自悬浮支撑剂及其制备和施工方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及流体矿开采领域，特别是指一种自悬浮支撑剂及其制备方法、以及油 气田水力压裂施工方法。
【背景技术】
[0002] 在流体矿（气、油、热水等）的开采过程中，为了获得高产，常借用液体传导力（如 水力等）进行压裂施工。压裂的过程是在地面采用高压大排量的泵，利用液体传压的原理， 将具有一定粘度的液体（通常称之为压裂液），以大于储层的吸收能力的压力向储层注入， 并使井筒内压力逐渐升高，从而在井底憋起高压，当此压力大于井壁附近的地应力和地层 岩石的抗张强度时，便在井底附近的地层产生裂缝；继续注入带有支撑剂的压裂液（又称 携砂液），裂缝向前延伸并被填以支撑剂，关井后裂缝闭合在支撑剂上，从而在井底附近地 层内形成具有一定几何尺寸和高导流能力的填有支撑剂的裂缝（石油等流体可从支撑剂 的间隙中导流而出），使井达到增产增注的目的。
[0003] 支撑剂由压裂液带入并支撑在压裂地层的裂缝中，从而有效地将油气导入油气 井，大幅度提高油气产量和延长油井寿命。支撑剂为具有一定粒度和级配的天然砂或人造 高强陶瓷颗粒等，砂粒或陶粒表面常涂覆树脂，以进一步提高支撑剂的强度和导流性能。
[0004] 压裂液用于将储层压裂并将支撑剂携带送入储层裂缝，它需要具有低摩阻、滤失 量小、污染小、携砂能力强等特性。低摩阻能够使得压裂液更容易被送入井底。压裂液到达 井底进入储层后，会有一定程度的滤失，为减少滤失，并提高携砂能力，压裂液中通常添加 有高分子增稠剂等有机分子，然而这些有机分子会随着压裂液的滤失对储层造成伤害，使 储层导油能力下降，从而污染储层。
[0005] 并且，目前压裂液一般需要提前将高分子增稠剂混入并搅拌均匀，然后长时间放 置（短则1-2小时，长则24小时左右）之后，再加入支撑剂，才能进行压裂施工，时间较长， 施工不便；另外，压裂液成本不菲，因此，本领域人员一直致力于寻求一种施工方便、成本 低、污染小的压裂施工方式。
【发明内容】
[0006] 本发明要解决的技术问题是提供一种自悬浮支撑剂及其制备方法、以及油气田水 力压裂施工方法，它施工方便、成本低、污染小。
[0007] 为解决上述技术问题，本发明提供技术方案如下：
[0008] -方面，提供一种油气田水力压裂施工方法，其是向体积份100份天然水中添加 5-60份自悬浮压裂支撑剂，形成支撑剂悬浮液，然后将所得支撑剂悬浮液输送到矿藏的岩 层中。
[0009] 具体地，包括步骤：
[0010] 1)以冻胶、线性胶、滑溜水或者天然水中的一种作为前置液，利用高压泵车泵入前 置液并压裂目标储层，形成初期的地质裂缝；
[0011] 2)在混砂罐车中持续加入天然水作为携砂液，边加入自悬浮支撑剂边搅拌，形成 天然水和支撑剂体积比为100 :5-60的悬浮液；
[0012] 3)利用高压泵车把悬浮液继前置液后连续泵入初期形成的地质裂缝中，从而使所 述初期地质裂缝不断延伸，形成被支撑剂支撑的地质裂缝。
[0013] 进一步的，所述自悬浮支撑剂含有水溶性高分子材料，所述自悬浮支撑剂在常温 下与天然水混合后在水中膨胀并溶解，处于悬浮状态并在一定时间内维持该状态。
[0014] 进一步的，所述一定时间大于等于3分钟。
[0015] 进一步的，所述油气田所在的岩层是稠油油藏的岩层、页岩层、盐岩层、沉积岩层 中的一种。
[0016] 另一方面，提供一种自悬浮支撑剂，所述自悬浮支撑剂是在骨料上粘连至少一层 水溶性高分子材料形成，含有所述水溶性高分子材料的自悬浮支撑剂在常温下与天然水混 合后在水中膨胀并溶解，处于悬浮状态并在一定时间内维持该状态。
