一种压裂用改性纤维及制备工艺的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种压裂用改性纤维，它由下述重量份的原料制备而成：基础纤维：40～60；纤维表面改性剂：45～85；该压裂用改性纤维的制备工艺，它包括以下步骤：S1.选择基础纤维：所述基础纤维满足以下条件：纤维密度0.93～1.85g/cm3，纤维长度2～14mm，纤维抗拉强度15～3000MPa，纤维直径15～150μm；S2.配制压裂用纤维表面改性剂；S3.称量；S4.表面改性；S5.抽滤；S6.烘干。本发明通过对基础纤维进行改性后能显著改善纤维的表面性能，使纤维在溶剂中能充分分散，同时增加了纤维表面的粗糙度，提高了纤维的疏水性；本发明提供的压裂用改性纤维的制备工艺具有步骤简单、操作方便、成本低的优点。
【专利说明】一种压裂用改性纤维及制备工艺
【技术领域】
[0001]本发明属于油气田开发压裂施工材料领域，具体是涉及一种压裂用改性纤维及制备工艺。
【背景技术】
[0002]常规压裂工艺存在高速返排与支撑剂回流影响气井正常生产的矛盾，特别是在对气藏开发过程中拥有大量的高压高产气井，这些高压高产气井支撑剂回流出砂问题比较突出，在压后排液、测试求产期间及采输气的初期(约1-3月)，有约50%的井(层)存在不同程度的支撑剂回流，支撑剂回流量一般在Im3以内，少数井超过lm3，甚至达到3m3。由于气井压力高、产量高、流速快，支撑剂回流出砂对井口及地面流程管线闸阀、地面设备的冲蚀破坏作用相当强烈，产生的砂刺冲蚀破坏等危害比较大。气井出砂降低了泡排工艺效果，降低了气井的生产时率，预计因出砂影响气井生产时率0.5%左右，并严重影响了气井的正常生产，且存在着严重的安全隐患。
[0003]针对上述问题，国内外新发展了纤维压裂技术，它是通过纤维与支撑剂间的相互作用形成空间网状结构而提供支撑剂与裂缝之间额外的粘结力，从而将支撑剂稳定在原始位置，而流体可以自由通过。压裂液开始返排后，由于流体流动的冲刷，支撑剂颗粒就发生塑性剪切形变，形成一系列的拱形结构；排液时砂拱的剪切变形诱发的纤维轴向力可抵抗砂拱剪切变形，从而提高砂拱的稳定性和临界返排速度，有利于控制支撑剂的返吐；纤维不与压裂液相互作用，且对温度、压力和关井时间没有要求。压后可以提高返排速度，缩短返排时间，提闻返排率。
[0004]为保证纤维压裂技术施工顺利并且要取得较好效果，压裂用纤维应具备在清水中以及有粘度的压裂液基液中具有较好的自分散能力，纤维在分散过程中形成空间网络结构从而达到辅助悬砂能力，同时纤维本身需要具有一定尺寸、直径、密度以及抗拉强度等要求，另外作为用于压裂施工的材料对于压裂液交联、破胶等性能应不产生不利影响。在纤维压裂施工中纤维的表面性能会对其在压裂液中的分散性、是否形成网络结构产生显著影响，目前常规纤维并不能满足上述要求，因此需要对其进行表面改性，经检索，未有对压裂用纤维进行表面改性的相关报道。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种压裂用改性纤维，通过对基础纤维进行改性后能显著改善纤维的表面性能，使纤维在溶剂中能充分分散，同时增加了纤维表面的粗糙度，提高了纤维的疏水性；本发明的另一目的在于提供一种压裂用改性纤维的制备工艺，该制备工艺具有步骤简单、操作方便、成本低的优点。
[0006]本发明的目的通过以下技术方案来实现:一种压裂用改性纤维，它由下述重量份的原料制备而成:
[0007]基础纤维:40?60，纤维表面改性剂:45?85 ;[0008]所述纤维表面改性剂由下述重量份的原料组成:
[0009]乙烯基硅烷:20~32 ;全氣烷氧基乙烯基酿:8~18 ;
[0010]抗氧剂:1~5 ;水性氟丙乳液:6~12 ;
[0011]乙二醇:5~15 ;异丙醇:13~58。
[0012]所述抗氧化剂为2，6_ 二叔丁基-4-甲基苯酚、特丁基对苯二酚中的一种或两种。
[0013]所述基础纤维为聚丙烯纤维、聚酯纤维、聚酰亚胺纤维、聚乙烯醇纤维、聚丙烯腈纤维中的一种或多种。
[0014]上述压裂用改性纤维的制备工艺，它包括以下步骤:
[0015]S1.选择基础纤维:所述基础纤维满足以下条件:
[0016]
纤维密度:0.93~1.85g/+cm'5,
纤维於皮:2 ~ 14_,
纤维抗拉Slt:15~3000MPa?
