一种降低石英砂体积密度的组合物及其制备工艺的制作方法

本发明属于石英砂支撑剂，具体涉及一种降低石英砂体积密度的组合物及其制备工艺。

背景技术：

1、在现有的压裂体系中，支撑剂是一种必不可少的组分，它随着压裂液进入裂缝起支撑裂缝，避免裂缝闭合的作用。目前应用于压裂支撑剂的材料主要包括石英砂、陶粒和覆膜砂，其中石英砂占整个压裂支撑剂市场的80%以上。随着非常规油气田的开发，石英砂的用量越来越多，与陶粒和覆膜砂相比，石英砂以其价格低廉成为油气田开发的主力材料。石英砂是天然产物，体积密度是其本身固有性质很难改变，而体积密度直接影响了压裂改造的填充强度以及支撑剂在裂缝中的填充高度。体积密度越小，支撑剂在裂缝中的填充高度越大，相同加砂强度的情况下，裂缝的有效填充越高，越有利于油气井的改造效果。为此，有必要开发一种低体积密度的石英砂。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种降低石英砂体积密度的组合物及其制备工艺，以解决上述天然产物石英砂作为支撑剂时其体积密度较高的问题。

2、为实现上述目的，本发明第一方面提供了一种降低石英砂体积密度的组合物，组合物按照重量份数包括40-70目的活化石英砂800-1200份、改性环氧树脂8-10份、粉料30-50份、固化剂1-3份和硬脂酸钙0.5-1.5份。

3、优选的，粉料为石英砂粉或核桃壳粉，粉料的粒径为400目。

4、优选的，活化石英砂为通过硅烷偶联剂表面改性的石英砂。

5、优选的，改性环氧树脂为有机硅环氧树脂，有机硅环氧树脂为1,4-丁二醇、马来酸酐、羟基硅油和氧化剂反应而成。

6、本发明第二方面提供了一种降低石英砂体积密度的组合物的制备工艺，包括以下步骤：

7、（1）制备活化石英砂和改性环氧树脂；

8、（2）将活化石英砂加热到200-250℃，加入搅拌釜降温至180-230℃，之后加入改性环氧树脂搅拌15-30s得到混合物；

9、（3）混合物中加入粉料搅拌15-30s，加入固化剂搅拌30-60s，加入硬脂酸钙搅拌15-30s，出锅、冷却、过筛得到组合物。

10、优选的，步骤（1）中活化石英砂的具体制备方法为：

11、s1：将硅烷偶联剂加入到乙醇水溶液中并混合均匀，其中乙醇水溶液中无水乙醇与水的体积比为9：1，用草酸调节ph值至3-4得到偶联剂溶液；

12、s2：将偶联剂溶液以雾化法加入到高速加热混合机中，石英砂与其进行反应，使硅烷偶联剂与石英砂形成稳定和牢固的共价键结合得到活化石英砂。

13、优选的，步骤s2中的反应时间为5-10min，温度为100-130℃

14、优选的，步骤（1）中改性环氧树脂的具体制备方法为：

15、a：马来酸酐和1,4-丁二醇进行酯化反应得到中间产物a；

16、b：中间产物a中加入羟基硅油进行酯化反应得到中间产物b；

17、c：中间产物b和氧化剂进行环氧化反应得到改性环氧树脂，即有机硅环氧树脂。

18、优选的，步骤a中马来酸酐和1,4-丁二醇的摩尔比为2:1，反应温度为70℃，催化剂为三氯化铝，时间为2h；

19、步骤b中中间产物a与羟基硅油的摩尔比为1:2，反应温度为70℃，催化剂为浓硫酸，时间为6h；

20、步骤c中中间产物b和氧化剂的摩尔比为1:2，氧化剂为间氯过氧化苯甲酸，将氧化剂缓慢滴加入冷却至室温的所述中间产物b中后，升温至30℃，并在该反应温度下反应3h，减压蒸馏得到改性环氧树脂。

21、本发明第三方面提供了一种降低石英砂体积密度的组合物在制备支撑剂中的应用。

22、因此，本发明采用上述结构的一种降低石英砂体积密度的组合物及其制备工艺，具有以下有益效果：

23、通过对石英砂进行表面处理，在石英砂表面形成人造的微纳凸起，在不影响圆球度的情况下，使得石英砂堆积体积增大，进而降低其体积密度。经过处理后石英砂的体积密度从1.5g/cm3降低到1.4g/cm3以下，降低幅度超过6%。

24、下面通过实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

技术特征：

1.一种降低石英砂体积密度的组合物，其特征在于，组合物按照重量份数包括40-70目的活化石英砂800-1200份、改性环氧树脂8-10份、粉料30-50份、固化剂1-3份和硬脂酸钙0.5-1.5份。

2.根据权利要求1所述的一种降低石英砂体积密度的组合物，其特征在于，粉料为石英砂粉或核桃壳粉，粉料的粒径为400目。

3.根据权利要求1所述的一种降低石英砂体积密度的组合物，其特征在于，活化石英砂为通过硅烷偶联剂表面改性的石英砂。

4.根据权利要求1所述的一种降低石英砂体积密度的组合物，其特征在于，改性环氧树脂为有机硅环氧树脂，有机硅环氧树脂为1,4-丁二醇、马来酸酐、羟基硅油和氧化剂反应而成。

5.根据权利要求1-4任一项所述的一种降低石英砂体积密度的组合物的制备工艺，其特征在于，包括以下步骤：

6.根据权利要求5所述的一种降低石英砂体积密度的组合物的制备工艺，其特征在于，步骤（1）中活化石英砂的具体制备方法为：

7.根据权利要求6所述的一种降低石英砂体积密度的组合物的制备工艺，其特征在于，步骤s2中的反应时间为5-10min，温度为100-130℃。

8.根据权利要求5所述的一种降低石英砂体积密度的组合物的制备工艺，其特征在于，步骤（1）中改性环氧树脂的具体制备方法为：

9.根据权利要求8所述的一种降低石英砂体积密度的组合物的制备工艺，其特征在于，步骤a中马来酸酐和1,4-丁二醇的摩尔比为2:1，反应温度为70℃，催化剂为三氯化铝，时间为2h；

10.一种权利要求1~4任一项所述的的一种降低石英砂体积密度的组合物在制备支撑剂中的应用。

技术总结
本发明公开了一种降低石英砂体积密度的组合物及其制备工艺，组合物按照重量份数包括40‑70目的活化石英砂800‑1200份、改性环氧树脂8‑10份、粉料30‑50份、固化剂1‑3份和硬脂酸钙0.5‑1.5份。本发明采用上述结构的一种降低石英砂体积密度的组合物及其制备工艺，通过对石英砂进行表面处理，在石英砂表面形成人造的微纳凸起，在不影响圆球度的情况下，使得石英砂堆积体积增大，进而降低其体积密度。经过处理后石英砂的体积密度从1.5g/cm3降低到1.4g/cm3以下，降低幅度超过6%。

技术研发人员：赵瑞东,王中学,赵伟,张彦成,郭建伟,吴金兴,赵岩
受保护的技术使用者：承德东伟新材料科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15