CN105086987B - 纤维表面处理剂及其制备方法和使用方法与压裂液用纤维 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种纤维表面处理剂及其制备方法和使用方法与压裂液用纤维。该纤维表面处理剂的组成为亲水油剂5‑30％(重量百分比)、偶联剂0‑2％、表面活性剂0.2‑2％、助剂0.05‑10％、稠化剂0.1‑0.8％和水余量。该处理剂的制备方法为：将亲水油剂、偶联剂、表面活性剂、稠化剂、助剂和水在10‑50℃、常压下混合2‑4h后，得到该处理剂。该处理剂的使用方法为：采用纤维表面处理剂对纤维进行喷涂、浸渍、淋潮湿处理，放干后使用。采用该纤维表面处理剂处理后的纤维在水基压裂液中容易亲水、下沉、均匀分散，能提高压裂液携砂性，实现压裂均匀铺“砂”，防止支撑剂回流，形成高效通道，从而提高裂缝的导流效果。
Description
技术领域
本发明属于石油勘探开发增产增注强化采油领域的压裂酸化技术领域，具体涉及一种纤维表面处理剂及其制备方法和使用方法，以及一种采用该纤维表面处理剂处理后的压裂液用纤维。
背景技术
纤维压裂技术是压裂过程中，在压裂液中添加一定量的纤维，依靠均匀分散的纤维形成的网状互绕结构来固定支撑剂，以提高压裂液的携砂性能，使支撑剂在裂缝内均匀铺置，减少地层吐砂，防止支撑剂回流，及形成高效通道从而提高压裂改造效果的一种实用技术。
国内外页岩气压裂技术推动了纤维压裂技术的发展。辽河油田公司从1995年开始研究纤维压裂技术，进行了3种类型纤维的10多口井次的纤维压裂试验，取得了压裂施工成功的施工效果，在压裂施工过程中加入纤维，纤维出现漂浮在压裂液表面，打团等不易分散、缠绕搅拌桨、堵塞设备等现象的问题。
目前国内没有为压裂生产纤维的企业，也没有为满足国内纤维压裂施工需求对纤维表面进行表面处理的报道和专利。而纤维在水基压裂液中存在上浮、成团、不易分散等问题，因此，研发出一种纤维表面处理剂，使经处理后的纤维不再存在上述问题，成为本领域亟待解决的问题之一。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种纤维表面处理剂及其制备方法和使用方法。采用该纤维表面处理剂处理后的纤维，在水基压裂液中容易亲水、下沉、均匀分散。
本发明的目的还在于提供一种压裂液用纤维。该纤维为采用上述的纤维表面处理剂处理后的纤维。
为达到上述目的，本发明提供了一种纤维表面处理剂，以重量百分比计，其原料组成包括：亲水油剂5％-30％、偶联剂0％-2.0％、表面活性剂0.2％-2.0％、助剂0.05％-10.0％、稠化剂0.1％-0.8％以及水余量。
在上述的纤维表面处理剂中，优选地，所述亲水油剂包括亲水硅油剂、亲水自乳化硅油、亲水双氨基硅油和聚醚改性硅油等中的一种或几种的组合。若所述亲水油剂包括上述物质中的两种以上，则它们可以任意比例混合使用。
在上述的纤维表面处理剂中，优选地，以所述纤维表面处理剂的总重量为基准，所述偶联剂的用量为0.05％-2.0％。
在上述的纤维表面处理剂中，优选地，所述偶联剂包括硅烷偶联剂和/或有机硅偶联剂等。若所述偶联剂包括上述物质中的两种以上，则它们可以任意比例混合使用。
在上述的纤维表面处理剂中，优选地，所述表面活性剂包括Span60、Span65、Span80、NP-10、OP-6、OP-10、Tween60、Tween80、氟碳表面活性剂、烷基酚聚氧乙烯醚、琥珀酸二异辛酯磺酸钠、月桂基硫酸钠和N,N-二甲基十二烷基胺丙基磺酸内铵盐等中的一种或几种的组合。若所述表面活性剂包括上述物质中的两种以上，则它们可以任意比例混合使用。