纤维￡1.径:15~150 μ in；
[0017]S2.配制压裂用纤维表面改性剂:按上述配方配制，备用；
[0018]S3.称量:按配方比例称量基础纤维和纤维表面改性剂；
[0019]S4.表面改性:将压裂用纤维表面改性剂移入三口烧瓶中，加热烧瓶并快速搅拌溶液，使溶液升温至40~55°C，向三口烧瓶中加入基础纤维，恒温下充分搅拌80~lOOmin，所述恒温温度为40~55°C ；
[0020]S5.抽滤:将步骤S4表面改性后的基础纤维移至滤纸上，冷却至常温后对其进行抽滤；
[0021]S6.烘干:将抽滤后的纤维置于65~75°C的烘箱中进行烘干，所述烘干时间为22~26h，即得表面改性的压裂用纤维。
[0022]本发明具有以下优点:本发明用纤维表面改性剂对基础纤维进行改性处理后，能显著改善纤维表面性能，一定程度提高纤维密度，为纤维在溶剂中能充分分散奠定了基础；同时增加了纤维表面的粗糙度，使纤维表面具有疏水性，因此纤维在水中能形成空间网络结构，形成辅助压裂液冻胶悬砂的“骨架”，且改性后的纤维对压裂液的使用性能，如基液粘度、成破胶性能、泵送性能等不产生任何负面影响；该制备工艺具有步骤简单、操作方便、成本低的优点。
【专利附图】
【附图说明】
[0023]图1为未进行改性的压裂用纤维示意图；
[0024]图2为改性后的压裂用纤维示意图。
【具体实施方式】
[0025]下面结合实施例对本发明做进一步的描述，本发明的保护范围不局限于以下所述。
[0026]实施例1:一种压裂用改性纤维，它由下述重量份的原料制备而成:聚丙烯纤维:40，纤维表面改性剂:45。
[0027]所述纤维表面改性剂由下述重量份的原料组成:
[0028]乙稀基娃烧:20 ；全氣烧氧基乙稀基酿:8 ；
[0029]2,6- 二叔丁基-4-甲基苯酚:1 ;水性氟丙乳液:6 ；
[0030]乙二醇:5 ;异丙醇:13。
[0031]上述压裂用改性纤维的制备工艺，它包括以下步骤:
[0032]S1.选择基础纤维:所述基础纤维满足以下条件:
[0033]纤维密度:0.93g/cm3,纤维长度:2mm，
[0034]纤维抗拉强度:15MPa,纤维直径:15 μ m ;
[0035]S2.配制压裂用纤维表面改性剂:按上述配方配制，备用；
[0036]S3.称量:按配方比例称量基础纤维和纤维表面改性剂；
[0037]S4.表面改性:将压裂用纤维表面改性剂移入三口烧瓶中，加热烧瓶并快速搅拌溶液，使溶液升温至40°C，向三口烧瓶中加入基础纤维，恒温下充分搅拌80min，所述恒温温度为40°C ；
[0038]S5.抽滤:将步骤S4表面改性后的基础纤维移至滤纸上，冷却至常温后对其进行抽滤；
[0039]S6.烘干:将抽滤后的纤维置于65°C的烘箱中进行烘干，所述烘干时间为22h，即得表面改性的压裂用纤维。
[0040]实施例2:—种压裂用改性纤维，它由下述重量份的原料制备而成:基础纤维:60，纤维表面改性剂:85 ；
[0041]所述基础纤维为聚丙烯纤维和聚酯纤维，且重量比为2:1。
[0042]所述纤维表面改性剂由下述重量份的原料组成:
