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CN114540003A - 一种体积压裂用支撑剂缝面导流能力增强剂 - Google Patents

一种体积压裂用支撑剂缝面导流能力增强剂 Download PDF

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CN114540003A
CN114540003A CN202111670087.XA CN202111670087A CN114540003A CN 114540003 A CN114540003 A CN 114540003A CN 202111670087 A CN202111670087 A CN 202111670087A CN 114540003 A CN114540003 A CN 114540003A
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CN
China
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proppant
epoxy resin
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volume fracturing
resin
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王屾
房超
董文娟
刘琳
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Xinjiang Zhongling Engineering Technology Co ltd
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Xinjiang Zhongling Engineering Technology Co ltd
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    • C09K8/60—Compositions for stimulating production by acting on the underground formation
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  • Engineering & Computer Science (AREA)
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Abstract

本发明公开了一种体积压裂用支撑剂缝面导流能力增强剂，其包括支撑剂以及硬化树脂，所述支撑剂为颗粒状结构，所述硬化树脂涂覆于所述支撑剂表面，所述硬化树脂包括可固化环氧树脂、硬化剂和有机硅化合物，其中所述有机硅化合物是有机硅烷，由氨基硅烷、环氧硅烷、有机卤硅烷、有机硅烷酯、甲硅烷基乙酰胺、环硅氧烷、环硅氮烷、硅氮烷组成，所述可固化环氧树脂由表氯醇、双酚A、植物油、酚醛环氧树脂、缩水甘油基环氧树脂、脂环族环氧化物和缩水甘油胺环氧树脂组成，所述硬化剂由二乙基甲苯二胺、环烷基胺、二氨基二苯砜、聚乙烯胺和三甲基环己胺组成。

Description

一种体积压裂用支撑剂缝面导流能力增强剂
技术领域
本发明属于油田开发技术领域，具体涉及一种体积压裂用支撑剂缝面导流能力增强剂
背景技术
油气井通常通过水力压裂处理进行增产。在水力压裂中，粘性压裂液作载流体以一定速率和压力泵入要压裂的生产区，使得在该区中形成一个或多个裂缝。用于撑开裂缝的颗粒状固体通常称为支撑剂，通常悬浮在部分压裂液中，当压裂施工结束，压裂液的破胶液随地层流体返排时，低粘度下支撑剂在裂缝中沉积。沉积在裂缝中的支撑剂起到防止裂缝完全闭合的作用，形成导流通道并维持产生的原油可以流过的导流通道。