在上述的纤维表面处理剂中，优选地，所述助剂包括醇、醚和醇醚中的一种或几种的组合；更优选地，所述助剂包括丙二醇、丙三醇、乙醇、乙二醇、叔丁醇、丙醇、硅醇、丁醚和乙二醇丁醚等中的一种或几种的组合。若所述助剂包括上述物质中的两种以上，则它们可以任意比例混合使用。
在上述的纤维表面处理剂中，优选地，所述稠化剂包括植物胶(如瓜胶)及其衍生物和可溶性淀粉及其衍生物等中的一种或几种的组合。若所述稠化剂包括上述物质中的两种以上，则它们可以任意比例混合使用。
在上述的纤维表面处理剂中，所述的水可以为纯净水、去离子水、蒸馏水或其他可用于压裂液配制的水。
在上述的纤维表面处理剂中，所述的亲水油剂、偶联剂、表面活性剂、助剂、稠化剂等包括的具体物质均可以由商购获得。
本发明提供的纤维表面处理剂主要由亲水油剂、偶联剂、润湿性表面活性剂、助剂、稠化剂和水组成，其可用于纤维表面的亲水处理。通过该纤维表面处理剂的喷涂和/或浸渍等处理后，纤维容易润湿并且纤维表面具有亲水特征、在压裂液中分散的特点。该纤维表面处理剂能够克服现有纤维在水基压裂液中上浮、成团、不易分散的问题，使处理后的纤维在水基压裂液中容易亲水、下沉、均匀分散，进而提高压裂液的携砂性，实现压裂均匀铺“砂”，防止支撑剂回流，形成高效通道，从而提高裂缝的导流效果。
本发明还提供了一种上述的纤维表面处理剂的制备方法，其包括以下步骤：将所述亲水油剂、偶联剂(若纤维表面处理剂的原料组成不包括偶联剂，则不添加该物质)、表面活性剂、稠化剂、助剂和水在10-50℃(优选为10-40℃)、常压下，混合2-4h，待均匀后，得到所述的纤维表面处理剂。
本发明还提供了上述的纤维表面处理剂的使用方法，其包括以下步骤：采用所述纤维表面处理剂对待处理的纤维进行喷涂和/或浸渍和/或淋潮湿处理，将处理后的纤维放干后使用。
在上述的使用方法中，优选地，所述纤维表面处理剂的使用量为待处理的纤维的重量的5％-20％。
在上述的使用方法中，优选地，所述待处理的纤维包括压裂现场使用的短纤维、出厂前的短纤维和未经切割的长纤维等中一种或几种的组合。纤维表面处理剂处理的纤维对象可以为可用于压裂的短切纤维、长纤维，纤维横切面形状可为圆形或异性纤维，纤维可为直纤维或卷曲纤维，纤维材料可为可降解纤维、可溶解纤维、非降解化学纤维、碳纤维、玻璃纤维等。
本发明提供的纤维表面处理剂除了可用于对压裂用的纤维进行处理之外，还可以用于对酸化、暂堵及固井等石油领域用纤维进行表面处理，经处理后的纤维能够快速被水基压裂液浸湿和分散，防止纤维在液体表面漂浮、打团、缠绕搅拌桨、堵塞设备等现象，实现纤维在液体中的均匀分散。
另一方面，本发明还提供了一种压裂液用纤维，该纤维为采用上述的纤维表面处理剂处理后的纤维。具体的处理方法可以包括喷涂和/或浸渍和/或淋潮湿处理等。将处理后的纤维放干后即可使用。处理前的纤维包括压裂现场使用的短纤维、出厂前的短纤维和未经切割的长纤维等中一种或几种的组合。纤维表面处理剂处理的纤维对象可以为可用于压裂的短切纤维、长纤维，纤维横切面形状可为圆形或异性纤维，纤维可为直纤维或卷曲纤维，纤维材料可为可降解纤维、可溶解纤维、非降解化学纤维、碳纤维、玻璃纤维等。
采用本发明提供的纤维表面处理剂对纤维表面进行亲水处理后，使得纤维在加入到压裂液的过程中能快速被水基压裂液浸湿和分散，防止纤维在液体表面漂浮、打团、缠绕搅拌桨、堵塞设备等现象，实现纤维在压裂液中的均匀分散。纤维在压裂液中均匀分散，可以提高压裂液的携砂能力，降低支撑剂的沉降速度、有利于压裂的均匀铺砂、可以防止支撑剂返排；并且可提高裂缝的导流能力；与喷砂技术结合可以形成高效通道从而提高压裂改造效果。