[0043]乙稀基娃烧:32 ； 全氣烧氧基乙稀基酿:18 ；
[0044]特丁基对苯二酚:5 ;水性氟丙乳液:12 ；
[0045]乙二醇:5 ；异丙醇:58o
[0046]上述压裂用改性纤维的制备工艺，它包括以下步骤:
[0047]S1.选择基础纤维:所述基础纤维满足以下条件:
[0048]纤维密度:1.85g/cm3， 纤维长度:14mm，
[0049]纤维抗拉强度:3000MPa，纤维直径:150 μ m ;
[0050]S2.配制压裂用纤维表面改性剂:按上述配方配制，备用；
[0051]S3.称量:按配方比例称量基础纤维和纤维表面改性剂；
[0052]S4.表面改性:将压裂用纤维表面改性剂移入三口烧瓶中，加热烧瓶并快速搅拌溶液，使溶液升温至55°C，向三口烧瓶中加入基础纤维，恒温下充分搅拌lOOmin，所述恒温温度为55°C ；
[0053]S5.抽滤:将步骤S4表面改性后的基础纤维移至滤纸上，冷却至常温后对其进行抽滤；
[0054]S6.烘干:将抽滤后的纤维置于75°C的烘箱中进行烘干，所述烘干时间为26h，即得表面改性的压裂用纤维。
[0055]实施例3:—种压裂用改性纤维，它由下述重量份的原料制备而成:基础纤维:40，纤维表面改性剂:85 ;所述基础纤维为聚丙烯纤维、聚酯纤维和聚酰亚胺纤维，且重量比为3:2:10
[0056]所述纤维表面改性剂由下述重量份的原料组成:
[0057]乙稀基娃烧:22 ；全氣烧氧基乙稀基酿:12 ；
[0058]抗氧剂'2 ；水性氟丙乳液:8 ；
[0059]乙二醇:8 ;异丙醇:18;
[0060]所述抗氧剂为2，6_ 二叔丁基-4-甲基苯酚、特丁基对苯二酚，且重量比为4:1。
[0061]上述压裂用改性纤维的制备工艺，它包括以下步骤:
[0062]S1.选择基础纤维:所述基础纤维满足以下条件:
[0063]纤维密度:1.25g/cm3,纤维长度:4mm，
[0064]纤维抗拉强度:50MPa,纤维直径:30 μ m ;
[0065]S2.配制压裂用纤维表面改性剂:按上述配方配制，备用；
[0066]S3.称量:按配方比例称量基础纤维和纤维表面改性剂；
[0067]S4.表面改性:将压裂用纤维表面改性剂移入三口烧瓶中，加热烧瓶并快速搅拌溶液，使溶液升温至42°C，向三口烧瓶中加入基础纤维，恒温下充分搅拌85min，所述恒温温度为45°C ；
[0068]S5.抽滤:将步骤S4表面改性后的基础纤维移至滤纸上，冷却至常温后对其进行抽滤；
[0069]S6.烘干:将抽滤后的纤维置于68°C的烘箱中进行烘干，所述烘干时间为23h，即得表面改性的压裂用纤维。
[0070]实施例4:一种压裂用改性纤维，它由下述重量份的原料制备而成:基础纤维:50，纤维表面改性剂:75 ;所述基础纤维为聚丙烯纤维、聚酯纤维、聚酰亚胺纤维和聚乙烯醇纤维，且重量比为4:3:2:2ο
[0071]所述纤维表面改性剂由下述重量份的原料组成:
[0072]乙稀基娃烧:25全氣烧氧基乙稀基酿:14 ；
[0073]抗氧剂:3 ; 水性氟丙乳液:10;
[0074]乙二醇:10;异丙醇:25 ;
