一种自悬浮支撑剂的实验室制备方法与流程

本发明涉及石油、天然气、页岩油气等非常规压裂增产技术应用领域，具体涉及一种自悬浮支撑剂的实验室制备方法。
背景技术：
：近年来，致密油、致密气等非常规油气成为了开发热点。非常规油气具有低孔(孔隙度小于7％)、低渗(渗透率小于1×10-3μm2)、孔喉直径小于1μm、微裂隙发育、局部超低含水饱和度、高毛管压力、地层压力异常高压、高伤害潜力等工程地质特征。对于这类储层的开发，需用新技术改善储层渗透率，水力压裂是最为持久和关键的增产技术之一。据统计，全球石油资源9375亿吨，其中非常规4495亿吨，占比48％；天然气资源4393万亿方，其中非常规3922万亿方，占比89％。目前，常规压裂工艺包括前置阶段、携砂阶段、顶替阶段，按照地质特性从塑性地层到脆性地层，分别使用交联瓜胶压裂液、交联泡沫压裂液、线性胶、混合压裂液、滑溜水，但这些压裂液都存在破胶不完全、残渣含量高等缺点，压裂液需要使用增稠剂或强化剂，对地层产生不同程度的残渣伤害、吸附伤害甚至会堵塞支撑剂填充层，不利于压裂增产。水基压裂液还容易造成粘土膨胀、返排困难等问题，导致油气产层压裂后开采效果差，甚至不能正常生产。同时，水力压裂水资源用量巨大，对水资源及环境存在潜在的污染。据美国国家环境保护局(EPA)统计，2010年每口页岩气井压裂用水量在0.76×104～2.39×104t，其中20％～85％滞留于地层。自悬浮支撑剂由传统支撑剂和表面的可水化膨胀分子两部分组成，遇水可以体积膨胀，降低体积密度，达到在清水中保持悬浮状态的目的。压裂措施后，加入破胶剂，自悬浮支撑剂破胶随清水反排，支撑剂充填层渗透率恢复和导流恢复能力都优于其他压裂液，地层损伤程度几乎为零。自悬浮支撑剂综合了传统压裂液和支撑剂的特性，在油气田压裂改造的过程中，采用自悬浮支撑剂代替传统压裂支撑剂，利用清水代替传统压裂液，实现压裂增产。自悬浮支撑剂可以达到支撑剂低浓度运移的目的，从井口到裂缝的支撑剂分布良好，减少使用滑溜水等压裂液化学品，大大降低压裂成本，同时清水压裂降低了对地层的损伤。自悬浮支撑剂能够提高采油气产量，简化压裂工艺，降低压裂成本，具有良好的应用前景，对于压裂增产革新具有很大意义。技术实现要素：针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种自悬浮支撑剂的实验室制备方法。为实现上述目的，具体技术方案为：一种自悬浮支撑剂施实验室制备方法，其制备工艺是将石英砂/陶粒/橡胶粉中的一种作为骨料，用溶剂洗净、烘干。然后用偶联剂浸泡、烘干，将单体和水搅拌溶解均匀，低温条件下调节pH＝7.0，通氮气0.5～2h，加入引发剂，持续通氮气至温度升高至20℃，停止通氮气，继续保温反应4h，剪块、造粒、干燥、粉碎得到自悬浮支撑剂。所述自悬浮支撑剂的实验室制备方法，其骨料为石英砂/陶粒/橡胶粉中的一种。支撑剂尺寸为20～70目。所述的偶联剂为KH550、KH560、KH570、KH590、KH792、A151、(CH3)2SiCl2、(C2H5)3SiCl、C3H7SiCl3中的一种或几种，该偶联剂溶剂为蒸馏水、乙醇、苯、甲苯、丙酮、石油醚中的一种或多种。偶联剂浓度为骨料的0.5％～2％wt。加入乙酸或草酸调整PH至偶联剂溶剂溶液弱酸性。所述的聚合反应(图1)单体为丙烯酰胺/丙烯酸钠/2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸/N-乙烯基吡咯烷酮/十八烷基二甲基烯丙基氯化铵中的几种。