3-氨丙基甲基二甲氧基硅烷、N-(β-氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷、γ-脲丙基三乙氧基硅烷、3-氨丙基甲基二乙氧基硅烷中的一种。含氮的硅烷偶联剂用量为核心常规支撑剂重量的0.1-5％，优选为1wt％。使用时，将含氮的硅烷偶联剂先配置成质量百分浓度为0.5-5％的溶液，优选浓度为2％。配制含氮的硅烷偶联剂溶液采用的溶剂可以为甲醇、乙醇、异丙醇、叔丁醇、正丁醇、水的一种或多种复合，优选为乙醇。所述交联剂可以选自甲醛、戊二醛、3-氯-1,2-环氧丙烷、乌洛托品中的一种。交联剂用量为核心支撑剂重量的0.05-2％，优选为0.5％。使用时，将交联剂配制成质量百分浓度为0.5-5％的溶液，优选浓度为1％。配制交联剂溶液采用的溶剂可以为甲醇、乙醇、异丙醇、叔丁醇、水的一种或多种复合，优选为水。所述壳层材料选自小分子表面活性剂或油溶性低分子量聚合物。所述小分子表面活性剂是椰油酰胺丙基羟磺基甜菜碱、月桂酰胺丙基甜菜碱、十二烷基糖苷、α-烯烃磺酸钠(十二碳)中的一种或至少两种的复合。所述小分子表面活性剂用量为核心常规支撑剂材料重量的0.5-10％，优先用量为2％。使用时，将小分子表面活性剂配制成质量百分浓度为0.5-10％的溶液，优选浓度为5％。配制表面活性剂溶液的溶剂可以为甲醇、乙醇、异丙醇、叔丁醇、正丁醇、水等的一种或多种复合，优选的是水。所述油溶性低分子量聚合物为阴离子型聚丙烯酰胺及其衍生物的一种或至少两种的复合。所述油溶性低分子量聚合物的分子量为5000-100000，其结构式如下：式中，X为H或Na，R为C12-C22的饱和或不饱和烷氧基，x、y、z的取值范围为0.05-0.2、0.1-0.3、0.1-0.2。油溶性低分子量聚合物使用时可配制成质量百分浓度为0.5-10％的溶液，优选浓度为5％。溶剂选用石油醚、正己烷、环己烷、煤油、白油、正辛醇的一种，优选的是正己烷。所述覆膜支撑剂的制备方法如下：将含氮的硅烷偶联剂溶于醇类溶剂或水中，得到溶液A，然后将常规支撑剂加入溶液A中搅拌混合均匀，加热升温使醇类溶剂或水全部挥发除去，进一步干燥；在搅拌锅内配制交联剂溶液B，然后将上一步制得的支撑剂共同加入搅拌锅，升温使交联剂与支撑剂反应；最后搅拌锅升温至60-100℃，然后将预先配制好的壳层材料溶液C滴加到搅拌锅内，滴加完毕后升温至110℃恒温30min，得到覆膜支撑剂。所述特种纤维是经过表面修饰剂处理的常规纤维，常规纤维选自粘胶纤维、醋酸纤维、铜氨纤维、聚乙烯纤维、聚丙烯纤维、聚乙烯醇缩醛纤维、聚酯纤维、聚乳酸纤维、聚酰胺纤维、纤维素纤维中的一种或至少两种的复合物。常规纤维的长度为3-19mm，优选长度为12mm。所述表面修饰材剂为吐温40和α-烯烃磺酸钠(十二碳)的复合物。所述特种纤维的制备方法是：将常规纤维平铺于容器中，100℃恒温预热10min，然后将表面修饰剂的水溶液均匀喷洒在常规纤维表面，100℃干燥处理，得到特种纤维。经过表面修饰剂处理后的纤维能够更好的在清水或低粘度压裂液中均匀分散，同时纤维能够与覆膜支撑剂有很好的亲和力，能够减缓支撑剂在清水或低粘度常规压裂液中的沉降，甚至实现支撑剂在清水或低粘度常规压裂液中的悬浮。所述压裂液可以采用滑溜水溶液、减阻剂溶液、羟丙基瓜胶溶液、阴离子丙烯酰胺溶液、活性水的一种。压裂液可用湖水、河水、海水、地层采出水、去离子水等配制。压裂液中不需要加入交联剂，压裂液粘度可以低至10mPa.s以下，最低粘度可为活性水，压裂液可与其他组分配合实现支撑剂良好携带。本专利技术的携砂支撑剂体系除了上述的覆膜支撑剂、特种纤维、压裂液外，还包括其他压裂液中常见的添加剂。常见添加剂包括黏土稳定剂、杀菌剂、起泡剂、消泡剂、助排剂、pH调节剂等，皆为本领域工作人员熟知，可根据施工要求任意选择。覆膜支撑剂、特种压裂常用纤维、压裂液与其他压本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种全耦合纤维支撑剂体系，其特征在于，该体系包括压裂液、特种纤维和覆膜支撑剂；其中，所述特种纤维是经过表面修饰剂处理的常规纤维，常规纤维选自粘胶纤维、醋酸纤维、铜氨纤维、聚乙烯纤维、聚丙烯纤维、聚乙烯醇缩醛纤维、聚酯纤维、聚乳酸纤维、聚酰胺纤维、纤维素纤维中的一种或至少两种的复合物，表面修饰剂为吐温40和碳链长度为C12的α-烯烃磺酸钠的复合物；/n所述覆膜支撑剂是以常规支撑剂为核心，在常规支撑剂的表面先后包裹设置连接层和壳层；常规支撑剂为石英砂、陶粒、铝土矿、空心陶粒中的一种；连接层为含氮的硅烷偶联剂和交联剂；所述壳层材料选自小分子表面活性剂或油溶性低分子量聚合物，所述小分子表面活性剂是椰油酰胺丙基羟磺基甜菜碱、月桂酰胺丙基甜菜碱、十二烷基糖苷、α-烯烃磺酸钠中的一种或至少两种的复合；所述油溶性低分子量聚合物为阴离子型聚丙烯酰胺及其衍生物的一种或至少两种的复合；/n所述油溶性低分子量聚合物分子量为5000-100000，其结构式如下：/n

