專利名稱：低密度支撐劑的制備方法及制備工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種廣泛應(yīng)用于油氣井水力壓裂技術(shù)中的支撐劑，特別是 低密度支撐劑的制備方法及制備工藝。
背景技術(shù)：
利用人工的方法把流體注入巖石基層，以超過(guò)地層破裂強(qiáng)度的壓力， 使井筒周圍地巖層產(chǎn)生裂縫形成一個(gè)具有高導(dǎo)流能力的通道，提高油氣采 收率。為保持壓裂后形成的裂縫開(kāi)啟，油氣產(chǎn)物能順利通過(guò)，就必須注入 具有一定強(qiáng)度的圓形顆粒。支撐劑就是用來(lái)支撐裂縫不使裂縫重新閉合的 一種固體顆粒。
在油氣井水力壓裂作業(yè)中， 一個(gè)重要的問(wèn)題就是選擇合適的支撐劑支 撐裂縫。理想的支撐劑應(yīng)該具有以下特點(diǎn)(1)相對(duì)密度小，便于泵入地 下；(2)強(qiáng)度高，用于深井作業(yè)中不會(huì)被壓碎；(3)化學(xué)惰性好，能抵抗 地層中油、酸、鹽水的侵蝕，在高溫下同樣穩(wěn)定；(4)圓度好，以便保持 支撐劑顆粒間較好的空隙。
現(xiàn)在使用的支撐劑有三種類型。第一類是燒結(jié)的陶器類如氧化鋁，氧
化硅，礬土同黏土或碳硅化合物一起混合燒結(jié)而成(US patent 4， 977， 116)。陶粒根據(jù)材質(zhì)不同又可分為兩大類中等強(qiáng)度支撐劑及高強(qiáng)度支撐 劑。中等強(qiáng)度支撐劑通常指燒結(jié)陶粒支撐劑，相對(duì)密度2.7 3.3，相對(duì)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(duì)密 度較小、強(qiáng)度較高的支撐劑，西方國(guó)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支撐劑，主要用于閉合應(yīng)力范圍在 35 70MPa的井中。高強(qiáng)度支撐劑主要由鋁礬土及氧化鋁燒制而成，相對(duì) 密度在3.4以上。陶粒類支撐劑不僅價(jià)格昂貴，更重要的是由于相對(duì)密度 大，水力壓裂時(shí)對(duì)泵和管線的損害也較大，在施工中要求攜砂液的粘度必 須很高，能量消耗極大，整個(gè)施工費(fèi)用也較高。
第二類支撐劑主要是一些天然物質(zhì)如圓形的砂粒(US patent 5， 188， 175)。砂子便宜易得，相對(duì)密度約為2.5。對(duì)中深井的各類地層使用砂子 為支撐劑都有一定的成功率。但因砂子強(qiáng)度不夠(開(kāi)始破碎時(shí)的壓力約為 25MPa)，故不能用于深井作業(yè)中。在閉合應(yīng)力較高的情況下，砂粒就會(huì)被 壓碎，產(chǎn)生大量的碎片和細(xì)粉砂。這些細(xì)粉砂在裂縫中遷移并堵塞裂縫，從而大大降低了裂縫的導(dǎo)流能力。在水力壓裂作業(yè)中，使用這兩種類型的 支撐劑還有一個(gè)不可克服的缺點(diǎn)，即他們均會(huì)嵌入地層或在油氣井投入生 產(chǎn)時(shí)發(fā)生支撐劑吐出或裂縫排空現(xiàn)象。
