一种用于天然水压裂的自悬浮支撑剂的制作方法
【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] 在开采形成在地下岩层中的石油、天然及页岩气等矿产时，要将不同类型流体引 入井眼或井眼周围的地层中。油田原油粘度大、油藏的裂缝狭小，为了提高采油量、降低成 本，通常采用压裂支撑剂压裂和支撑压裂，以改善裂缝导流能力。支撑剂沉积在地层的成形 裂缝中，防止裂缝在压力减小时闭合。
[0003] 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， 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。例如专利 CN102159791A提出的处理被井眼穿透的地下岩层的方法，其制备支撑剂浆液以及沿井眼向 下注入浆液。浆液中的片状颗粒可包括云母、滑石或这些材料的混合物。浆液中含有降滤 失剂、增稠剂，主要是高分子化合物。
[0004] 现有技术中，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 住地层的孔隙，导致出油量下降、及对地层的污染。
[0005] 因此，采用天然水压裂体系开采技术领域，需要提出能不产生污染、且能提高效率 和降低生产成本的技术。
【发明内容】
[0006] 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。
[0007] 本发明的另一个目的是提供所述自悬浮支撑剂的制备方法。
[0008] 为实现上述目的，具体技术方案为：
[0009] -种用于地下岩层中的自悬浮支撑剂，其特征在于，所述自悬浮支撑剂是在骨料 上粘附有水溶性高分子材料的颗粒；
[0010] 所述骨料为具有承受裂缝闭合应力足够机械强度的固体颗粒的一种或多种，包括 但不限于石英砂、陶粒、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、覆膜砂、粉碎的果壳颗粒中的一种或多种；
[0011] 所述水溶性高分子的用量为骨料用量的〇. 1~5wt%。
[0012] 优选地，所述骨料的尺寸为6-200目（即2. 8mm-0. 075mm之间）。
[0013] 进一步地，所述骨料为球形颗粒、椭圆形颗粒、或近似球形、椭圆形的颗粒。
[0014] 金属材质的骨料优选硬度高的材质。例如，所述金属颗粒的材质可为不锈钢、铝合 金、碳钢、铁镍合金或铁锰合金中的一种或多种。
[0015] 其中，所述的水溶性高分子材料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淀粉、植物胶、动物胶或海藻胶；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、壳聚糖中的一种或多种；所述的海藻胶为藻蛋白酸钠、海藻酸钠、琼胶中的一 种或多种；
[0017] 所述人工合成的高分子材料为聚合类高分子，选自聚马来酸酐、聚丙烯酰胺、聚丙 烯酸、聚乙二醇、聚氧化乙烯、聚季铵盐中的一种或多种；
[0018] 所述的半天然半人工合成高分子材料包括改性淀粉、改性纤维素和改性植物胶， 选自羧甲基淀粉、羟甲基纤维素、甲基纤维素、乙基纤维素、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] 其中，所述水溶性高分子材料通过粘结剂粘附骨料，按重量百分比计，粘结剂的用 量为骨料用量〇. 5~15wt%，所述粘结剂包括所有具有附着功能的材料，包括天然粘结剂和 合成粘结剂，所述天然粘结剂优选但不限于骨胶、松脂、桐油中的一种或多种；所述合成粘 结剂优选但不限于酚醛树脂、环氧树脂、不饱和聚酯树脂、杂环高分子粘结剂中的一种或多 种。
[0020] 进一步地，所述酚醛树脂为热塑性酚醛树脂或热固性酚醛树脂；所述的环氧树脂 使用环氧当量为〇. 09-0. 14mol/100g的环氧树脂；优选为双酚A型环氧树脂，更优选环氧 树脂 E-55 (616)、E-51(618)、E-44(6101)、E-42(634)、E-35(637)、E-20(601)、E-12(604)、 E-06 (607)、E-03 (609);所述的不饱和聚酯树脂为邻苯型不饱和聚酯树脂、间苯型不饱和聚 酯树脂、二甲苯型不饱和聚酯树脂、双酚A型不饱和聚酯树脂、卤代不饱和聚酯树脂、乙烯 基酯树脂中的一种或多种；优选所述邻苯型不饱和聚酯树脂型号为191或196 ;所述间苯型 不饱和聚酯树脂型号为199、二甲苯型不饱和聚酯树脂优选型号为2608、902A3、Xm-l、Xm-2 中的一种或多种；双酚A型不饱和聚酯树脂优选型号为197、3301、323中的一种或多种；所 述杂环高分子粘结剂选自聚酰亚胺、聚苯并咪唑、聚苯硫醚、聚二苯醚中的一种或多种。
[0021] 本发明所述的自悬浮支撑剂的制备方法，是将粘结剂分散于骨料中，加入固化剂， 再加入水溶性高分子材料而得；
[0022] 或，是将粘结剂分散于骨料中，加入水溶性高分子材料，再加入固化剂而得；
[0023] 其中，所述固化剂为脂肪族胺及其加成物、叔胺及其盐、芳香族胺及其改性体、咪 唑、酸酐、过氧化酰、过氧化脂、多聚甲醛、酚醛胺（T-31)、二乙烯三胺、三乙烯四胺、六次甲 基四胺中的一种；固化剂为粘结剂重量的〇. 5-10%。
[0024] 所述的制备方法，具体地，包括步骤：
[0025] 1)以石英砂、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为骨料；加热至50-300°C，降温到 240°C以下加入重量为骨料重量0. 5~15wt%的粘结剂，再加入固化剂并搅拌；
[0026] 2)当步骤1)所得混合物温度降至150°C以下时，加入骨料重量的0. 1~5wt%的 水溶性高分子材料，并搅拌。
[0027] 或，包括步骤：
[0028] 1)以石英砂、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为骨料，加入重量为骨料重量0. 5~ 15wt%的粘结剂并搅拌；
[0029] 2)加入骨料重量的0. 1~5wt%的水溶性高分子材料，再加入固化剂，并搅拌。
[0030] 或：
[0031] 1)以石英砂、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为骨料，加热至50-300°C，降温到 240°C以下，加入重量为骨料重量0. 5~15wt%的粘结剂并搅拌；
[0032] 2)当步骤1)所得混合物温度降至150°C以下时，加入骨料重量的0. 1~5wt%的 水溶性高分子材料，再加入固化剂，并搅拌。
[0033] 其中，所述粘结剂为常温下液态粘结剂。
[0034] 进一步的，所述步骤2)之后还包括冷却、筛分的步骤。
[0035] 本发明提出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。
[0036] 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1:0. 4-8 混合，搅拌后通入矿藏中，起到支撑压裂的作用。所述水指天然水，包括清水、自来水、地表 水或地下水，没有添加化学品。
[0037] 本发明的有益效果在于：
[0038] 本发明提出的自悬浮，支撑剂通过选择适宜的高分子材料和粘接材料，具有良好 的物理性能和化学稳定性，高分子材料不会随压裂液进入储层缝隙中，显著提高了采矿的 效率。
[0039] 本发明提出的自悬浮，支撑剂，可以用天然水代替添加有机高分子且昂贵的压裂 液进行水力压裂施工，且该施工方法无需在配液站或配液池中配制，即可实现连续施工，真 正实现了操作便捷，降低施工成本，减小环境污染，保护地下水，增产增效的目的。
[0040] 本发明提出的自悬浮支撑剂在清水中悬浮时间长，能够更好的满足采矿的需要。 本发明提出的自悬浮支撑剂