[0017] 进一步的，所述一定时间大于等于3分钟。
[0018] 进一步的，按重量百分比计，所述水溶性高分子材料的用量为骨料用量的0. 1~ I. 5wt % 〇
[0019] 进一步的，所述水溶性高分子材料通过粘结剂粘连在骨料上形成。
[0020] 进一步的，按重量百分比计，所述粘结剂的用量为骨料用量0. 1~0. 7wt %。
[0021] 进一步的，所述自悬浮支撑剂的尺寸为6-200目，形状为球形或近似球形；所述骨 料的尺寸为6-200目。
[0022] 进一步的，所述骨料为天然硬质颗粒或人造硬质颗粒。
[0023] 进一步的，所述天然硬质颗粒包括金属颗粒或天然砂，所述天然砂包括但不局限 于风积沙、河沙、海沙或其混合物；所述人造硬质颗粒为人工烧制或合成的树脂材料，包括 但不局限于陶粒、覆膜砂、覆膜支撑剂、玻璃微球、烧结铝土矿、烧结氧化铝、烧结氧化锆、合 成树脂或其混合物。
[0024] 进一步的，所述水溶性高分子材料选自聚已酸内酯、胍胶、聚乙酸乙烯酯、聚乙烯 醇和聚丙烯酰胺中的一种或多种。
[0025] 进一步的，所述胍胶为羟丙基胍胶和/或羧甲基羟丙基胍胶。
[0026] 进一步的，所述聚丙烯酰胺为阴离子聚丙烯酰胺。
[0027] 进一步的，所述粘结剂选自酚醛树脂、环氧树脂、不饱和聚酯树脂中的任意一种或 多种。
[0028] 进一步的，所述酚醛树脂为热塑性酚醛树脂和/或热固性酚醛树脂。
[0029] 进一步的，所述环氧树脂使用环氧当量为0. 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)。
[0030] 进一步的，所述不饱和聚醋树脂为邻本型不饱和聚醋树脂、间本型不饱和聚醋树 月旨、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 ;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树脂型号为2608、902A3、Xm-l、Xm-2中的一种 或几种；双酚A型不饱和聚酯树脂型号为197、3301、323中的一种或几种。
[0031] 再一方面，提供一种自悬浮支撑剂的制备方法，包括如下步骤：
[0032] (1)向骨料中加入粘接剂，粘结剂为液态树脂，并充分搅拌，使液态树脂均匀分布 于骨料表面，所述液态树脂为树脂和相应可挥发溶剂的混合物；
[0033] (2)在所述液态树脂凝固之前，逐步加入水溶性高分子材料，并充分搅拌；
[0034] (3)待上述步骤（2)中的混合物固化后，破碎、筛分得到在骨料上粘连至少一层水 溶性高分子材料的自悬浮支撑剂；
[0035] 其中，所述骨料为天然硬质颗粒或人工烧制的硬质颗粒。
[0036] 进一步的，所述树脂选自酚醛树脂、环氧树脂、不饱和聚酯树脂中的任意一种或多 种，其中所述酚醛树脂为热塑性酚醛树脂和/或热固性酚醛树脂。
[0037] 又一方面，提供一种自悬浮支撑剂的制备方法，包括如下步骤：
[0038] (1)将骨料加热升温，然后降温至能够使树脂融化的合适温度；
[0039] (2)向加热后的骨料中加入粘接剂，粘结剂为树脂，并充分搅拌，使粘接剂均匀分 布于骨料表面；
[0040] (3)将上述步骤（2)中的混合物冷却，加入水溶性高分子材料，并充分搅拌；
[0041] (4)将上述步骤（3)中的混合物冷却、破碎、筛分得到在骨料上粘连至少一层水溶 性高分子材料的自悬浮支撑剂；
[0042] 其中，所述骨料为天然硬质颗粒或人工烧制的硬质颗粒。
