自悬浮支撑材料的制备方法技术

本发明专利技术涉及石油

【技术实现步骤摘要】
自悬浮支撑材料的制备方法


[0001]本专利技术涉及石油
、
天然气及页岩气等流体矿产开采
，具体涉及一种自悬浮支撑材料的制备方法
。

技术介绍

[0002]水力压裂技术是一项有广泛应用前景的油气井增产措施，其先用地面高压泵通过井筒向油层
/
页岩层挤注压裂液，将油层压开并产生裂缝；随后向油层挤入带有支撑材料的携砂液，携砂液进入裂缝之后，一方面可以使裂缝继续向前延伸，另一方面可以支撑已经压开的裂缝，使其不致于闭合，使得在油层与井筒之间建立起一条新的流体通道，便于油和天然气排出
。
而油气
/
天然气井的产量增长与支撑材料的性能息息相关，尤其是支撑材料的硬度与自悬浮能力，其决定支撑材料在泵送到裂缝后是否能填满裂缝，并支撑裂缝不闭合，甚至能支撑裂缝继续向前延伸，进而便于油和天然气排出
。
[0003]目前国内压裂工艺也有部分采用覆膜工艺制备支撑材料，在覆膜时一般都覆一层或两层环氧树脂膜
/
酚醛树脂膜
。
然而两者的效果均是提高支撑材料的硬度并降低支撑材料的破碎率，但是这种支撑材料只满足了强度和硬度的要求，还是不能自悬浮
。
然而，这类支撑材料在使用过程中不具备自悬浮性能，从而使其在泵送至裂缝后容易沉降，堆积在裂缝底层，无法填满整个裂缝，导致裂缝在一定程度上闭合，进而影响油
/
天然气的排出，降低油
/
天然气产量
。
为了增加其粘性，施工时还是需要再配制具有黏弹性的携带液；然而，这种施工方法使得压裂成本高，对储层伤害严重，对环境存在污染
。

