[发明专利]预固化树脂覆膜支撑剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及化学领域，特别涉及油气田领域中使用的预固 化树脂覆膜支撑剂及其制备方法。

背景技术

在油气田勘探开发过程中，尤其是低渗、特低渗油气田的 勘探和开发和老油气井的改造中，压裂已经成为增产与提高采 收率的主要手段。

目前国外压裂工艺所用的支撑剂主要以石英砂、陶粒和树 脂覆膜支撑剂为主，而国内压裂工艺仍以石英砂和陶粒为主。 石英砂主要应用于浅层低闭合压力井的压裂作业，陶粒主要应 用于中深井压裂工艺，陶粒虽然解决了石英砂强度低的问题， 但由于其密度大、成本高、施工风险高等因素，难以满足日益 增长的压裂工艺技术的要求。树脂覆膜支撑剂综合了石英砂和 陶粒的优点，施工方便，导流能力强，不仅用于压裂支撑，而 且可防止地层出砂和防止支撑剂返吐。

在国外，二十世纪八十年代出现了预固化树脂覆膜石英砂。 这是根据石英砂抗压强度低和导流能力差而研制的在石英砂表 面覆膜一层酚醛树脂、呋喃树脂、环氧树脂将其固化的新型支 撑剂，虽然这种产品颗粒间无键合作用，但它的抗破碎能力比 石英砂高、圆度和球度得到改善、密度比石英砂小、酸溶解度 大大降低、导流能力得到提高。用于压裂支撑，代替石英砂和 部分陶粒。其代表性的产品是美国Santrol公司生产的Tempered LC、Tempered DC及Borden公司生产的AcFracPR。到了90年代， 树脂覆膜支撑剂已形成了系列产品，在美国及南美许多油气井 中采用此类支撑剂，以满足各种油气井的使用需要。Borden公 司最新开发的XRT Ceramax系列支撑剂是用陶粒覆膜而成的高 强度产品，专门针对高温高压反复开停的气井而研制。2003年 美国BJ公司推出两种超低密度支撑剂，先用核桃壳、杏壳加工 成符合要求的颗粒物，再覆膜制超低密度支撑剂，视密度仅为 1.25g·cm^-3，温度在79℃时可承受闭合压力为41.4MPa；用多孔 陶粒覆膜，其视密度在1.75-1.90g·cm^-3之间，温度在135℃时可 承受闭合压力为55.2MPa。总之，预固化树脂覆膜支撑剂目前 国外成功地用于浅、中、深的各种油气井的水力压裂中，效果 均佳。

预固化树脂覆膜支撑剂所用的粘结剂为热塑性或热固性酚 醛树脂、环氧树脂和/或呋喃树脂等，骨料为石英砂、陶粒、坚 果壳等。生产工艺为对热骨料快速搅拌覆膜树脂并进行固化(如 USP4443347、USP4585064、CN1329420C)。这些专利都未涉及： 一方面骨料在快速搅拌过程中，容易摩擦产生静电火花，该火 花容易引发胶粘剂易燃成分着火，发生火灾。同时，覆膜完的 支撑剂在冷却过程中，覆膜过程快速搅拌产生的尘埃由于静电 吸引吸附在支撑剂的表面，不易除去，造成树脂覆膜支撑剂的 浊度增大；另一方面，在油气田压裂施工过程中，由于树脂覆 膜支撑剂产生的静电效应，引起对施工设备和运送管道的磨损 加大(SPE90604)。

CN1329420C专利在覆膜石英砂时，添加外增塑剂改变树脂 的韧性，提高抵抗破碎的能力。添加这种外加增塑剂实验测试 破碎率确实下降，但它降低了树脂的玻璃化转变温度，同时在 油气井中这种增塑剂容易抽出，造成树脂薄膜的耐水性大幅下 降，反而造成对实际使用条件下的树脂覆膜石英砂的抗破碎能 力下降。该专利实施例4和例5，树脂含量高达10～15％，如此 高树脂含量一步法加入混砂机，在加入固化剂固化时，固化到 一定程度时由于阻力太大搅拌浆会憋住，无法实现，同时如此 高树脂即使实验室作些小样，也无使用价值。过高含量的树脂 覆膜支撑剂在地层应力作用下，产生大变形，堵塞空隙，影响 导流，达不到压裂施工的效果。

热塑性或热固性酚醛树脂、环氧树脂和/或呋喃树脂等树脂 固化成型后，这些材料的体积电阻率都非常高，约在10¹²～ 10²⁰Ω·cm的范围，这作为电绝缘材料是非常良好的。但作为支 撑剂表面覆膜的增强材料，会产生静电危害。通常树脂材料用 乙炔炭黑作为抗静电剂，用量在树脂重量的10％以上才能不产 生静电，这么高的炭黑含量，将会影响树脂膜对骨料的附着力， 影响支撑剂的最终抗破碎能力。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对上述技术缺陷提供一种预 固化树脂覆膜支撑剂，该支撑剂能够抗静电且具有耐水性。

本发明采取的技术方案是：