[0043] 进一步的，所述步骤（1)中加热至200-300°C，降温至170-200°C;所述步骤（3)中 冷却至 100-150°C。
[0044] 进一步的，所述步骤（2)中树脂选自酚醛树脂、环氧树脂、不饱和聚酯树脂中的任 意一种或多种，其中所述酚醛树脂为热塑性酚醛树脂和/或热固性酚醛树脂。
[0045] 又一方面，提供一种自悬浮支撑剂的制备方法，包括如下步骤：
[0046] (1)将骨料加热升温，然后降温至能够使树脂融化的合适温度；
[0047] (2)向加热后的骨料中加入粘结剂，粘结剂为树脂，并充分搅拌，使粘结剂均匀分 布于骨料表面，然后加入相应固化剂并继续搅拌；
[0048] (3)将上述步骤（2)中的混合物冷却，加入水溶性高分子材料，并充分搅拌；
[0049] (4)将上述步骤（3)中的混合物冷却、破碎、筛分得到在骨料上粘连至少一层水溶 性高分子材料的自悬浮支撑剂；
[0050] 其中，所述骨料为天然硬质颗粒或人工烧制的硬质颗粒。
[0051] 进一步的，所述步骤（1)中加热至200-300°C，降温至170-200°C;所述步骤（3)中 冷却至 100-150°C。
[0052] 进一步的，所述步骤（2)中，所述树脂分别为a)环氧树脂，或b)不饱和聚酯树脂， 或c)热塑性和/或热固性酚醛树脂，相对应的，所述固化剂分别为a)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、高分子预聚体，b)过氧化酰类、过氧化脂，c) 多聚甲醛或六次甲基四胺。
[0053] 又一方面，提供一种自悬浮支撑剂的制备方法，包括如下步骤：
[0054] (1)将骨料加热升温，然后降温至能够使树脂融化的合适温度；
[0055] ⑵向加热后的骨料中加入粘结剂，粘结剂为树脂，并充分搅拌，使粘结剂均匀分 布于骨料表面，然后加入水溶性高分子材料，并充分搅拌，最后加入相应固化剂并继续搅 拌；
[0056] (3)将上述步骤（2)中的混合物冷却、破碎、筛分得到在骨料上粘连至少一层水溶 性高分子材料的自悬浮支撑剂；
[0057] 其中，所述骨料为天然硬质颗粒或人工烧制的硬质颗粒。
[0058] 进一步的，所述步骤（1)中加热至200-300°C，降温至170-200°C;所述步骤（2)中 加入水溶性高分子材料之前降温至100-150°C。
[0059] 进一步的，所述步骤（2)中，所述树脂分别为a)环氧树脂，或b)不饱和聚酯树脂， 或c)热塑性和/或热固性酚醛树脂，相对应的，所述固化剂分别为a)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、高分子预聚体，b)过氧化酰类、过氧化脂，c) 多聚甲醛或六次甲基四胺。
[0060] 又一方面，提供一种自悬浮支撑剂的制备方法，包括如下步骤：
[0061] (1)将骨料加热升温，然后降温至能够使树脂融化的合适温度；
[0062] (2)向加热后的骨料中加入粘结剂，粘结剂为树脂，并充分搅拌，使粘结剂均匀分 布于骨料表面，然后加入相应固化剂并继续搅拌；
[0063] (3)将上述步骤（2)中的混合物冷却，加入水溶性高分子材料，并充分搅拌，然后 再加入与上述步骤（2)中相同的粘接剂并继续搅拌；
[0064] (4)将上述步骤（3)中的混合物冷却、破碎、筛分得到在骨料上粘连至少一层水溶 性高分子材料的自悬浮支撑剂；
[0065] 其中，所述骨料为天然硬质颗粒或人工烧制的硬质颗粒。
[0066] 进一步的，所述步骤（1)中加热至200-300