自悬浮支撑材料制造技术

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


[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
。

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，其基本技术流程是通过地面高压泵将水体送入地层，利用水体不可压缩性传递到地层的水力压力将地层岩层压裂产生缝隙的一种产出和增产技术
。
[0003]压裂施工时需要使用支撑剂与水体混合，因支撑剂要求的强度很高，支撑剂材料均属于高强度材质，如人造陶粒或石英砂等等，这些支撑剂的密度均大于水体的密度，所以混合在压裂液水体中的支撑剂颗粒会很快下沉与水体分离，为了使支撑剂颗粒能被水体带送入地层，水力压裂施工时均会使用胶凝物质降低因支撑剂与压裂液密度差大产生的下沉速率，使得支撑剂处于高粘性的压裂液体中才能将支撑剂颗粒送入地层起到支撑压裂裂隙的作用
。
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可传质到地面的通道，便于油和天然气排出
。
[0004]然而，现有的水力压裂技术均需使用胶凝剂作为携送支撑剂的一种必要技术手段，胶凝剂的使用一方面压裂工艺路线长，如需要事先配置，导致施工效率低，也会增加成本；另一方面，胶凝剂对地层具有较大的伤害性，影响油气增产效果
。
所以长期以来工程师们一直都在寻求解决这些问题的有效技术路径
。
[0005]进一步，由于水力压裂施工时的高压泵送，使得水力压裂液在输送过程中与施工管道间产生较大的压力损失，清水压裂时的管道摩阻损失会严重，而现有支撑剂在施工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，无法有效填充到整个裂缝，导致裂缝发育不良，同时也会使本已发育良好的裂隙因支撑剂充填不充分而存在一定程度上的闭合，进而影响油
/
天然气的排出，降低油
/
天然气产量
。
另外，现有制备携砂液主要采用水，然而水本身摩阻较大，如果不单独添加减阻性的材料，实际施工泵送压力过高可能造成施工井喷和无法压裂的情况，不仅能耗高，甚至高泵送压力容易使支撑材料破碎而降低其支撑效果，轻则无法正常施工；重则勉强施工后，油
/
天然气的排出不理想，降低产量
。