第三類支撐劑是涂覆一層或兩層合成樹(shù)脂的顆粒(US patent 5， 420, 174 to D印rawshad et al; US patent 5， 218， 038 to Johnson et al and US patent 5， 639， 806 to Johnson et al: EP Patent No. 0 542' 397)。 這些樹(shù)脂主要包括環(huán)氧樹(shù)脂，呋喃，酚醛樹(shù)脂或它們的混合物。樹(shù)脂的含 量一般是被涂覆顆粒重量的1 8%，顆粒物質(zhì)可以是砂、陶粒、粉碎過(guò)的 核桃殼或其他顆粒物質(zhì)，顆粒尺度一般在8 100目。樹(shù)脂涂敷支撐劑的 外殼有一層可固化或部分固化的熱固性酚醛樹(shù)脂。當(dāng)此種支撐劑進(jìn)入裂縫 后，樹(shù)脂層首先軟化，然后在地層溫度或活化劑作用下發(fā)生聚合反應(yīng)而固 化。US patent 6， 772， 838采用硅垸偶聯(lián)劑或硅氧垸等改性劑處理植物 纖維材料，經(jīng)反應(yīng)后得到低密度支撐劑。US patent 6， 582， 819采用植 物纖維、石英砂、中空玻璃珠、粘合劑如樹(shù)脂，水泥等混合均勻造粒成圓 形顆粒，再經(jīng)燒結(jié)成密度較低的支撐劑。該類支撐劑目前還沒(méi)有較好的工 藝制備方法，通常的制備工藝復(fù)雜，施工費(fèi)用大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種低密度支撐劑的制備方法及制備工藝，以便 克服現(xiàn)有支撐劑中能量消耗大，整個(gè)施工費(fèi)用也較高或或不易發(fā)生支撐劑 吐出或裂縫排空現(xiàn)象。
本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的，設(shè)計(jì)一種低密度支撐劑的制備方法及制
備工藝，其特征在于
1) 使用植物纖維材料作為原料，粉碎打磨成植物纖維顆粒；
2) 改性劑溶液浸漬、固化植物纖維顆粒；
3) 再用高分子樹(shù)脂包覆顆粒，然后粉碎后再次過(guò)篩成型支撐劑。 所述的改性劑溶液浸漬、固化植物纖維顆粒是按配比取粉碎打磨的
植物纖維顆粒置于容器中；將改性劑溶液浸沒(méi)顆粒，升溫到5(TC 6(TC，
在5(TC 6(TC維持2h;濾去多改性劑溶液，升溫至15(TC 18(TC進(jìn)行固化。
所述的高分子樹(shù)脂包覆顆粒，然后粉碎后再次過(guò)篩成型是將高分子
樹(shù)脂加入到容器中，攪拌升溫至12(TC固化；用20 40目振動(dòng)篩過(guò)篩取出
顆粒，篩上顆粒經(jīng)粉碎后再次過(guò)篩成型支撐劑。
所述的被改性的植物顆粒改性過(guò)程可以在有壓容器或無(wú)壓容器下以
有壓或無(wú)壓的方式進(jìn)行。
所述的粉碎打磨的植物纖維材料顆粒在20 40mes之間。 所述的植物纖維材料可以是農(nóng)作物，或者是果核殼:核桃殼。 所述的改性劑溶液是有機(jī)溶劑乙醇、丙酮溶劑中的一種或上述溶劑的 混合溶劑，或無(wú)機(jī)溶劑與環(huán)氧樹(shù)脂、或酚醛樹(shù)脂的混合溶液。 所述的改性劑溶液濃度在30% 80%。
所述的高分子樹(shù)脂可以是環(huán)氧樹(shù)脂、酚醛樹(shù)脂或它們的混和物。 所述的支撐劑其體積密度為0.65g/cm3 1. 10g/cm3，真密度為 1. 10g/cmJ l. 50g/cm'、
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是采用植物纖維材料、杏核殼、核桃殼等經(jīng)粉碎，打磨 成20 40目的顆粒。首先采用改性劑溶液加壓或常壓充分浸漬，揮發(fā)溶 劑后升溫固化。再將固化完全的顆粒用樹(shù)脂包覆，固化，進(jìn)一步提高顆粒 的抗形變能力，提高顆粒的導(dǎo)流能力。因此，此低密度支撐劑采用密度小， 疏松多孔的纖維材料作為基材，高強(qiáng)度樹(shù)脂改性，復(fù)合材料的強(qiáng)度高，能 適用于中低深油井。