【技术特征摘要】
1.一种全耦合纤维支撑剂体系，其特征在于，该体系包括压裂液、特种纤维和覆膜支撑剂；其中，所述特种纤维是经过表面修饰剂处理的常规纤维，常规纤维选自粘胶纤维、醋酸纤维、铜氨纤维、聚乙烯纤维、聚丙烯纤维、聚乙烯醇缩醛纤维、聚酯纤维、聚乳酸纤维、聚酰胺纤维、纤维素纤维中的一种或至少两种的复合物，表面修饰剂为吐温40和碳链长度为C12的α-烯烃磺酸钠的复合物；
所述覆膜支撑剂是以常规支撑剂为核心，在常规支撑剂的表面先后包裹设置连接层和壳层；常规支撑剂为石英砂、陶粒、铝土矿、空心陶粒中的一种；连接层为含氮的硅烷偶联剂和交联剂；所述壳层材料选自小分子表面活性剂或油溶性低分子量聚合物，所述小分子表面活性剂是椰油酰胺丙基羟磺基甜菜碱、月桂酰胺丙基甜菜碱、十二烷基糖苷、α-烯烃磺酸钠中的一种或至少两种的复合；所述油溶性低分子量聚合物为阴离子型聚丙烯酰胺及其衍生物的一种或至少两种的复合；
所述油溶性低分子量聚合物分子量为5000-100000，其结构式如下：



式中，X为H或Na，R为C12-C22的饱和或不饱和烷氧基，x、y、z的取值范围分别为0.05-0.2、0.1-0.3、0.1-0.2。


2.如权利要求1所述的全耦合纤维支撑剂体系，其特征在于，所述油溶性低分子量聚合物使用时配制成质量百分浓度为0.5-10％的溶液，溶剂为石油醚、正己烷、环己烷、煤油、白油、正辛醇中的一种。


3.如权利要求1所述的全耦合纤维支撑剂体系，其特征在于，所述小分子表面活性剂用量是核心常规支撑剂质量的0.5-10％。


4.如权利要求3所述的全耦合纤维支撑剂体系，其特征在于，使用时将小分子表面活性剂配制成质量百分浓度为0.5-10％的溶液，溶剂为甲醇、乙醇、异丙醇、叔丁醇、正丁醇、水中的一种。


5.如权利要求1所述的全耦合纤维支撑剂体系，其特征在于，所述含氮的硅烷偶联剂为N-(β-氨乙基)-γ-氨丙基三乙氧基硅烷、二(3-三甲氧基甲硅烷基丙基)胺、3-...

【专利技术属性】
技术研发人员：李骏，吴明移，周利华，何思源，李年银，桑宇，钟世超，黄亮，郭玉杰，张玉萍，韩旭，
申请(专利权)人：四川省帕提科斯能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：四川;51