在作为支撑剂的载流体，压裂液将支撑剂沉积在裂缝中之后，裂缝在支撑剂上闭合。这种部分闭合的裂缝对支撑剂颗粒施加压力。为此，颗粒之间的间隙应足够大，但颗粒应具有一定机械强度以承受闭合应力，使得压裂压力撤回后保持裂缝张开。因此，大孔隙支撑剂在低闭合应力下表现出比小孔隙支撑剂更大的渗透性，但它们会在高闭合压力下失效，从而产生非常细的颗粒(“细粒”)。
高产井在水力压裂作业后经常会出现支撑剂回流。高产井的返排更为严重。如果支撑剂回流到井筒中，则裂缝的宽度减小，从而限制了流动通道的传导性，削弱了压裂处理的有效性。此外，生产的支撑剂还会侵蚀生产设备，导致维修和处理过程造成经济损失。
约1Mpa的无侧限抗压强度足以在中等温度的高产井中控制支撑剂回流，可固化树脂涂层支撑剂的应用，使支撑剂固结强度优化，同时又足够灵活，以承受在压裂生产过程中出现的重复应力循环。
在这种情况下，石英砂被广泛用作盖层应力较低的储层中的支撑剂。且石英砂便宜且供应充足，因此被越来越多地用作具有中等至较高覆盖层应力的储层中的支撑剂。
但是在更极端的条件下石英砂不能用于中等和较高的盖层应力的储层，即使是人造支撑剂，在较高的超载压力下也会产生细粉。
发明内容
为缓解上述问题，采用支撑剂导流能力增强剂，支撑剂导流能力增强剂主要由聚酰胺主链和巨大的憎水基支链组成，主链对支撑剂(矿物表面)有极强的吸附能力，而支链则倾向于互相吸引，使支撑剂之间的吸力增强，从表观上来看，涂覆后的支撑剂表面呈现较高的黏性。
将支撑剂导流能力增强剂大幅改善支撑剂特性，有效缓解：
1、均匀涂覆在支撑剂表面，保护支撑剂，减小破碎，维持在地层闭合应力下的更大的渗透性；
2、涂覆后的支撑剂表面呈现较高的黏性，减少失效产生“细粒”的嵌入，增强导流性；
3、支撑剂在裂缝中的铺置浓度优化有效减少支撑剂回流到井筒中，裂缝的宽度减小；
4、储层岩石的力学性质以及压裂液对支撑带的伤害等；
5、能有效改善随着闭合压力的增加，裂缝导流能力的下降。
本发明提供的技术方案：一种体积压裂用支撑剂缝面导流能力增强剂，其包括支撑剂以及硬化树脂，所述支撑剂为颗粒状结构，所述硬化树脂涂覆于所述支撑剂表面，所述硬化树脂包括可固化环氧树脂、硬化剂和有机硅化合物，其中所述有机硅化合物是有机硅烷，由氨基硅烷、环氧硅烷、有机卤硅烷、有机硅烷酯、甲硅烷基乙酰胺、环硅氧烷、环硅氮烷、硅氮烷组成，所述可固化环氧树脂由表氯醇、双酚A、植物油、酚醛环氧树脂、缩水甘油基环氧树脂、脂环族环氧化物和缩水甘油胺环氧树脂组成，所述硬化剂由二乙基甲苯二胺、环烷基胺、二氨基二苯砜、聚乙烯胺和三甲基环己胺组成。
本发明的技术效果和优点：提高渗透率和导流能力的表面改性剂，具有稳固支撑剂，有效防止支撑剂返吐，提高裂缝支撑剂强度、裂缝渗透率及导流能力的作用，使支撑剂的吸力增强，涂覆所述硬化树脂后的所述支撑剂表面呈现较高的黏性。
附图说明
图1为本发明的剖面结构示意图。
图2为本发明的普通支撑剂与涂覆后的支撑剂导流能力曲线示意图。
图3为本发明的地面施工工艺图。
图4为本发明的支撑剂没有增加所述硬化树脂之间的孔隙自然排布结构状态。
图5为本发明的支撑剂增加硬化树脂后之间的孔隙排布结构状态。
具体实施方式
如图1至2所示，一种体积压裂用支撑剂缝面导流能力增强剂，其包含支撑剂10以及硬化树脂20，所述支撑剂设置为圆球形的颗粒状结构，所述硬化树脂20涂覆于所述支撑剂10表面，防止井筒附近裂缝宽度和传导性的潜在损失。所述支撑剂10的表面进行化学改性来提高水基流体处理产生的裂缝导流能力，涂层工艺允许系统用于任何可用的支撑剂，并且它与所有水基压裂液兼容。
导致裂缝导流能力损失的两个重要问题：地层细密侵入支撑剂充填层和生产应力循环导致的支撑剂充填层损坏。助剂的独特特性减少或消除了地层材料侵入支撑剂充填层并稳定支撑剂充填层，从而提高了其对关井进行服务时可能发生的应力循环损坏的抵抗力。
所述硬化树脂20包括可固化环氧树脂、硬化剂和有机硅化合物。
其中所述有机硅化合物是由有机硅烷，由氨基硅烷、环氧硅烷、有机卤硅烷、有机硅烷酯、甲硅烷基乙酰胺、环硅氧烷、环硅氮烷、硅氮烷组成。
Figure BDA0003449240170000041
氨基硅烷
氨丙基三羟基硅烷；