體積密度僅為0.65g/cm3 1. 10g/cm3，真密度為 1.10g/cm3 1.50g/Cm'，能大大降低攜砂液的粘度，減少對(duì)地層和泵的傷 害，甚至可以實(shí)現(xiàn)清潔壓裂。依據(jù)這種方法提供的改性劑能夠有效地滲透 到植物纖維顆粒內(nèi)部，并能提高顆粒的抗形變能力，然后再用高分子樹(shù)脂 包覆，進(jìn)一步提高顆粒的抗形變能力和抗溶劑能力。用這種低密度支撐劑 能使整個(gè)施工費(fèi)降低，不易發(fā)生支撐劑吐出或裂縫排空現(xiàn)象。


下面結(jié)合實(shí)施例附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明。 圖1是實(shí)施例1支撐劑導(dǎo)流能力示意圖； 圖2是實(shí)施例2支撐劑導(dǎo)流能力示意圖； 圖3是實(shí)施例1和實(shí)施例2的支撐劑抗變形能力示意圖。
具體實(shí)施例方式
以下通過(guò)實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明。但本發(fā)明不僅限于以下實(shí)施 方式。
具體實(shí)施方式
如下
1) 使用植物纖維材料作為原料，粉碎打磨成植物纖維顆粒；
2) 改性劑溶液浸漬、固化植物纖維顆粒；
3) 再用高分子樹(shù)脂包覆顆粒，然后粉碎后再次過(guò)篩成型支撐劑。 上述的改性劑溶液浸漬、固化植物纖維顆粒是按配比取粉碎打磨的
植物纖維顆粒置于容器中；將改性劑溶液浸沒(méi)顆粒，升溫到5(TC 6(rC， 在5(TC 60。C維持2h;濾去多改性劑溶液，升溫至150。C 180。C進(jìn)行固 化。
上述的高分子樹(shù)脂包覆顆粒，然后粉碎后再次過(guò)篩成型是將高分子
樹(shù)脂加入到容器中，攪拌升溫至12(TC固化；用20 40目振動(dòng)篩過(guò)篩取出
顆粒，篩上顆粒經(jīng)粉碎后再次過(guò)篩成型支撐劑。
上述的被改性的植物顆粒改性過(guò)程可以在有壓容器或無(wú)壓容器下以 有壓或無(wú)壓的方式進(jìn)行。
上述的粉碎打磨的植物纖維材料顆粒在20 40mes之間。 上述的植物纖維材料可以是農(nóng)作物，或者是果核殼:核桃殼。 上述的改性劑溶液是有機(jī)溶劑乙醇、丙酮溶劑中的一種或上述溶劑的 混合溶劑，或無(wú)機(jī)溶劑與環(huán)氧樹(shù)脂、或酚醛樹(shù)脂的混合溶液。 上述的改性劑溶液濃度在30% 80%。
上述的高分子樹(shù)脂可以是環(huán)氧樹(shù)脂、酚醛樹(shù)脂或它們的混和物。 上述的支撐劑其體積密度為0.65g/cm3 1. 10g/cm3，真密度為 1. 10g/cm3 l. 50g/cmJ。 實(shí)施例1
取粉碎打磨成20 40目的核桃殼顆粒50克置于壓力容器中； 配制含量為60%的熱固性酚醛樹(shù)脂的乙醇溶液，將溶液浸沒(méi)顆粒；封 閉壓力容器，升溫到50°C 60°C，加氮?dú)鈮毫χ?Mpa，在5CTC 60。C維 持2h;濾去多余樹(shù)脂溶液，升溫至15(TC 18(TC進(jìn)行固化；
將5克環(huán)氧樹(shù)脂和0. 5克多乙烯多胺加入到容器中，攪拌升溫至120 'C固化；
取出顆粒用20 40目振動(dòng)篩過(guò)篩，篩上顆粒經(jīng)粉碎后再次過(guò)篩。使其 體積密度為0. 65g/cm:i l. 10g/cm3，真密度為1. 10g/cm3 l. 50g/cm3。 導(dǎo)流能力和抗變形能力見(jiàn)圖1、圖3。 實(shí)施例2
