用于天然水压裂施工的自悬浮支撑剂的制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于石油、天然气及页岩气等流体矿产开采领域，具体涉及一种通过支撑 加强裂缝的支撑剂及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 现有的支撑压裂技术中，主要包括使用支撑剂和压裂液(活性水、线性胶或者冻 胶)两部分，压裂液与支撑剂是两个独立的体系，压裂液高速流动，利用湍流悬浮支撑剂。常 用的支撑剂为石英砂或陶粒。然而当支撑剂到达裂缝后，由于流体流速的大幅下降，支撑剂 快速沉降于裂缝底部。压裂液中添加由甘露糖和半乳糖组成的高分子量多糖、或瓜胶衍生 物、或纤维素衍生物，或生物聚合物，诸如黄原胶、二苯基甲烷和硬葡聚糖等，以提供减摩降 阻的作用。但另一方面，减阻水中使用的高分子化合物随同清水进入地层，减阻水的粘度增 大，返排的时候，消耗很大的泵功率，且不利于全部返排；部分留在地下的高分子化合物堵 住地层的孔，导致出油量下降、高分子化合物通过地层缝隙渗入地下水，造成水体污染。
[0003]因此，有必要开发悬浮性能好的支撑剂，其在清水体系中即能自悬浮，支撑压裂开 采中不必在压裂液中添加有机高分子化合物。
【发明内容】
[0004] 针对现有技术存在的不足之处，本发明的目的是提供一种用于天然水压裂施工的 自悬浮支撑剂的制备方法。
[0005] 本发明的另一个目的是提供所述制备方法制得的自悬浮压裂支撑剂。
[0006] 为实现上述目的，具体技术方案为：
[0007] -种用于天然水压裂施工的自悬浮支撑剂的制备方法，包括步骤：
[0008] 以6-200目的颗粒为骨料，向骨料中加入粘结剂溶液并搅拌，所述粘结剂溶液占 骨料重量10-30%，再加入占骨料重量0. 1~5%的水溶性高分子材料并搅拌。
[0009] 其中，所述骨料为具有承受裂缝闭合应力的足够机械强度的固体颗粒。优选地，所 述骨料为石英砂、陶粒、覆膜砂、金属颗粒、球状玻璃颗粒、烧结铝土矿、烧结氧化铝、烧结氧 化锆、合成树脂、粉碎的果壳颗粒中的一种或多种。
[0010] 优选地，所述的粘结剂为酚醛树脂或环氧树脂。
[0011] 更优选地，所述酚醛树脂为热塑性酚醛树脂和/或热固性酚醛树脂；所述的环氧 树脂使用环氧当量为0. 09-0. 14mol/100g的环氧树脂；优选为环氧树脂E-55、E-51、E44、 E-42、E-35、E-20 (601)、E-14、E-12、E-06、E-03 中的一种或多种；
[0012] 其中，所述粘结剂溶液的溶剂为有机溶剂，所述有机溶剂选自丙酮、乙酸乙酯、乙 酸甲酯氯仿，二甲基甲酰胺、四氢呋喃、乙醇中的一种或多种。
[0013] 作为本发明的优选技术方案之一，所示粘结剂为环氧树脂时，选择丙酮、乙酸乙 酯、乙酸甲酯为溶剂；
[0014] 作为本发明的优选技术方案之二，所示粘结剂为热塑性酚醛树脂和/或热固性酚 醛树脂时，选择二甲基甲酰胺和四氢呋喃、乙醇中的一种或多种为溶剂。
[0015] 其中，所述的水溶性高分子材料为遇水快速溶胀或溶解的有机材料，选自天然高 分子、人工合成高分子或半天然半人工合成的高分子材料。
[0016] 优选地，所述的天然高分子材料选自植物胶、多糖或微生物胶；所述植物胶为阿拉 伯胶、黄耆胶、槐豆胶、胍胶、田菁胶、大豆胶中的一种或多种；所述的动物胶为骨胶、明胶、 干酪素中的一种或多种；所述微生物胶选自黄原胶、结冷胶、可得然胶中的一种或多种；所 述多糖为普鲁兰多糖或壳聚糖；
[0017] 所述人工合成的高分子材料包括缩合类和聚合类高分子材料,其中，缩合类高分 子材料选自聚胺树脂、氨基树脂和聚氨酯树脂中的一种或多种；聚合类高分子材料选自聚 丙烯酰胺、聚丙烯酸、聚乙二醇、聚氧化乙烯、聚马来酸酐、聚季铵盐中的一种或多种；
[0018] 所述的半天然半人工合成的高分子材料包括改性淀粉、改性纤维素和改性植物 胶，具体选自羧甲基纤维素、羟甲基纤维素、甲基纤维素、乙基纤维素、季铵盐改性壳聚糖、 羟乙基纤维素、羧乙基淀粉、醋酸淀粉、羟甲基胍胶、羟丙基胍胶、羧甲基羟丙基胍胶中的一 种或多种。