综上所述，本发明提供的纤维表面处理剂解决了纤维油井压裂因纤维在加入过程中在压裂液表面上浮、在压裂液中打团不易分散而带来的携砂效果差、堵塞混砂车液体出口，缠绕搅拌桨等施工问题，满足了现场施工要求。该纤维表面处理剂的应用，除提高压裂液携砂性能外，不影响压裂液其它性能，经济效益，社会效益显著，具有广阔的应用前景。通过室内评价表明，该纤维表面处理剂可以改善纤维的亲水性能，分散性能，使用浓度为10wt％以内，纤维在水中分散时间提高80％以上。在相同时间(6小时)携砂能力提高50％以上，具有良好的应用效果及应用前景。
附图说明
图1a为水滴在未用纤维表面处理剂处理的纤维表面的电镜图；
图1b为水滴在采用实施例1的纤维表面处理剂处理后的纤维表面的电镜图；
图1c为水滴在采用实施例1的纤维表面处理剂处理后的纤维表面的电镜图；
图2为采用实施例1的纤维表面处理剂处理后的纤维的压裂施工曲线。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和有益效果有更加清楚的理解，现对本发明的技术方案进行以下详细说明，但不能理解为对本发明的可实施范围的限定。
实施例1
本实施例提供了一种纤维表面处理剂，以重量百分比计，其原料组成包括：亲水硅油剂10％、硅烷偶联剂0.3％、Span600.15％、Tween800.8％、氟碳表面活性剂0.3％、乙二醇5.5％、可溶性淀粉0.3％以及去离子水余量。
该纤维表面处理剂是通过以下方法制备得到的：
按比例在去离子水中依次加入亲水硅油剂、硅烷偶联剂、Span60、Tween80、氟碳表面活性剂、乙二醇以及可溶性淀粉，在10-40℃、常压下，混合2h后，制得一定粘度的稳定乳化液，得到所述纤维表面处理剂。
实施例2
本实施例提供了一种纤维表面处理剂，以重量百分比计，其原料组成包括：亲水双氨基硅油7％、聚醚改性硅油3％、OP-100.5％、氟碳表面活性剂0.2％、月桂基硫酸钠0.6％、丙三醇5.0％、羟丙基瓜胶0.25％以及去离子水余量。
该纤维表面处理剂是通过以下方法制备得到的：
按比例在去离子水中依次加入亲水双氨基硅油、聚醚改性硅油、OP-10、月桂基硫酸钠、氟碳表面活性剂、丙三醇、羟丙基瓜胶，在30℃、常压下，混合2.5h后，制得一定粘度的稳定乳化液，得到所述纤维表面处理剂。
实施例3
本实施例提供了一种纤维表面处理剂，以重量百分比计，其原料组成包括：亲水硅油剂12％、硅烷偶联剂0.2％、NP-100.2％、Tween800.8％、氟碳表面活性剂0.2％、乙二醇2.0％、丙三醇5.0％、可溶性淀粉0.3％以及去离子水余量。
该纤维表面处理剂是通过以下方法制备得到的：
按比例在去离子水中依次加入亲水硅油剂、硅烷偶联剂、NP-10、Tween80、氟碳表面活性剂、乙二醇、丙三醇、可溶性淀粉，在30℃、常压下，混合2.5h后，制得一定粘度的稳定乳化液，得到所述纤维表面处理剂。
试验例1
采用实施例1提供的纤维表面处理剂用于辽河油田2014年10月12日施工的雷97井纤维压裂施工，施工前采用纤维重量5％的纤维表面处理剂对可降解短切聚酯纤维表面进行喷涂和浸渍处理，然后在25℃下放置24小时，晾干后使用。
图1a、图1b和图1c为雷97井用可降解纤维在纤维表面处理剂处理前后，水滴在纤维表面的电镜图对比图。图1a为水滴在未用纤维表面处理剂处理的纤维表面的电镜图，图1b和c为水滴在采用实施例1的纤维表面处理剂处理后的纤维表面的电镜图。由图1a可以看出，未处理的纤维的亲水性不佳；由图1b可以看出，采用实施例1的纤维处理剂处理后的纤维亲水；由图1c可以看出，采用实施例1的纤维处理剂处理后，水可润湿纤维。
试验例2
将采用实施例1的纤维表面处理剂处理前后的雷97井用可降解纤维(处理方法同试验例1)加入到去离子水中，观察纤维表面处理剂处理前后的纤维在水中的分散情况。通过观察看出，未用纤维表面处理剂处理的纤维在水中呈现上浮或打团的现象，而采用实施例1的纤维处理剂处理后的纤维经搅拌在1分钟内可完全浸入在水中并在水中分散均匀。