取粉碎打磨成20 40目的核桃殼顆粒50克置于容器中； 配制固含量為60%的熱固性酚醛樹(shù)脂的乙醇溶液，將溶液浸沒(méi)顆粒；
封閉容器，升溫到50°C 60°C，在5(TC 6(TC維持2h，濾去多余樹(shù)脂溶
液，升溫至150。C 18(TC進(jìn)行固化；
冷至80°C以下，將混合均勻的5克環(huán)氧樹(shù)脂和0. 5克多乙烯多胺溶液
加入到容器中，攪拌升溫至12(TC固化； 取出顆粒用20 40目振動(dòng)篩過(guò)篩，篩上顆粒經(jīng)粉碎后再次過(guò)篩。使其 體積密度為0. 65g/cm3 1. 10g/cm3，真密度為1. 10g/cm3 1. 50g/cm3。 導(dǎo)流能力和抗變形能力見(jiàn)圖2、圖3。 實(shí)施例3
取粉碎打磨成20 40目的核桃殼顆粒50克置于壓力容器中； 配制固含量為60。％的環(huán)氧樹(shù)脂的丙酮溶液或酚醛樹(shù)脂的丙酮溶液，將 溶液浸沒(méi)顆粒；封閉壓力容器，升溫到5(TC 6(TC，加氮?dú)鈮毫χ羖Mpa， 在5(TC 6(TC維持2h;濾去多余樹(shù)脂溶液，升溫至150。C 18(TC進(jìn)行固 化；
將5克酚醛樹(shù)脂和0. 5克多乙烯多胺加入到容器中，攪拌升溫至120 'C固化；
取出顆粒用20 40目振動(dòng)篩過(guò)篩，篩上顆粒經(jīng)粉碎后再次過(guò)篩。使其 體積密度為0. 65g/cm3 1. 10g/cm3，真密度為1. 10g/cm3 1. 50g/cm3。 實(shí)施例4
取粉碎打磨成20 40目的核桃殼顆粒50克置于壓力容器中；
配制固含量為60%的酚醛樹(shù)脂的乙醇溶液，將溶液浸沒(méi)顆粒；封閉壓 力容器，升溫到50。C 6(TC，加氮?dú)鈮毫χ羖Mpa，在5(TC 6(TC維持2h; 濾去多余樹(shù)脂溶液，升溫至15(TC 18(TC進(jìn)行固化；
將5克環(huán)氧樹(shù)脂和酚醛樹(shù)脂的混合物和0. 5克多乙烯多胺加入到容器 中，攪拌升溫至12(TC固化；
取出顆粒用20 40目振動(dòng)篩過(guò)篩，篩上顆粒經(jīng)粉碎后再次過(guò)篩。使其 體積密度為0. 65g/cm3 1. 10g/cm3，真密度為1. 10g/cm3 1. 50g/cm3。
實(shí)施例5
取粉碎打磨成20 40目的核桃殼顆粒50克置于壓力容器中；
配制圓含量為60%的環(huán)氧樹(shù)脂的水溶液或酚醛樹(shù)脂的水溶液，將溶液 浸沒(méi)顆粒；封閉壓力容器，升溫到5(TC 6(TC，加氮?dú)鈮毫χ羖Mpa，在 5(TC 6(TC維持2h;濾去多余樹(shù)脂溶液，升溫至15(TC 18(TC進(jìn)行固化；
將5克環(huán)氧樹(shù)脂和酚醛樹(shù)脂的混合物和0. 5克多乙烯多胺加入到容器 中，攪拌升溫至12(TC固化；
取出顆粒用20 40目振動(dòng)篩過(guò)篩，篩上顆粒經(jīng)粉碎后再次過(guò)篩。使其 體積密度為0. 65g/cm:i l. 10g/cm、真密度為1. 10g/cm3 1. 50g/cm3。
權(quán)利要求
1、低密度支撐劑的制備方法及制備工藝，其特征在于1)使用植物纖維材料作為原料，粉碎打磨成植物纖維顆粒；2)改性劑溶液浸漬、固化植物纖維顆粒；3)再用高分子樹(shù)脂包覆顆粒，然后粉碎后再次過(guò)篩成型支撐劑。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的低密度支撐劑的制備方法及制備工藝，其 特征在于所述的改性劑溶液浸漬、固化植物纖維顆粒是按配比取粉碎 打磨的植物纖維顆粒置于容器中；將改性劑溶液浸沒(méi)顆粒，升溫到50℃－60°C，在5(TC 6(TC維持2h;濾去多改性劑溶液，升溫至150°C 180°C 進(jìn)行固化。