所述的聚合反应交联剂为Cr3+、Zr4+、Ti4+、硼酸、NN’-亚甲基双丙烯酰胺酚醛树脂、聚乙烯亚胺类中的一种或几种。不加交联剂制得粘弹型自悬浮支撑剂，加交联剂制得膨胀型自悬浮支撑剂。所述的引发剂为水溶性偶氮V-044、水溶性偶氮V-50、水溶性偶氮V-061、过硫酸铵、过硫酸钾、亚硫酸钠、亚硫酸氢钠、吊白块其中的至少一种，加量为单体浓度的1×10-5～4×10-4wt过硫酸盐、1×10-5～4×10-4wt水溶性偶氮盐、5×10-6～2×10-4wt亚硫酸盐。所述的自悬浮支撑剂制备过程，聚合反应温度在0℃～45℃内，聚合物单体用量为骨料用量的1％～5％wt。所述的自悬浮支撑剂膨胀倍数为3～12倍，完全水化时间在1min～2min，具有良好的遇水膨胀悬浮性能，该自悬浮支撑剂使用砂比为5％～30％，水溶液粘度在25～900mPa.s。所述的实验室制备方法，具体工艺流程(图2)的步骤如下：(1)以石英砂/陶粒/橡胶粉中的一种为骨料，用蒸馏水、乙醇、苯、甲苯、丙酮、石油醚中的一种或多种洗净，烘干。(2)用偶联剂20℃～90℃浸泡24小时，置于烘箱中20℃～95℃度烘干。(3)将单体按照丙烯酰胺5％～15％wt、丙烯酸5％～15％wt、功能单体1％～2％wt、交联剂0.5％～1％wt和水搅拌溶解均匀，低温条件下用丙烯酸质量的70％wt氢氧化钠溶液调节pH＝7.0，加入交联剂1％～3％wt，补充水至单体浓度为10％～30％wt，调节体系温度-5℃～45℃，通氮气0.5～2h，加入引发剂，持续通氮气至温度升高至20℃，停止通氮气，继续保温反应4h，剪块、造粒、干燥、粉碎得到自悬浮支撑剂。本发明提出的压裂施工方法及制备方法，使用方式与传统支撑剂地面使用相同，其突出优点如下：(1)可实现清水压裂不需要增稠剂、降阻剂。大幅降低压裂成本。(2)水化层在2℃～193℃稳定膨胀，每个支撑剂颗粒遇水膨胀，体积密度遇水后从2.4g/cm3降低到1.3g/cm3。(3)外水凝胶层在混砂、泵入、微裂缝过程中剪切稳定。(4)121℃～176℃范围内，清水压裂液体粘度在25～900cps不等，运移能力是普通支撑剂3倍。(5)清水压裂施工可降低设备泵压需求，不会形成砂堵。(6)使用常规破胶剂破胶，可实现快速反排。(7)无需添加交联剂，无需使用传统压裂液作为携沙液，裂缝尖端支撑面积更大，获得相比传统压裂更高的压裂效率和产量。(8)不需要大型混配车，不需要配液灌，分为泵入混砂车和低压管汇两部分；实现完全实时混配，携沙液为支撑剂和水一起泵入混砂车。(9)应用范围广，常规油气井、非常规油气井都可以应用该压裂施工方法。(10)泵入的压裂液增稠剂含量少，储层伤害小。附图说明图1：自悬浮支撑剂制备的水膨体聚合反应方程式和分子结构式图2：自悬浮支撑剂的实验室制备工艺流程图3：自悬浮支撑剂导流能力大型工程物理模拟砂堤形态具体实施方式下面结合附图对本发明的具体实施作进一步描述。实施例1：表1：自悬浮支撑剂实验室合成实施例2：表2：静态下不同砂比粘度砂比/％510152025粘度/mPa.s28.573.5177519720施例3：表3：单颗粒自悬浮支撑剂通过155mm垂直距离沉降时间组号12345678910直径(μm)6409205906307708701030670990640沉降时间(s)300727278380375864605308855315实施例4：排量为3.8m3/min时，3分钟时大型物模砂堤形态见图3。当前第1页1 2 3