试验例3
将采用实施例1的纤维表面处理剂处理后的雷97井用可降解纤维(处理方法同试验例1)进行携砂性能对比试验。
试验步骤如下：
(1)将质量浓度为0.5％的羟丙基瓜胶原胶液100mL与质量浓度为0.1％的硼砂交联剂2mL配成常规冻胶，放入100mL量筒中待用；
(2)称取0.1000g经实施例1的表面处理剂处理过的纤维，加入到盛放有质量浓度为0.5％的羟丙基瓜胶原胶液100mL的250mL烧杯中，用玻璃棒搅拌，使其均匀分散在羟丙基瓜胶原胶液中，然后加入质量浓度为0.1％的硼砂交联剂2mL配成纤维冻胶，放入100mL量筒中待用；
(3)称取20.0000g符合SY/T5108-2006标准粒度为0.90-0.45mm(20目-40目)，密度为1.73g/cm的陶粒2份；
(4)将称好的陶粒同时分别倒入装有常规冻胶的量筒和装有纤维冻胶的量筒中，用电子秒表记录陶粒全部沉降的时间。携砂能力增强能力用支撑剂沉降时间降低率表示。支撑剂沉降时间降低率按公式(1)计算：
式中：
η—沉降时间降低率，％；t1—陶粒在常规冻胶中沉降时间，min；t2—陶粒在纤维冻胶中沉降时间，min。
试验结果为：采用质量分数为0.1％的纤维表面处理剂处理后的可降解纤维形成的纤维冻胶(即，处理后的纤维占纤维冻胶的总质量的0.1％)，其中的支撑剂的沉降时间降低率≥30％。
试验例4
将采用实施例1的纤维表面处理剂处理后的雷97井用可降解纤维(处理方法同试验例1)进行纤维压裂施工，得到的纤维压裂施工曲线如图2所示。由图2可以看出：采用实施例1的纤维表面处理剂处理后的雷97井用可降解纤维进行纤维压裂施工的效果好。
Claims (7)
1.一种纤维表面处理剂，以重量百分比计，其原料组成包括：亲水油剂5％-30％、偶联剂0％-2.0％、表面活性剂0.2％-2.0％、助剂0.05％-10.0％、稠化剂0.1％-0.8％以及水余量；
所述亲水油剂包括亲水硅油剂、亲水自乳化硅油、亲水双氨基硅油和聚醚改性硅油中的一种或几种的组合；
所述偶联剂包括硅烷偶联剂和/或有机硅偶联剂；
所述表面活性剂包括Span60、Span65、Span80、NP-10、OP-6、OP-10、Tween60、Tween80、氟碳表面活性剂、烷基酚聚氧乙烯醚、琥珀酸二异辛酯磺酸钠、月桂基硫酸钠和N,N-二甲基十二烷基胺丙基磺酸内铵盐中的一种或几种的组合；
所述助剂包括醇、醚和醇醚中的一种或几种的组合；
所述稠化剂包括植物胶及其衍生物和可溶性淀粉及其衍生物中的一种或几种的组合。
2.根据权利要求1所述的纤维表面处理剂，其中，所述助剂包括丙二醇、丙三醇、乙醇、乙二醇、叔丁醇、丙醇、硅醇、丁醚和乙二醇丁醚中的一种或几种的组合。
3.一种权利要求1或2所述的纤维表面处理剂的制备方法，其包括以下步骤：将所述亲水油剂、偶联剂、表面活性剂、稠化剂、助剂和水在10-50℃、常压下，混合2-4h，待均匀后，得到所述的纤维表面处理剂。
4.权利要求1或2所述的纤维表面处理剂的使用方法，其包括以下步骤：采用所述纤维表面处理剂对待处理的纤维进行喷涂和/或浸渍和/或淋潮湿处理，将处理后的纤维放干后使用。
5.根据权利要求4所述的使用方法，其中，所述纤维表面处理剂的使用量为待处理的纤维的重量的5％-20％。
6.根据权利要求4所述的使用方法，其中，所述待处理的纤维包括压裂现场使用的短纤维、出厂前的短纤维和未经切割的长纤维中一种或几种的组合。
7.一种压裂液用纤维，其为采用权利要求1或2所述的纤维表面处理剂处理后的纤维。
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