[发明专利]一种自悬浮支撑剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及石油开发领域，具体涉及一种自悬浮增黏型支撑剂及其制备方法。

背景技术

水力压裂是油气井增产、水井增注的重要措施，特别随着低渗透油气藏的大量开发，水力压裂技术应用日趋广泛。水力压裂的原理是利用高于地层破裂压力的泵注压力，使得地层形成人造裂缝，并沟通天然裂缝，从而形成对地层流体或入井流体较高的导流能力，并最终大幅度提升油气井产量或注水能力。

在这一技术中，压裂支撑剂对压后产生的人工裂缝的高导流能力发挥着重要作用。其作用原理是通过高黏度的压裂液将支撑剂携带进入由于压裂产生的人工裂缝，在停止压裂泵注后，即使在井底压力降低到小于地层闭合压力时，由支撑剂起到支撑地层裂缝仍然保持开发状态，从而使得井筒与地层深处仍保持较好的连通状态，起到高导流通道的作用。

从20世纪50～60年代开始，先后出现了金属、塑料、核桃壳、玻璃等材料制成的压裂支撑剂，但由于其自身不可克服的缺陷导致已被淘汰。目前所使用的支撑剂主要是石英砂、陶粒和覆膜支撑剂。石英砂具有密度相对较低，且天然易得，价格低廉等优势，但由于承压能力较差、易于破碎、圆度、球度和表面光洁度低等缺点，仅在浅井、低闭合压力油气层使用。对于埋藏较深油气藏，由于地层压力高,温度也较高,主要使用高密度、高强度的陶粒支撑剂。特别是目前,埋藏更深、温度更高的具有丰富储量的低渗透油气藏将是我国油气田提升产量的主战场。这就给高强度的压裂支撑剂提供了更多的市场需求。

高强度的支撑剂，一般都具有较高的密度。在深井、超深井施工过程中，对携带支撑剂的压裂液提出更高要求，特别是对压裂用稠化剂的性能提出更苛刻要求，要求其具有更好的耐温耐剪切能力、优良的破胶效果。这就最终导致作业成本大幅上升，而且由于压裂液返排性能差导致的渗流通道堵塞，降低了压裂改造效果。

采用一种自悬浮支撑剂，即支撑剂利用本身特点就可以在清水中悬浮，无需添加常规压裂过程中制备携砂液所需要的增稠剂，同时也就省去了常规压裂的配液程序和设备，缩短了整体施工时间，也降低了由于压裂液返排差导致的对储层的伤害以及作业成本。

现有技术中的支撑剂的工艺条件涉及多次升温、降温，且助剂大多为直接加入到骨料中，期望通过搅拌达到均匀状态；同时，为了防止自悬浮支撑剂的结块，需加入抗结块剂，以及为了达到更优效果需加入更多助剂，程序复杂。此外，现有的自悬浮支撑剂的生产方式能耗高、不能连续生产、产品容易固结成团，质量不稳定；且有机物质会从表面脱落溶解在水中，导致水溶液黏度增高，同时温度对其沉降时间有影响，温度升高，沉降时间缩短。

因此，针对目前自悬浮支撑剂制备技术存在的问题，该领域仍有较大的改进提升余地。而性能优良的自悬浮支撑剂研发，包括配方改进以及制备过程优化，都无疑会对现有的水力压裂技术在简化水力压裂操作、设备数量、生产安全，以及最终表现出的经济和环境效益，都将产生重要影响。

发明内容

针对现有支撑剂及自悬浮支撑剂制备技术存在的缺点，本发明提供了一种增黏型自悬浮支撑剂及制备方法。本发明的增黏型自悬浮支撑剂在常温条件下，能够快速增黏(例如8min就可以在自来水中表现出较好的悬浮状态)，结构稳定，在高温和高矿化度水下也具有良好的增黏效果(例如，在温度高于100℃的条件下，在水中仍具有良好的悬浮能力，且矿化度为5.0×10³mg/L的水样对其自悬浮功能影响较小)。

根据本发明的一个方面，提供了一种自悬浮支撑剂，包括：在经偶联剂改性的支撑剂骨料上接枝水性增黏型高分子材料。

根据本发明的自悬浮支撑剂，通过硅烷偶联剂的作用，在支撑剂骨料和水性增黏型高分子材料通过化学键连接起来，连接牢固，在使用过程中不会脱离，且水性增粘性高分子材料能够遇水快速增黏。根据本发明的自悬浮支撑剂，能够遇水快速增黏，自悬浮能力好，结构稳定，在高温和高矿化度的水中，也能够实现自悬浮状态。