一种微支撑剂水基分散体系及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种微支撑剂水基分散体系，其由以下组分制成：微支撑剂、分散剂、稳定剂、悬浮剂、调节剂、络合剂、消泡剂、水；其中分散剂有特殊的分子结构式；微支撑剂有特定的要求。还公开了微支撑剂水基分散体系的制备方法。本发明专利技术达到的有益效果是：克服了常规粉体状微支撑剂与压裂液混合时发生自聚集的问题，实现对微裂缝的有效支撑，提高压裂效果；利于存储和使用，避免产生粉尘。避免产生粉尘。避免产生粉尘。

【技术实现步骤摘要】
一种微支撑剂水基分散体系及其制备方法


[0001]本专利技术涉及油气开采
，特别是一种微支撑剂水基分散体系及其制备方法。

技术介绍

[0002]研究表明，页岩油气、致密油气等非常规油气的储层在水力压裂后，形成的大部分裂缝处于未支撑状态。如果这些未支撑裂缝能够实现支撑，可有效改善裂缝系统的远端渗流能力，实现压后高产稳产。
[0003]压裂形成的未有效支撑裂缝以开度范围在50μm～200μm之间的微裂缝为主，目前常用支撑剂的最小粒径为140目(105μm)，根据缝宽与3倍支撑剂粒径架桥理论，大部分支撑剂仍然无法进入微裂缝。因此，可通过进一步减小支撑剂粒径的方法实现对微裂缝的有效支撑。
[0004]然而，随着支撑剂粒径减小，比表面不断增大。微支撑剂的粒径极小，表面能效应明显，当其以干燥粉体状态直接加入压裂液中时，在表面能作用下容易发生自聚集，从而增大了支撑剂的等效粒径。等效粒径增大，一方面影响支撑剂与微裂缝的尺度匹配，支撑剂无法进入微裂缝中实现对微裂缝的有效支撑；另一方面将加快支撑剂的沉降速度，影响支撑剂在裂缝中的运移距离。此外，微支撑剂以粉体状存在，现场使用时产生大量粉尘，影响人员操作及健康。
[0005]为了既实现微支撑剂对微裂缝的有效支撑，又能避免在使用过程中产生粉尘危害，本专利技术提供一种微支撑剂的水基分散体系。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种微支撑剂水基分散体系及其制备方法，与现有加入方式相比，微支撑剂水基分散体系能够有效避免微支撑剂在压裂液中自聚集，同时能够避免微支撑剂使用时产生的粉尘危害。
[0007]本专利技术的目的通过以下技术方案来实现：
[0008](第一方面)
[0009]一种微支撑剂水基分散体系，其由以下组分制成：微支撑剂、分散剂、稳定剂、悬浮剂、调节剂、络合剂、消泡剂、水；
[0010]所述分散剂，为具有如下分子结构的一种或多种组合：
[0011][0012]其中，多元醇中p为3或4；多元醇的氢原子被取代，取代位置可发生在任意羟基上；
[0013]平均取代数n为1～3；
[0014]X为氧，或为
‑
NH
‑
，或为
‑
N(CH3)
‑
；
[0015]m为2～6的整数；
[0016]R为季铵基团
‑
(CH3)3，或为磺酸盐基团
‑
SO3Na，或为羧酸盐基团
‑
COONa；
[0017]对于分散剂，优选地，平均取代数n为1～2；R或为磺酸盐基团
‑
SO3Na，或为羧酸盐基团
‑
COONa。
[0018]所述微支撑剂为粉末颗粒，该颗粒表面具有能与羟基相结合的原子(如不饱和硅、铝、氧)；
[0019]对于微支撑剂，具体地，为石英砂粉、陶粉、微硅粉中的一种或其混合物。优选地，为石英砂粉、陶粉中的一种或其混合物；
[0020]石英砂粉为天然石英砂经过粉碎、研磨、筛分等工序加工而成；陶粉为以铝矾土为主料的矿物，经高温烧结、粉碎、研磨、筛分等工序加工而成。石英砂粉和陶粉，两者粒径优选200目～400目；
[0021]微裂缝的开度范围在50μm～200μm之间，当3倍支撑剂粒径大于裂缝宽度时，支撑剂将会在裂缝入口处产生架桥，故支撑剂粒径大于140目(105μm)时，难以进入微裂缝中；而在制造工艺中将支撑剂的粒径加工至小于400目(38μm)也极为困难，本专利技术优选支撑剂粒径200目～400目(74μm～38μm)。
[0022]由于微支撑剂具有较大的比表面和高的表面能，分散剂中的多个邻位羟基能够与微支撑剂矿物结构表面的不饱和硅、铝、氧等原子通过氢键、电荷吸引等方式相结合，使电荷基团指向水中，由此在微支撑剂表面引入电荷，一方面增强其亲水性，降低表面能，另一方面增大颗粒之间的静电斥力，避免微支撑剂在表面能作用下发生自聚集；
[0023]在上述方案的基础上，进一步地，稳定剂为低分子量的羧甲基纤维素、丙烯酸共聚物、水解聚丙烯酰胺、聚苯乙烯磺酸钠、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇、聚丙烯酰胺、羟乙基纤维素中的一种或其混合物；
