[發明專利]一種低密度壓裂支撐劑的制備方法

有效

• 申請號: 201410396530.2
• 申請日: 2014-08-13
• 公開（公告）號: CN104130766A
• 公開（公告）日: 2014-11-05
• 發明（設計）人: 陳濤;嚴春杰;王義霞;陳宇婷;馬睿
• 申請（專利權）人: 中國地質大學（武漢）
• 主分類號: C09K8/80
• 分類號: C09K8/80
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司 42102
• 代理人: 唐萬榮

技術領域

本發明屬于壓裂采油技術領域，具體涉及一種高強度超低密度耐熱壓裂支撐劑的制備方法。

背景技術

隨著低滲汽油田比率的增加，水力壓裂技術開采石油天然氣越來越普及。在油氣井水力壓裂作業中，一個重要的問題就是選擇合適的壓裂支撐劑支撐裂縫。理想的壓裂支撐劑應具以下特點:(l)相對密度小，便于泵入地下；(2)強度高，用于深井作業中不會被壓碎；(3)化學惰性好，能抵抗地層中油、酸、鹽水的侵蝕，在高溫下同樣穩定；(4)圓度好，以便保持支撐劑顆粒間較好的空隙；(5)價廉。

天然石英砂、燒結陶粒以及覆膜支撐劑是當前石油壓裂技術中廣泛使用的壓裂支撐劑。

石英砂是以前常用的支撐劑，相對密度約為2.5。因為它便宜易得，對中深井的各類地層使用石英砂為支撐劑都有一定的成功率。但因石英砂強度不夠高(開始破碎時的壓力約為20MPa)，故不能用于深井作業中。在閉合應力較高的情況下，砂粒就會被壓碎，產生大量的碎片和細粉砂。這些細粉砂在裂縫中遷移并堵塞裂縫，從而大大地降低了裂縫的導流能力。

陶粒根據材質不同又可分為兩大類:中等強度支撐劑及高強度支撐劑。中等強度支撐劑通常指燒結陶瓷支撐劑，相對密度為2.7～3.3。相對密度的變化主要由制造支撐劑的原材料所決定。為了得到圓度較好、相對密度較小、強度較高的支撐劑，西方國家在原材料及制造工藝上做了大量的研究工作。這類支撐劑又稱為低密度陶粒，主要用于閉合應力范圍在35～70MPa的井中，價格也較貴。高強度支撐劑主要由鋁礬土及氧化鋯燒制而成，相對密度在3.4以上。因價格十分昂貴，通常只限于在閉合應力極高的地層中使用。陶粒類支撐劑不僅價格貴，更重要的是由于相對密度大，在施工中要求攜砂液的粘度必須很高，能量消耗極大，整個施工費用也很高。

覆膜支撐劑是在石英砂、陶粒等骨料表面包覆一層樹脂，通過樹脂的包覆，石英砂和陶粒的強度將大大提高，破碎率顯著降低，體積密度和視密度也一定程度降低，并且支撐劑的透油阻水性能得以增強。但由于骨料密度較大，樹脂添加量有限，因此密度降低很少，在使用過程中很難提高砂液比。

現階段應用于壓裂采油技術中的支撐劑雖然都能在強度方面一定程度的滿足壓裂要求，但普遍存在密度較高的特點，沉降速度快，極易在井筒附近沉積，波及范圍和有效支撐面積低且這類支撐劑所需攜砂液黏度高使設備和地層傷害大、壓裂成本大幅度增加。在保證支撐劑高強度的條件下盡可能降低支撐劑的密度一直是研究者努力追求的目標。

發明內容

本發明目的在于克服現有技術的不足提供一種清水攜帶壓裂支撐劑，其耐熱性能好、密度小但強度高，能快速填充壓裂裂縫，且不會帶來環境二次污染。

為達到上述目的，采用技術方案如下：

一種低密度壓裂支撐劑的制備方法，包括以下步驟：

將15-60目凝膠樹脂微球以60-300℃/h的速率由室溫升溫至150-250℃，然后保溫0.5-4h，冷卻得到低密度壓裂支撐劑。

按上述方案，所述的凝膠樹脂微球為苯乙烯系列凝膠樹脂微球或丙烯酸系列的凝膠微球或者兩者的任意混合。

按上述方案，所述的壓裂支撐劑圓度≥0.9；球度≥0.9。

按上述方案，所述的壓裂支撐劑52MPa破碎率小于5.0％。

按上述方案，所述的壓裂支撐劑體積密度為0.60-0.80g/cm³，視密度為1.05-1.35g/cm³。

本發明采用了新的工藝方法制備出性能優良的高強度超低密度耐熱壓裂支撐劑。首先采用市售的凝膠樹脂，篩選出合適粒徑的微球，控制預氧化過程中的升溫速度和升溫溫度。其中，預氧化過程的程序升溫速率和預氧化溫度至關重要，直接影響和決定預氧化樹脂的結構性能。

本發明的有益效果：

制備的壓裂支撐劑具有適宜的粒徑、密度、抗壓強度和耐熱性能，體積密度為0.60-0.80g/cm³，視密度為1.05-1.35g/cm³，能大大降低對攜砂液粘度的要求，減少攜砂液中胍膠等高分子助劑的使用，甚至還可以使用清水攜砂，減少對地層和泵的傷害，對環境傷害較小；

使用本發明低密度支撐劑能使整個施工費用大幅降低，不易發生支撐劑吐出或裂縫排空現象，是低滲油藏采油用石油支撐劑的優良選擇。

具體實施方式

以下實施例進一步闡釋本發明的技術方案，但不作為對本發明技術方案的限制。

本發明低密度壓裂支撐劑，制備過程如下：