技术实现思路

[0006]本专利技术意在提供一种减阻效果好
、
抗破碎能力好
、
化学稳定性好
、
不增加压裂液粘度和浊度
、
清水体中自悬浮性能好的自悬浮支撑材料，以解决现有支撑材料泵送至裂缝后因容易沉降堆积在裂缝底层，无法有效充填裂缝，导致油气产量降低的技术问题
。
[0007]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，包括骨料和用于包裹骨料的涂覆层，所述涂覆层外还设有隔离层；所述涂覆层包括至少一层的树脂层，所述树
脂层由合成材料制备而成，所述合成材料包括多元醇类聚合化合物
、
固化剂
、
减阻剂
、
胺类添加剂和催化剂；所述涂覆层外壁上有若干微细皱褶和直径为
100
～
500nm
的纳米级隆起，所述纳米级隆起的数量为3～
4.1
×
107个
/mm2。
[0008]本方案的原理及优点是：
[0009]1、
相比于现有技术中支撑材料在使用过程中不具备清水中自悬浮性能而导致压裂施工必须使用胶凝材料
(
包含携砂液配置时添加，或者在支撑剂材料表面预先裹覆一层使其与携砂液混合时溶出增粘
)
携砂压裂而影响油气产量相比，本方案通过在骨料外设有包裹骨料的涂覆层，且通过合成材料在涂覆层表面形成众多微细皱褶和纳米级隆起，在支撑材料与水混合搅拌形成携砂液后，支撑材料表面的众多微细皱褶和纳米级隆起界面处形成的微气泡层使得支撑材料自悬浮在水中；从而使支撑材料在压裂施工过程中能够被有效携送，便于支撑材料更充分地布置和充填满地层裂隙体系的大小各种缝隙中，支撑或促进裂缝发育，进而便于油气排出并增产
。
[0010]2、
相比于现有技术中需要单独添加减阻性材料易导致油气排出后期产量降低相比，本方案在合成涂覆层的合成材料中添加减阻剂，使得减阻剂在合成材料合成涂覆层的过程中均匀分布在涂覆层中，且减阻剂在与压裂液混合时会快速从支撑剂颗粒体中释出，并在支撑材料颗粒体与水混合相对运动的剪切力和浓度差产生的渗透压差的双重作用下迅速分布均匀，使得泵送管道壁与压裂液体间的摩阻损失快速降低的同时，压裂液体内的分子间摩擦力也会迅速减少，实现不另行添加减阻剂或不使用低摩阻滑溜水也能达到压裂的技术效果，降低施工成本
。
[0011]3、
相比于现有技术中在骨料外包裹聚丙烯酰胺
、
羧甲基纤维素等胶凝剂时利用这些材料遇水溶出增加携砂液粘度从而改善支撑材料在携砂液中可携送性而言，本方案通过在骨料表面包裹至少一层的树脂层，使其在与清水和
/
或返排液施工时不会造成压裂液的粘度和浊度增加，进而也不会对地层产生伤害；另外，本方案支撑材料还具有更高的强度和抗破碎能力，使得本产品在不同井深地层的压裂环境中均可使用，适用范围广
。
[0012]4、
本方案通过在涂覆层外增设隔离层，能有效避免支撑材料之间粘连，从而避免影响其流动性能和存放效果，且流动性差还会影响支撑材料在使用过程中的分散悬浮效果，进而影响压裂混砂分散效率和加砂效率
。
[0013]专利技术人在采用上述技术方案之前，曾以不同“水溶性膨胀物质为主要载体”覆膜的方式，以期通过覆膜的膨胀特性提升支撑材料的悬浮性能，然而效果提升并不显著，且无法达到支撑材料的酸溶
、
破碎要求，具体如下：
[0014]首先，为了提升支撑材料的悬浮效果，专利技术人先采用酚醛树脂或环氧树脂在骨料外覆内层膜，以植物胶类
(
黄原胶
、
瓜尔胶
、pva
等膨胀组分
)
覆外层膜，发现覆膜效果不好，结块性强，砂湿度大，流动性差，溶液浑浊等；其中，只有
pva
有粘度的增加，瓜尔胶和水一起加入时有轻微悬浮性，少部分支撑材料浮于水液面之上，形成气泡产物；单独使用黄原胶和瓜尔胶覆外层膜则基本不具有悬浮效果
。
随后，专利技术人再采用了酚醛树脂或环氧树脂覆内层膜，以粘接剂
(
聚丙烯酰胺
、
羧甲基纤维素
)
覆外层膜，发现覆膜效果有提升，悬浮性也有所增加，然而悬浮量及悬浮时间依然较差
。
而后，专利技术人再以酚醛树脂和环氧树脂先覆两层膜，而后再覆一层粘接剂
(
聚丙烯酰胺
、
羧甲基纤维素本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
自悬浮支撑材料，其特征在于：包括骨料和用于包裹骨料的涂覆层，所述涂覆层外还设有隔离层；所述涂覆层包括至少一层的树脂层，所述树脂层由合成材料制备而成，所述合成材料包括多元醇类聚合化合物
、
固化剂
、
减阻剂
、
胺类添加剂和催化剂；所述涂覆层外壁上有若干微细皱褶和直径为
100
～
500nm
的纳米级隆起，所述纳米级隆起的数量为3～
4.1
×
107个
/mm2。2.
根据权利要求1所述的自悬浮支撑材料，其特征在于：所述涂覆层包括内树脂层和外树脂层，所述内树脂层由内层合成材料制备而成，所述内层合成材料包括内层树脂
、
内层催化剂和内层固化剂；所述外层树脂由外层合成材料制备而成，所述外层合成材料包括外层树脂
、
外层固化剂
、
胺类添加剂
、
有机羧酸和外层催化剂；所述外层树脂为多元醇类聚合化合物，所述外层固化剂为异氰酸酯类化合物
。3.
根据权利要求2所述的自悬浮支撑材料，其特征在于：所述内层树脂为多元醇类聚合化合物
、
环氧树脂
、
环氧树脂和酚醛树脂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
；当内层树脂为多元醇类聚合化合物时，内层固化剂为异氰酸酯类化合物；当内层树脂为环氧树脂或环氧树脂和酚醛树脂混合物时，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
。4.
根据权利要求3所述的自悬浮支撑材料，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，所述多元醇类聚合化合物的羟基当量为
150
～
1100g/mol
；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
、
油酸
、
硬脂酸
、
亚油酸
、
棕榈酸
、
豆蔻酸
、
花生酸中的一种或多种组合；所述内层催化剂和外层催化剂均为烷基类有机金属化合物和
/
或稀土金属类的有机金属化合物中的一种或几种组合；内层催化剂和外层催化剂中有机金属为锌
、
锡
、
铋
、
铅中任...

【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：