CAS号:58160-99-9
分子式：C3H11NO3Si
Figure BDA0003449240170000042
环氧硅烷
3-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷
CAS号:2530-83-8
Figure BDA0003449240170000043
有机卤硅烷
十八烷基二异丁基氯硅烷
CAS号:162578-86-1
Figure BDA0003449240170000051
有机硅烷酯
CAS号:13688-56-7
分子式：C7H14O2Si
Figure BDA0003449240170000052
甲硅烷基乙酰胺
三甲基硅基乙酰胺
CAS号:13435-12-6
分子式：C5H13NOSi
树脂和固化剂的配比理论上，1个环氧和1个胺氢配比，实际上一般都会是环氧比胶氢略多，大约为1.2:1。
有机硅化合物的结构特征包括Si--OH基团或部分例如Si--OR或Si—X，其中R是烷基、环烷基或芳基；X是卤素，例如Cl。
在树脂固化过程之前或过程中容易水解为Si-OH基团。Si-OH基团可以促进树脂涂覆的支撑剂颗粒之间的交联。此外，Si-OH基团可以参与与天然砂支撑剂颗粒表面羟基的氢键结合。
有机硅化合物是环硅氧烷，是由缩合产生的环硅氧烷至少一种以上带有Si-OH基团的硅烷。氨基硅烷包括氨基硅烷。
环氧硅烷是β-乙基三甲氧基硅烷和γ-环氧丙氧基丙基-三甲氧基硅烷组成。还包括环氧丙氧基丙基三甲氧基硅烷、环氧丙氧基丙基三乙氧基硅烷、环氧丙氧基丙基甲基二甲氧基硅烷、环氧丙氧基丙基甲基二乙氧基硅烷、环氧环己基乙基三甲氧基硅烷和环氧硅烷改性的三聚氰胺。
所述可固化环氧树脂是由表氯醇、双酚A、植物油、酚醛环氧树脂、缩水甘油基环氧树脂、脂环族环氧化物和缩水甘油胺环氧树脂组成。
其中所述植物油是由环氧化植物油、植物油单酸甘油酯的环氧衍生物、果油和木油其中的一种组成。
所述植物油也可以是至少一种以下的这些油的任意组合。
所述植物油包括亚麻籽油、大豆油、棕榈油、椰子油、水黄油、麻风树油、月桂油、印楝油、棉籽油、橡胶籽油、麻疯树油、菜籽油、葵花籽油、玉米油、蓖麻油、荷荷巴油、花生油、蜡烛坚果油及其组合。
硬化剂是可用于固化所述可固化环氧树脂的任何合适的化合物。
所述硬化剂是由二乙基甲苯二胺、环烷基胺、二氨基二苯砜、聚乙烯胺和三甲基环己胺组成。
根据需要，所述硬化剂还包括多胺、乙二胺和双酚A的组合物。
Figure BDA0003449240170000061
CAS号:80-08-0
中文名称:4,4'-二氨基二苯砜
分子式:C12H12N2O2S
Figure BDA0003449240170000071
CAS号:68479-98-1
中文名称:二乙基甲苯二胺DETDA
分子式:C11H18N2
Figure BDA0003449240170000072
CAS号15901-42-5
中文名称:三甲基环己胺
分子式C9H19N
Figure BDA0003449240170000073
CAS:90-72-2
2,4,6-三(二甲氨基甲基)苯酚DMP-30
化学式:C15H27N3O
Figure BDA0003449240170000081
CAS登录号:26658-46-8
中文名:聚乙烯亚胺PEI
化学式:H(NHCH2CH2)nNH2
CAS登录号:61788-97-4
中文名:环氧树脂
化学式:(C11H12O3)n
硬化剂与环氧树脂(环氧氯丙烷与双酚A反应产物)按比混合
(A液)
环氧氯丙烷与双酚A反应产物 17.6％
DDSA 28.5％
(B液)
DETDA 28.5％
聚乙烯胺
MNA 25.4％
环氧E-44,环氧值，0.44,固含量：70％,固化剂胺值240,固含量60％
环氧当量＝100/0.44＝227.3,胺氢当量＝56000/240＝233.3,那应该是这样配比，227.3/0.7:233.3/0.6＝324.7:388.8非反应型稀程剂。羟值(mgKOH/g)、羟基百分含量(％)、羟基当量之间的换算关系为：
羟基百分含量＝(17/轻基当量)×100；