[0019] 优选地，所述粘结剂重量占粘结剂溶液重量的10-50%。
[0020] 其中，干燥时优选加热干燥，干燥温度以60_120°C为宜，干燥2-10小时。
[0021] 本发明所述的制备方法制备得到的自悬浮支撑剂。
[0022] 本发明还提出的制备得到的自悬浮支撑剂在石油、天然气及页岩气等流体矿产开 采中的应用。
[0023]具体地，所述应用是将本发明提出的自悬浮支撑剂按照与水的体积比例1:2-20 混合，搅拌后通入矿藏中，起到支撑压裂的作用。所述水指清水，选自自来水或地表水、地下 水。没有添加化学品。
[0024]本发明的有益效果在于：
[0025]通过对原料和工艺条件的优化选择，极大地增强了支撑剂的力学性能，获得的支 撑剂磨阻小、强度高，能够适于高温条件下使用，易于回收，使用的包覆材料不会对环境造 成污染；
[0026]本发明提出的自悬浮压裂支撑剂无需使用添加了有机高分子且成本昂贵的压裂 液进行压裂，而直接使用随处可得的天然水进行压裂即可，因此，减小了污染，降低了成本。
【具体实施方式】
[0027]以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
[0028] 实施例1
[0029] 1)以石英砂(河砂）1000 g为原料，经擦洗烘干后，砂中完全不含水，筛选20-40目 的石英砂为骨料（以下实施例中石英砂的预处理过程相同）；
[0030] 2)环氧树脂E-55,按1 :1比例与乙酸乙酯混合。搅拌均匀，制得50mL的粘结剂溶 液，然后向粘结剂溶液中加入骨料、IOg胍胶。
[0031] 3)步骤2)所得混合物80°C、2小时干燥后，筛分。
[0032] 得到的支撑剂为粒径20-40目的颗粒，骨料表面包覆、或部分包覆有胍胶高分子 材料。
[0033] 实施例2
[0034] I)取40-70目Ikg石英砂(风积砂）作为骨料，备用；
[0035] 2)环氧树脂E-51，按1 :1比例与甲酸乙酯混合。搅拌均匀，制得50mL的粘结剂溶 液，然后向粘结剂溶液中加入骨料、IOg羧甲基胍胶。
[0036]3)步骤2)所得混合物80°C、4小时干燥后，筛分。
[0037] 实施例3
[0038] 1)取30-50目Ikg石英砂(海砂）和烧结氧化铝作为骨料，两种材料粒径相同，重 量比8:2,备用；
[0039] 2)甲阶酚醛树脂8g，加入乙醇20g。搅拌均匀，然后向粘结剂溶液中加入骨料、IOg 聚丙烯酰胺。
[0040] 3 )步骤2 )所得混合物自然干燥后，筛分。
[0041] 对比例1
[0042] 支撑剂：石英砂，粒度20-40目。
[0043] 在天然水(没有添加化学品）中的沉降实验。
[0044] 表1天然水中实施例1-3、对比例1支撑剂的沉降速度
[0046] 实施例4
[0047] 1)取30-50目Ikg陶粒作为骨料，备用；
[0048] 2)环氧树脂E-51，按1 :1比例与甲酸乙酯混合。搅拌均匀，制得40mL的粘结剂溶 液，然后向粘结剂溶液中加入骨料、IOg黄原胶。
[0049] 3 )步骤2 )所得混合物自然干燥后，筛分。
[0050] 实施例5
[0051] 1)取40-70目Ikg陶粒作为骨料，备用；
[0052] 2)环氧树脂E-55,按1 :1比例与乙酸乙酯混合。搅拌均匀，制得50mL的粘结剂溶 液，然后向粘结剂溶液中加入骨料、IOg羧甲基纤维素。
[0053] 3 )步骤2 )所得混合物自然干燥后，筛分。
[0054] 对比例2
[0055] 支撑剂：以陶粒为支撑剂。
[0056] 表2天然水中实施例4、5、对比例2支撑剂的沉降速度
[0058]实施例6
[0059] I)取30-50目Ikg不锈钢颗粒作为骨料，备用；
[0060] 2)环氧树脂E-51，按1 :1比例与甲酸乙酯混合。搅拌均匀，制得50mL的粘结剂溶 液，然后向粘结剂溶液中加入骨料、20g壳聚糖季铵盐。
[0061] 3)步骤2)