一种膨胀材料组合物、自增粘颗粒及其制备方法与流程

本发明属于地热、石油、天然气等流体矿产开采领域，具体涉及一种可以作为地热等流体矿产开发中充填防砂和压裂增产用支撑颗粒的制备方法。

背景技术：

1、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，通常采用石英砂和陶粒支撑压裂裂缝，以改善裂缝渗流能力。石英砂和陶粒沉积在地层的形成裂缝中，防止裂缝在压力减小时闭合。根据文献介绍，美国页岩气压裂中主要应用了三种液体体系：液氮直接注入、注氮气泡沫和减阻水。除了成本优势外，减阻水能在高排量下泵入大量水和少量颗粒，可携带颗粒进入更深的裂缝网络，从而形成更大的裂缝网络和泄气面积，目前已成为压裂作业的标准做法。减阻水组成中清水占绝大部分(99.5％)，故又被称为清水压裂(赵杰等，页岩气水平井完井压裂技术综述，天然气与石油，2012年2月)。然而，随着油气田专家研究的深入，发现即便是大排量，也不足以把石英砂和陶粒泵入地下携带到裂缝的远端。研究发现，被减阻水携带入裂缝中的石英砂或者陶粒主要集中在井筒外围50米距离范围内。这使得近三分之二的压开裂缝无颗粒支撑，随着排采的进行，二次闭合，油气井产量急剧下降。

2、现有常规支撑压裂技术中，主要包括颗粒和压裂液(活性水、线性胶或者冻胶)两部分，压裂液与颗粒是两个独立的体系，压裂液高速流动，利用湍流悬浮颗粒，然而随着泄流面积的增加，流体流速大幅下降，颗粒快速沉降于裂缝底部(专利cn 102159797 a)。另一方面，压裂液中使用的高分子化合物随同清水进入地层，粘度增大，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，导致储层渗流能力的下降。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的不足之处，本发明的目的是提供一种膨胀材料组合物和自增粘颗粒以及自增粘颗粒的制备方法。

2、为了实现上述目的，本发明第一方面，提供一种膨胀材料组合物，该组合物包括丙烯酸-丙烯酰胺共聚物和三种助剂材料。

3、所述丙烯酸-丙烯酰胺共聚物中丙烯酸分子片段和丙烯酰胺分子片段物质的量的比值在15:85至35:65之间；所述丙烯酸-丙烯酰胺共聚物可以是通过丙烯酸和丙烯酰胺共聚制得也可以通过丙烯酰胺自聚后在进行水解制得；所述丙烯酸-丙烯酰胺共聚物的分子量在800万至2200万之间；所述丙烯酸-丙烯酰胺共聚物的颗粒直径在300微米至40微米之间。

4、所述三种助剂包括尿素、硫脲和表面活性剂；尿素在组合物中的质量比在0.5％-4％，硫脲在组合物中的质量比在0.0％-2％，表面活性剂在组合物中的质量比在0.001‰-1‰；所述表面活性剂为阳离子、阴离子和非离子表面活性剂的一种或者两种，优选十二烷基苯磺酸钠、十二烷基硫酸钠、十六烷基三甲基溴化铵、平平加、土温以及op-10等。

5、本发明第二方面，提供一种自增粘颗粒，包括颗粒本体、树脂、固化剂和包覆在颗粒本体表面的膨胀材料组合物；该膨胀材料为本发明第一方面的膨胀材料组合物，经树脂和固化剂固定在所述颗粒本体上形成自增粘颗粒；所述颗粒本体与所述膨胀材料组合物的质量比为100:(0.2-4)；所述颗粒本体、树脂与固化剂的质量比为100:(0.2-5):(0.01-1)。

6、所述颗粒本体为石英砂、陶粒、玻璃颗粒、预固化覆膜颗粒和其他矿物颗粒中的至少一种；所述颗粒的粒径为1700微米-62微米。

7、所述树脂为酚醛树脂和环氧树脂中的至少一种；其中，所述酚醛树脂为热塑性酚醛树脂；所述的环氧树脂优选为双酚a型环氧树脂，更优选环氧树脂e-42(634)、e-35(637)、e-20(601)、e-12(604)、e-06(607)、e-03(609)中的一种或多种。

8、所述固化剂为选自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、酚醛胺和六次甲基四胺中的至少一种。

9、本发明第三方面，提供本发明第二方面的自增粘颗粒的制备方法，该方法包括：

10、(1)将颗粒本体和树脂在第一温度下混合均匀，其中，所述颗粒本体与树脂的质量比为100:(0.2-5)；

11、(2)将(1)所制备的混合物和膨胀材料组合物在第二温度下混合均匀，然后加入固化剂，以使所述膨胀材料组合物包覆在所述颗粒本体上，得到颗粒状的自增粘颗粒。其中所述颗粒本体、所述膨胀材料组合物与固化剂的质量比为100:(0.2-4):(0.1-1)。

12、所述第一温度为140-260℃；所述第二温度为100-160℃。

13、本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

技术特征：

1.一种膨胀材料组合物，其特征在于，具体为以下组分：丙烯酸-丙烯酰胺共聚物、尿素、硫脲和表面活性剂；

2.一种自增粘颗粒，其特征在于，所述自增粘颗粒包括颗粒本体、树脂、固化剂和包覆在所述颗粒本体表面的膨胀材料组合物；所述膨胀材料组合物为权利要求1所述的膨胀材料组合物，所述膨胀材料组合物经树脂和固化剂固定在所述颗粒本体上形成自增粘颗粒；所述颗粒本体与所述膨胀材料组合物的质量比为100:(0.2-4)；所述颗粒本体、树脂与固化剂的质量比为100:(0.2-5):(0.01-1)；

3.根据权利要求2所述的自增粘颗粒，其特征在于，所述颗粒本体为选自石英砂、陶粒、玻璃颗粒、覆膜砂、覆膜陶粒和其他矿物颗粒中的至少一种；所述颗粒的粒径为1700微米-62微米。

4.根据权利要求2所述的自增粘颗粒，其特征在于，所述树脂为选自酚醛树脂和环氧树脂中的至少一种；所述固化剂为选自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、酚醛胺和六次甲基四胺中的至少一种。

5.权利要求2-4任意一项所述的自增粘颗粒的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

技术总结
本发明公开了一种自增粘颗粒用膨胀材料组合物，该组合物包括丙烯酸‑丙烯酰胺共聚物和三种助剂材料，其中丙烯酸‑丙烯酰胺共聚物中丙烯酸分子片段和丙烯酰胺分子片段物质的量的比值在15:85至35:65之间，三种助剂包括尿素、硫脲和表面活性剂。同时公开了采用该膨胀材料组合物制备的自增粘颗粒的制备方法。本发明膨胀材料组合物制备的自增粘颗粒，可以作为油气田开发中充填防砂和压裂增产的颗粒，其与水混合后即可增加液体的粘度同时表面层膨胀水化，并悬浮于水中。混合而成的液固混合物可以应用于油气田开发充填防砂和压裂增产作业，其颗粒悬浮时间长，在泵入填充层的过程中能够有效减少砂堵，输送的距离更远，大大增加油气井的采收率。

技术研发人员：王中学
受保护的技术使用者：北京化科开源新材料科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13