[0075]所述抗氧剂为2，6- 二叔丁基-4-甲基苯酚、特丁基对苯二酚，且重量比为1: 2。上述压裂用改性纤维的制备工艺，它包括以下步骤:
[0076]S1.选择基础纤维:所述基础纤维满足以下条件:
[0077]纤维密度:1.45g/cm3，纤维长度:6mm，
[0078]纤维抗拉强度:IOOMPa,纤维直径:75 μ m ;
[0079]S2.配制压裂用纤维表面改性剂:按上述配方配制，备用；
[0080]S3.称量:按配方比例称量基础纤维和纤维表面改性剂；
[0081]S4.表面改性:将压裂用纤维表面改性剂移入三口烧瓶中，加热烧瓶并快速搅拌溶液，使溶液升温至45°C，向三口烧瓶中加入基础纤维，恒温下充分搅拌92min，所述恒温温度为48°C ；
[0082]S5.抽滤:将步骤S4表面改性后的基础纤维移至滤纸上，冷却至常温后对其进行抽滤；[0083]S6.烘干:将抽滤后的纤维置于70°C的烘箱中进行烘干，所述烘干时间为24h，即得表面改性的压裂用纤维。
[0084]实施例5:—种压裂用改性纤维，它由下述重量份的原料制备而成:基础纤维:52，纤维表面改性剂:62 ;所述基础纤维为聚丙烯纤维、聚酯纤维、聚酰亚胺纤维、聚乙烯醇纤维和聚丙烯腈纤维，且重量比为1:1.5:3:3。
[0085]所述纤维表面改性剂由下述重量份的原料组成:
[0086]乙稀基娃烧:28 ；全氣烧氧基乙稀基酿:16 ；
[0087]2,6_ 二叔丁基_4_甲基苯酌.:4 ;水性氟丙乳液:10 ;
[0088]乙二醇:12;异丙醇:36。
[0089]上述压裂用改性纤维的制备工艺，它包括以下步骤:
[0090]S1.选择基础纤维:所述基础纤维满足以下条件:
[0091]纤维密度:1.60g/cm3，纤维长度:10mm，
[0092]纤维抗拉强度:800MPa，纤维直径:98 μ m ;
[0093]S2.配制压裂用纤维表面改性剂:按上述配方配制，备用；
[0094]S3.称量:按配方比例称量基础纤维和纤维表面改性剂；
[0095]S4.表面改性:将压裂用纤维表面改性剂移入三口烧瓶中，加热烧瓶并快速搅拌溶液，使溶液升温至52°C，向三口烧瓶中加入基础纤维，恒温下充分搅拌98min，所述恒温温度为52°C ；
[0096]S5.抽滤:将步骤S4表面改性后的基础纤维移至滤纸上，冷却至常温后对其进行抽滤；
[0097]S6.烘干:将抽滤后的纤维置于72°C的烘箱中进行烘干，所述烘干时间为25h，即得表面改性的压裂用纤维。
[0098]实施例6:—种压裂用改性纤维，它由下述重量份的原料制备而成:基础纤维:55，纤维表面改性剂:70 ;所述基础纤维为聚丙烯纤维、聚乙烯醇纤维和聚丙烯腈纤维，且重量比为5:2:2。
[0099]所述纤维表面改性剂由下述重量份的原料组成:
[0100]乙稀基娃烧:30 ；全氣烧氧基乙稀基酿:15 ；
[0101]特丁基对苯二酚:2.5 ；水性氟丙乳液:11 ；
[0102]乙二醇:8 ;异丙醇:46 ；
[0103]上述压裂用改性纤维的制备工艺，它包括以下步骤:
[0104]S1.选择基础纤维:所述基础纤维满足以下条件:
[0105]纤维密度:1.75g/cm3,纤维长度:12mm，
[0106]纤维抗拉强度:1000MPa，纤维直径:120 μ m ;
[0107]S2.配制压裂用纤维表面改性剂:按上述配方配制，备用；
[0108]S3.称量:按配方比例称量基础纤维和纤维表面改性剂；
[0109]S4.表面改性:将压裂用纤维表面改性剂移入三口烧瓶中，加热烧瓶并快速搅拌溶液，使溶液升温至36°C，向三口烧瓶中加入基础纤维，恒温下充分搅拌96min，所述恒温温度为52°C ；
[0110]S5.抽滤:将步骤S4表面改性后的基础纤维移至滤纸上，冷却至常温后对其进行抽滤；
[0111]S6.烘干:将抽滤后的纤维置于70°C的烘箱中进行烘干，所述烘干时间为22h，即得表面改性的压裂用纤维。
[0112]实施例7:性能评价
[0113]1.实验材料
[0114]采用实施例6的基础纤维和表面改性的压裂用纤维为测试对象。
[0115]2.基本性能评价:包括观察、测定密度、长度、直径，实验结果如表1所示。
[0116]表1:基本性能评价结果
[0117]
【权利要求】
1.一种压裂用改性纤维，其特征在于，它由下述重量份的原料制备而成: 基础纤维:40?60，纤维表面改性剂:45?85。
2.如权利要求1所述的一种压裂用改性纤维，其特征在于，所述纤维表面改性剂由下述重量份的原料组成: 乙稀基娃烧:20?32 ；全氣烧氧基乙稀基酿:8?18 ; 抗氧剂:1?5 ;水性氟丙乳液:6?12 ; 乙二醇:5?15 ;异丙醇:13?58。
3.如权利要求2所述的一种压裂用改性纤维，其特征在于，所述抗氧化剂为2，6-二叔丁基-4-甲基苯酚、特丁基对苯二酚中的一种或两种。
4.如权利要求1所述的一种压裂用改性纤维，其特征在于，所述基础纤维为聚丙烯纤维、聚酯纤维、聚酰亚胺纤维、聚乙烯醇纤维、聚丙烯腈纤维中的一种或多种。
5.如权利要求1或2或3或4所述的一种压裂用改性纤维的制备工艺，其特征在于，它包括以下步骤: .51.选择基础纤维:所述基础纤维满足以下条件: 纤维密度:0.93?1.85g/cm3, 纤维长度:2?14mm, 纤维抗拉强度:15?3000MPa， 纤维直径:15?150 μ m ； . 52.配制压裂用纤维表面改性剂:按上述配方配制，备用； . 53.称量:按上述比例称量基础纤维和纤维表面改性剂； .54.表面改性:将压裂用纤维表面改性剂移入三口烧瓶中，加热烧瓶并快速搅拌溶液，使溶液升温至40?55°C,向三口烧瓶中加入基础纤维，恒温下充分搅拌80?IOOmin,所述恒温温度为40?55°C ; . 55.抽滤:将步骤S4表面改性后的基础纤维移至滤纸上，冷却至常温后对其进行抽滤； . 56.烘干:将抽滤后的纤维置于65?75°C的烘箱中进行烘干，所述烘干时间为22?.26h，即得表面改性的压裂用纤维。
【文档编号】D06M101/30GK103741466SQ201310698383
【公开日】2014年4月23日 申请日期:2013年12月18日 优先权日:2013年12月18日
【发明者】康毅, 张绍彬 申请人:四川省博仁达石油科技有限公司