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的低密度支撐劑的制備方法及制備工藝，其特征在于所述的高分子樹(shù)脂包覆顆粒，然后粉碎后再次過(guò)篩成型是將高分子樹(shù)脂加入到容器中，攪拌升溫至120℃固化；用20 40目振動(dòng)篩過(guò)篩取出顆粒，篩上顆粒經(jīng)粉碎后再次過(guò)篩成型支撐劑。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的低密度支撐劑的制備方法及制備工藝，其特征在于所述的被改性的植物顆粒改性過(guò)程可以在有壓容器或無(wú)壓容器下以有壓或無(wú)壓的方式進(jìn)行。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的低密度支撐劑的制備方法及制備工藝，其 特征在于所述的粉碎打磨的植物纖維材料顆粒在20 40mes之間。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的低密度支撐劑的制備方法及制備工藝，其特 征在于所述的植物纖維材料可以是農(nóng)作物，或者是果核殼:核桃殼。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的低密度支撐劑的制備方法及制備工藝，其特征在于所述的改性劑溶液是有機(jī)溶劑乙醇、丙酮溶劑中的一種或上述溶劑的混合溶劑，或無(wú)機(jī)溶劑與環(huán)氧樹(shù)脂、或酚醛樹(shù)脂的混合溶液。
8、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的低密度支撐劑的制備方法及制備工藝，其特 征在于所述的改性劑溶液濃度在30% 80%。
9、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的低密度支撐劑的制備方法及制備工藝，其特征在于所述的高分子樹(shù)脂可以是環(huán)氧樹(shù)脂、酚醛樹(shù)脂或它們的混和物。
10、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的低密度支撐劑的制備方法及制備工藝，其 特征在于所述的支撐劑其體積密度為0.65g/cm3 1.10g/Cm3，真密度為 1. 10g/cm3 l. 50g/cm3。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種廣泛應(yīng)用于油氣井水力壓裂技術(shù)中的支撐劑，特別是低密度支撐劑的制備方法及制備工藝，其特征在于1)使用植物纖維材料作為原料，粉碎打磨成植物纖維顆粒；2)改性劑溶液浸漬、固化植物纖維顆粒；3)再用高分子樹(shù)脂包覆顆粒，然后粉碎后再次過(guò)篩成型支撐劑。本工藝方法制備的支撐劑可以克服現(xiàn)有支撐劑中能量消耗大，整個(gè)施工費(fèi)用也較高或或不易發(fā)生支撐劑吐出或裂縫排空現(xiàn)象。
文檔編號(hào)C09K8/80GK101200632SQ200710188410
公開(kāi)日2008年6月18日 申請(qǐng)日期2007年11月30日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月30日
發(fā)明者華 萬(wàn), 虎 孫, 徐迎新, 欣 曹, 汪義發(fā), 璇 謝, 高紅萍 申請(qǐng)人:長(zhǎng)慶石油勘探局