[0024]聚合物类稳定剂在微支撑剂表面吸附，增大微支撑剂的空间位阻，也能减少自聚集的发生；当聚合物类分散剂为聚电解质时，还可以提高微支撑剂的表面电荷，增强彼此之间的静电斥力，同样也能减少自聚集的发生；
[0025]因此，本方案，将小分子分散剂和高分子稳定剂复合使用，从降低表面能、提高静电斥力、增大空间位阻等方面共同减少微支撑剂的聚集。
[0026]需要说明的是，稳定剂低分子量，是指分子量为5000～20000。
[0027]在上述的方案基础上，进一步地，所述悬浮剂为无机悬浮剂和有机悬浮剂的复合物；无机悬浮剂和有机悬浮剂的质量比为8:1～3:1；
[0028]对于无机悬浮剂，为粘土矿物钠基膨润土、硅酸镁锂、硅酸镁铝中的一种或其混合物；硅酸镁锂、硅酸镁铝在水中形成的分散体系为透明状，便于观察分散状态，故无机悬浮剂优选地，为硅酸镁锂、硅酸镁铝中的一种或其混合物；
[0029]对于有机悬浮剂，为疏水改性丙烯酸树脂或疏水改性聚氨酯中的一种或其混合物；
[0030]无机悬浮剂粘土矿物在水中水化、分散、膨胀，形成可逆凝胶网络结构，使分散体系具有一定触变性。静态条件下以网络结构支撑和阻止颗粒下沉，对微支撑剂产生悬浮切
应力，保持其悬浮稳定性，有利于长期存放；动态条件下网络结构被破坏，粘度大幅下降，具有流动性，满足抽吸使用要求；
[0031]有机悬浮剂的疏水基团之间发生缔合，同样能形成可逆凝胶网络结构，具有较好的提切增粘能力。并且不同于无机悬浮剂，高分子量的有机悬浮剂形成的网络结构在动态条件下不会被完全破坏，仍能提供一定的动态悬浮切力，以确保分散体系在搅拌、抽吸过程中不会发生明显沉降；
[0032]综合地，无机悬浮剂提供静态悬浮切应力，有机悬浮剂提供动态悬浮力，二者复合使用能使分散体系兼具悬浮性和流动性。
[0033]在上述的方案基础上，进一步地，调节剂为氢氧化钠、碳酸钠中的一种或其混合物。加入调节剂保持整个体系为碱性，有助于促进无机悬浮剂和有机悬浮剂的水化、电离作用，增强形成空间网络结构的能力。
[0034]在上述的方案基础上，进一步地，络合剂为乙二胺四乙酸盐、羟基乙叉二磷酸盐中的一种或其混合物。支撑剂中含有部分可溶性矿物杂质，在水中容易解离出高价金属离子如：钙、镁、铝、铁等，络合剂与之形成稳定络合物，避免高价金属离子对悬浮剂性能产生影响。
[0035]在上述的方案基础上，进一步地，消泡剂为磷酸三丁酯、有机硅中的一种或其混合物。分散体系在制备过程中需要经过高速搅拌，将产生大量气泡。微支撑剂吸附在形成的气泡上，在气体的“托举”作用下向分散体系的上部运移而造成体系不均匀，使用消泡剂可以避免气泡产生，消除“本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种微支撑剂水基分散体系，其特征在于：其由以下组分制成：微支撑剂、分散剂、稳定剂、悬浮剂、调节剂、络合剂、消泡剂、水；所述分散剂，为具有如下分子结构的一种或多种组合：其中，多元醇中p为3或4；多元醇的氢原子被取代，取代位置可发生在任意羟基上；平均取代数n为1～3；X为氧，或为
‑
NH
‑
，或为
‑
N(CH3)
‑
；m为2～6的整数；R为季铵基团
‑
(CH3)3，或为磺酸盐基团
‑
SO3Na，或为羧酸盐基团
‑
COONa；所述微支撑剂为粉末颗粒，该颗粒表面具有能与羟基相结合的原子(如不饱和硅、铝、氧)。2.根据权利要求1所述的一种微支撑剂水基分散体系，其特征在于：其组分重量份为：微支撑剂35～50份，分散剂1～2份，稳定剂0.5～1份，悬浮剂1～5份，调节剂0.1～0.2份，络合剂0.05～0.1份，消泡剂0.01～0.05份，水40～60份。3.根据权利要求1或2所述的一种微支撑剂水基分散体系，其特征在于：所述微支撑剂为粒径200目～400目的石英砂粉、陶粉、微硅粉中的一种或其混合物。4.根据权利要求1或2所述的一种微支撑剂水基分散体系，其特征在于：所述的稳定剂为低分子量的羧甲基纤维素、丙烯酸共聚物、水解聚丙烯酰胺、聚苯乙烯磺酸钠、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇、聚丙烯酰胺、羟乙基纤维素中的一种或其混合物。5.根据权利要求1或2所述的一种微支撑剂水基...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴越，李嘉，于世虎，王鹏祥，吴安林，孙亚东，张晓虎，蒋琪，杨立，张祥枫，陈星宇，
申请(专利权)人：四川川庆井下科技有限公司，
类型：发明
国别省市：