技术实现思路

[0004]本专利技术意在提供自悬浮支撑材料的制备方法，以解决现有技术无法生产获得具有自悬浮效果的支撑材料的技术问题
。
[0005]为达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案：自悬浮支撑材料的制备方法，包括如下步骤：
[0006]S1、
原料准备阶段；
[0007]S2、
骨料预热：加热骨料至
160
‑
230℃
，加热过程中以
50
‑
80r/min
的速度搅拌骨料；
[0008]S3、
在骨料外覆内树脂层：向
S1
中骨料中依次加入内层树脂
、
内层固化剂和内层催化剂，搅拌形成混合物Ⅰ；
[0009]S4、
在内树脂层外覆外树脂层：待混合物Ⅰ温度降至
70
‑
200℃
时向
S2
中混合物Ⅰ中依次加入多元醇类聚合化合物
、
有机羧酸
、
外层催化剂，搅拌形成混合物Ⅱ；待混合物Ⅱ温度降至
55
‑
130℃
时向混合物Ⅱ中加入胺类添加剂，搅拌形成混合物Ⅲ；待混合物Ⅲ温度降至
45
‑
110℃
时向混合物Ⅲ中加入异氰酸酯类，搅拌形成混合物Ⅳ；
[0010]S5、
在外树脂层外包覆硬脂酸钙粉：待混合物Ⅳ温度降至
30
‑
80℃
时向混合物Ⅳ中加入硬脂酸钙粉，搅拌形成自悬浮支撑材料；
[0011]所述
S3
和
/
或
S4
中还添加有减阻剂
。
[0012]本方案的原理是：
[0013]本方案采用陶粒
/
石英砂为骨料制备支撑材料，使用上述原料和工艺能在骨料表面形成双层树脂层，且外树脂层为表面具有众多微细皱褶和直径为
100
～
500nm
的纳米级隆起的聚氨酯树脂膜，有效提升支撑材料的自悬浮效果
。
具体的，使用上述范围内的异氰酸酯类，能在外涂覆层上形成聚氨酯树脂膜，多元醇类聚合化合物与异氰酸酯类反应过程中有机羧酸会先与多元醇类聚合化合物反应生成水，然后水与异氰酸酯类反应使得在形成聚氨酯树脂膜时，膜内部生成大量相互隔离的气泡，气泡向膜外溢出时能在外涂覆层表面随机分布成更多的白色曲面体隆起，本方案之制备所得纳米级隆起尺寸介于
100
～
500nm
，每
100
平方微米的表面具有
40
个左右的纳米级隆起，显著提升了支撑材料的悬浮性能
。
专利技术人分析原因如下：这些纳米级隆起延伸在支撑材料颗粒的表面，便于支撑材料与清水混合时，膨胀推动树脂膜体阶段性增厚，增大了支撑材料颗粒体的当量直径，便于支撑材料在水体中形成较为松散的棉花絮集聚状
(
如图1所示
)
，从而降低支撑材料在水中的相对密度；另外，支撑材料在水中移动时，支撑材料树脂膜上的曲面的纳米级隆起能减小支撑材料在水中沉降速率；部分沉降至水体底部堆积的支撑材料因其树脂膜表面较多的纳米级隆起降低了支撑材料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，进而当水体即使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，实现支撑材料较好地悬浮在水中
。
[0014]本方案的优点是：
[0015]1、
增强自悬浮性能，无需携带液，充分满足压裂工艺所需：本方案自悬浮支撑材料通过在骨料外包覆内树脂层和外树脂层，且外树脂层表面具有直径为
100
～
500nm
的纳米级隆起，纳米级隆起的数量为
3.9
～
4.1
×
107个
/mm2，纳米级隆起降低了支撑材料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，使得水体中即使具有很小的流动度也能轻易地推动其集聚体分离和移动，实现支撑材料在水中的悬浮状态；其相比于现有支撑材料在清水中悬浮需要借助于携带液而言，本方案支撑材料有效实现在清水中的自悬浮，且在清水中自悬浮时间超过
4h
，充分满足压裂工艺的支撑材料要求
。
[0016]2、
清水悬浮，降低成本及能耗：本专利技术的支撑材料覆膜温度低，工艺时间短，产量高，对设备和能源消耗更低
。
另外，本方案支撑材料在压裂过程中不需要添加瓜尔胶等增粘增稠的物质，实现了清水压裂，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
。
且本方案的自悬浮支撑材料，以清水作为压裂液，在压裂过程中随着清水进入地层，水能到达的地方支撑材料就能达到，实现支撑材料对裂缝的有效支撑
。
另，本方案支撑材料在应用过程中因无需额外添加瓜尔胶等增粘增稠物质，有效避免“破胶”步骤，有效降低成本和能耗；且返排液也只需经过简单的处理即可重复利用，清水压裂支撑材料在增加压裂效果的同时也降低了成本
。
[0017]3、
本方案通过在骨料表面覆内树脂层和外树本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
自悬浮支撑材料的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
S1、
原料准备阶段；
S2、
骨料预热：加热骨料至
160
‑
230℃
，加热过程中以
50
‑
80r/min
的速度搅拌骨料；
S3、
在骨料外覆内树脂层：向
S1
中骨料中依次加入内层树脂
、
内层固化剂和内层催化剂，搅拌形成混合物Ⅰ；
S4、
在内树脂层外覆外树脂层：向
S2
中混合物Ⅰ中依次加入多元醇类聚合化合物
、
有机羧酸
、
外层催化剂
、
异氰酸酯类和胺类添加剂，搅拌形成混合物Ⅱ；
S5、
在外树脂层外包覆硬脂酸钙粉：向混合物Ⅱ中加入硬脂酸钙粉，搅拌形成自悬浮支撑材料；所述
S3
和
/
或
S4
中还添加有减阻剂
。2.
根据权利要求1所述的自悬浮支撑材料的制备方法，其特征在于：所述有机羧酸的用量为多元醇类聚合化合物用量的
55
～
75
％；所述异氰酸酯类的用量为多元醇类聚合化合物用量的
40
～
80
％，所述多元醇类聚合化合物的羟基当量为
150
～
1100。3.
根据权利要求2所述的自悬浮支撑材料的制备方法，其特征在于：所述内层树脂为多元醇类化合物
、
环氧树脂
、
环氧树脂和酚醛树脂的混合物中的任意一种；所述环氧树脂和酚醛树脂的混合物中环氧树脂和酚醛树脂的质量比为5～
8:2。4.
根据权利要求3所述的自悬浮支撑材料的制备方法，其特征在于：当内层树脂为多元醇类化合物时，内层固化剂为异氰酸酯类；当内层树脂为环氧树脂或环氧树脂和酚醛树脂的混合物时，内层固化剂为环氧树脂固化剂，所述环氧树脂固化剂为脂肪胺和芳香胺
、
酸酐类
、
酰胺类中的一种或多种混合物
。5.
根据权利要求4所述的自悬浮支撑材料的制备方法，其特征在于：所述多元醇类聚合化合物包括多元醇聚合物
A
和多元醇
B
，所述多元醇聚合物
A
为丙二醇聚醚
、
三羟甲基丙烷聚醚
、
聚四氢呋喃中的一种或者几种组合，多元醇
B
为乙二醇
、
丙二醇
、
甘油
、
三羟甲基丙烷
、
季戊四醇
、
木糖醇
、
山梨醇
、
蔗糖中的一种或几种组合；所述异氰酸酯类化合物为甲苯二异氰酸酯
、
亚甲基二苯基二异氰酸酯
、
异佛尔酮二异氰酸酯
、
二苯基甲烷二异氰酸酯中的一种或者几种组合；所述胺类添加剂为二乙烯三胺
、
三乙胺
、
乙胺
、
三乙烯四胺
、
乙二胺中的一种或两种以上的组合；所述有机羧酸为含碳数大于
12
的高级脂肪酸，包括蓖麻酸
、
二羟硬脂酸

【专利技术属性】
技术研发人员：熊帆，熊鹰，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：