[發(fā)明專利]一種油氣井超低密度壓裂支撐劑的制備方法

有效

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• 申請日: 2014-08-13
• 公開（公告）號: CN104177538A
• 公開（公告）日: 2014-12-03
• 發(fā)明（設計）人: 嚴春杰;王義霞;陳濤;陳宇婷;景錄如;羅文君
• 申請（專利權）人: 中國地質(zhì)大學（武漢）
• 主分類號: C08F220/14
• 分類號: C08F220/14;C08F2/20;C08F2/44;C08K9/06;C08K3/34;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(fā)明屬于石油、天然氣井壓裂開采和支撐劑生產(chǎn)領域，具體涉及一種油氣井超低密度壓裂支撐劑及制備方法。

背景技術

水力壓裂是石油、天然氣低滲透油氣井開采增產(chǎn)的重要新技術，支撐劑(proppant)則是壓裂施工的關鍵材料。支撐劑由壓裂液帶入并支撐在壓裂地層的裂隙中，它可以增加地層的導流能力，提高油氣產(chǎn)量和延長油井壽命，是壓裂工藝應用好壞的一個重要因素。

現(xiàn)有的支撐劑主要為高密度、中密度和低密度三種支撐劑，為了滿足強度的要求，市面上普遍使用的石英砂、陶粒支撐劑的密度比較大，其懸浮性差，容易沉淀，不容易被攜帶到井中；為了使這些支撐劑有效地隨著壓裂液到達裂縫，這就需要使用到高粘度或者高密度的壓裂液。而傳統(tǒng)的壓裂液主要成分是胍膠，胍膠是一種有機高分子物質(zhì)，它的成本逐年遞增，且大量使用對地層造成很大的傷害，導致地層本身的滲透性降低，造成地下水污染，降低原油品味，增加了開采成本。

CN200710188410.3公開了一種低密度支撐劑制備方法及制備工藝。其特征在于使用植物纖維材料作為原料，粉碎打磨成植物纖維顆粒，然后經(jīng)過改性劑溶液浸漬、固化，再用高分子樹脂包覆顆粒，粉碎后再次過篩成型支撐劑。所述的支撐劑體積密度為0.65g/cm³～1.10g/cm³,視密度為1.10g/cm³～1.50g/cm³。但其制備工藝相對復雜，成本較高，且抗壓強度較低，不能滿足高壓力深井的壓裂開采。美國專利US7568524B2公開了一種聚苯硫醚支撐劑(PPS?Proppant)，這是一種新型的有機支撐劑，其優(yōu)點為密度低，介于1.1g/cm³～2.0g/cm³；抗壓強度較高，52Mpa下破碎率小于5％；且耐溫范圍為120℃～210℃，但是此支撐劑存在制備成本昂貴的缺陷，未能工業(yè)化應用。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明目的在于提供一種油氣井超低密度壓裂支撐劑及制備方法，保證強度的前提下，大大降低了支撐劑的密度，且能夠大大降低生產(chǎn)成本和施工成本，且對環(huán)境無害。

為達到上述目的，采用技術方案如下：

一種壓裂支撐劑的制備方法，包括以下步驟：

1)將硅灰分散于有機溶劑，加熱到80-95℃加入硅烷偶聯(lián)劑反應1-3h，然后降溫到50-65℃加入有機酸反應1-3h，冷卻、抽濾、干燥得到改性硅灰；

2)將改性硅灰加入到溶有交聯(lián)劑和引發(fā)劑的甲基丙烯酸甲酯單體混合液，以水為分散劑，加入懸浮劑，通過懸浮聚合合成復合微球，過濾、洗滌、烘干，過15-60目篩得到密度在1.119g/cm³～1.278g/cm³的壓裂支撐劑。

按上述方案，步驟1)中硅烷偶聯(lián)劑與硅灰的質(zhì)量比為(0.2～1):20；有機酸與硅灰的質(zhì)量比為(0.2～1):20。

按上述方案，步驟2)中懸浮劑與甲基丙烯酸甲酯單體的質(zhì)量比為(1.5～8):20；改性硅灰與甲基丙烯酸甲酯單體的質(zhì)量比為(1～10):20；交聯(lián)劑與甲基丙烯酸甲酯單體的質(zhì)量比為(1～5):20；引發(fā)劑與甲基丙烯酸甲酯單體的質(zhì)量比為(0.2～0.5):20。

按上述方案，步驟1)中所述硅灰粒徑在200～500nm。

按上述方案，步驟1)中所述的硅烷偶聯(lián)劑為氨丙基三乙氧基硅烷(KH550)、縮水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷(KH560)或甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(KH570)；所述的有機酸為硬脂酸、油酸、檸檬酸或水楊酸。

按上述方案，所述的交聯(lián)劑為二乙烯苯、環(huán)戊二烯、N，N-亞甲基雙丙烯酰胺或三烯丙基異三聚氰酸酯。

按上述方案，所述的引發(fā)劑為過氧化苯甲酰、異丙苯過氧化氫或過氧化二叔丁基。

按上述方案，步驟2)中所述的懸浮劑為氫氧化鈉、六水合氯化鎂和聚乙烯醇；其中氫氧化鈉、六水合氯化鎂摩爾比2:1。

發(fā)明的有益效果在于：

制備出的超低密度壓裂支撐劑密度為1.119g/cm³～1.278g/cm³，密度接近于水，在石油開采中，可以用自來水或者鹽水為攜砂液，從而可以大幅降低壓裂施工成本，并且節(jié)能減排，避免使用瓜爾膠等高分子助劑，降低對環(huán)境的污染，提高了經(jīng)濟效益。

通過在高分子聚合物合成過程中添加一定量礦物材料可以達到提高聚合物抗壓強度和耐溫性的目的，從而適用于深井壓裂使用。