[发明专利]自聚集自悬浮支撑剂及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种自聚集自悬浮支撑剂，包括：在经偶联剂改性的骨料上接枝水性自愈合自聚集性高分子材料。本发明还提供了上述水性自愈合自聚集性高分子材料的制备方法。本发明提供的自聚集自悬浮支撑剂，能够遇水快速溶胀或膨胀，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；同时在压裂液的水相环境中，不同粒径的支撑剂颗粒间可抱团形成相对稳固的结构，可实现支撑剂在裂缝内的聚集效应，以解决常规自悬浮支撑剂的局限性。

技术领域

本发明涉及一种自聚集自悬浮支撑剂及其制备方法和应用。

背景技术

目前，自悬浮支撑剂已在一定程度上得到了应用，并取得了比常规支撑剂更高的增产效果。这种自悬浮支撑剂是在常规支撑剂的表面上，覆膜一层或数层高分子材料，在压裂液的水相环境中可以舒展形成一定的阻力效应，阻止支撑剂沉降或大幅度降低支撑剂的沉降效应。进而带来的效果是不但增加了支撑剂在裂缝缝高上的悬浮效率，提供了裂缝的支撑面积及体积，更重要的是可防止砂堵效应，即使在黏度接近清水的低黏度滑溜水中也可进行相对高砂液比的施工作业。此外，还具有一个显著的优势是与压裂液的流动跟随性好，特别是在转向支裂缝及微裂缝系统中，只要支撑剂的粒径选择得当，压裂液波及到的地方，支撑剂基本上可同步波及到，从而最大限度地将压裂液的造缝改造体积转换为有效的裂缝改造体积。

但上述支撑剂在深层砂岩或页岩的压裂改造中，仍存在一定的局限性，如由于不同尺度的裂缝造缝宽度都相对较窄，如何提高相应尺度裂缝的导流能力至关重要，为此，国外提出了高通道压裂技术，所谓高通道压裂技术，主要采用段塞式加砂技术，并采用全程拌注线性纤维的方法，实现支撑剂在裂缝内的聚集效应。但纤维对支撑剂的聚集效应相对较弱，尤其是经过孔眼的高剪切速率之后，聚集效应会大幅度降低。因此，需要研究提出一种同时具有自聚集及自悬浮效应的支撑剂，以解决上述局限性。

发明内容

本发明的发明人在自悬浮支撑剂表面覆膜的高分子材料研发的基础上，进一步进行分子结构改性，制备得到了一种自聚集自悬浮支撑剂，其具有自愈合功能，同时具备自聚集效应。在本发明的自聚集自悬浮支撑剂中，具有自聚集效应的基团主要有酚基等，此外，酚基与类似疏水缔合聚丙烯胺的主链之间也具有自聚集效应。

根据本发明提供的自聚集自悬浮支撑剂，通过硅烷偶联剂的作用，将支撑剂骨料和水性自愈合自聚集性高分子材料通过连接起来，水性自愈合自聚集性高分子材料能够遇水快速溶胀或膨胀，含有酚基及硼酸基团在适当的PH下随温度的增加能自发聚集。根据本发明的自聚集自悬浮支撑剂，能够遇水快速溶胀或膨胀，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；同时在压裂液的水相环境中，不同粒径的支撑剂颗粒间可抱团形成相对稳固的结构，可实现支撑剂在裂缝内的聚集效应，以解决常规自悬浮支撑剂的局限性。

在第一方面，本发明提供了一种水性自愈合自聚集性高分子材料，其包括式I所示的第一单体、式II所示的第二单体、式III所示的功能单体和式IV所示的疏水单体在交联剂和引发剂作用下的聚合反应产物，

式I中，R₁-R₃相同或不同，各自独立选自氢和C1-C6烷基，优选选自氢、甲基、乙基、正丙基和异丙基；

式II中，R₅-R₈相同或不同，各自独立选自氢和C1-C6烷基，优选选自氢、甲基、乙基、正丙基和异丙基；

式III中，R₉-R₁₃相同或不同，各自独立选自氢和C1-C6烷基，优选选自氢、甲基、乙基、正丙基和异丙基，R₁₄选自C1-C6烷基，优选选自甲基、乙基、正丙基和异丙基；