羟值＝33×羟基百分含量
上述配方若改变A液和B液的比例则可调节聚合块硬度，A液多则软，B液多则硬。通常冬天使用A:B＝2:8；夏天使用A:B＝1:9，可视组织的硬度和气候不同选择其比例。配制时可先分别配制A液和B液，然后将A液和B液按一定比例混合后，再加入1％-2％的加速剂，边加边搅拌，使其充分混合。
树脂和固化剂的配比计算就是环氧当量和胺氢当量之比，注意，这里指得是纯树脂，如果有溶剂，就把各自除以固含量，再配比，如果是反应型的稀释剂，又当另计，其它类型的固化剂，也可用此模型。
根据一些实施例的所述可固化环氧树脂和所述硬化剂的具体组合包括：
1、所述可固化环氧树脂为聚环氧树脂，所述硬化剂为环烷基胺。
2、所述可固化环氧树脂为环氧氯丙烷与双酚A反应产物，所述硬化剂为二乙基甲苯二胺。
3、所述可固化环氧树脂为环氧氯丙烷与双酚A反应产物，所述硬化剂为三甲基环己胺。
4、所述可固化环氧树脂为环氧氯丙烷与双酚A反应产物，所述硬剂为二氨基二苯砜。
5、所述可固化环氧树脂为环氧氯丙烷与双酚A反应产物，所述硬化剂为聚乙烯胺。
所述可固化环氧树脂与所述硬化剂的重量变化，这取决于诸如储层温度、预期固化时间和固结强度等变量。
本发明的体积压裂用支撑剂缝面导流能力增强剂是用于增强支撑剂裂缝支撑，提高渗透率和导流能力的表面改性剂，具有稳固支撑剂，有效防止支撑剂返吐，提高裂缝支撑剂强度、裂缝渗透率及导流能力的作用，使支撑剂10的吸力增强，涂覆所述硬化树脂20后的所述支撑剂10表面呈现较高的黏性。
如图2所示，为不同流速下普通支撑剂与涂覆后的支撑剂导流能力对比曲线，可以看出，对于普通支撑剂填充层，当流量为25mL/min时，充填层渗透率发生了较大变化，说明该流量下，普通支撑剂填充层已经失去稳定状态，支撑剂容易发生回流，而涂覆后的支撑剂，随着液体流量的增大，支撑剂充填层渗透率变化很小，说明充填层稳定，涂覆后的支撑剂不易回流。
如图3示出了本发明的地面施工工艺图，包括使地层与本文所述的组合物接触。在一些实施例中，该组合物用于完井操作，例如用于固定支撑剂颗粒的初级支撑剂处理(例如，水力压裂、砾石充填和压裂充填)、支撑剂/砾石补救处理、近井眼地层砂固结处理用于防砂、固结随钻目标层段以及地下地层中井筒的封堵和弃井。
在粘度被改变的一些实施例中，组合物包含一种或多种增粘剂。增粘剂是任何合适的增粘剂。增粘剂在注入地下地层之前、注入地下地层时、在穿过布置在钻孔中的管的过程中、一旦组合物到达特定的地下位置或一段时间后提供增加的组合物的粘度在组合物到达特定的地下位置后。
系统
该系统包括组合物和包含该组合物的地下地层，包括管和泵，泵被配置为通过管将组合物泵送到地下地层中。化学品泵送到支撑剂表面，经过翻滚搅拌均匀，涂覆在支撑剂表面。配置用于将本文所述的组合物递送至地下位置并且用于在其中使用该组合物，例如用于压裂操作。
当需要在地下地层的裂缝梯度处或以上将组合物引入地下地层时，可以使用高压泵。高压泵能够将诸如支撑剂颗粒的颗粒物质流体输送到地层中。合适的高压泵是本领域普通技术人员已知的并且可以包括浮动活塞泵和正排量泵。
系统还包括在泵上游的混合罐，组合物在其中配制。在各种实施例中，泵(例如，低压泵、高压泵或其组合)将组合物从混合罐或组合物的其他来源输送至管。组合物在场外配制并运输到工地，组合物通过泵直接从其运输容器(例如卡车、轨道车、驳船等)引入管中)或来自运输管道。在任一情况下，组合物被吸入泵中，升高到合适的压力，然后被引入管中以输送到地下地层。
如图4所示，所述支撑剂10没有增加所述硬化树脂20之间的自然排布结构状态，六面体排布跟四面体排布是两种自然结构，图中表明在支撑剂六方最密排列的基础上，裂缝内填充所述支撑剂10后的孔隙度对于高闭合压力的情况,则需要考虑支撑剂嵌入壁面对导流能力的影响。根据孔隙度-渗透率公式得出裂缝填充支撑剂后的渗透率。
如图5所示，所述支撑剂10增加所述硬化树脂20后之间的孔隙排布结构状态，它会呈现出一种孔隙度增加的状态支撑剂导流能力增强剂在体积压裂中的特性，一些树脂系统可以使支撑剂颗粒之间的结合最大化并使支撑剂充填层的固结强度最大化，同时保持支撑剂导流性。但是石英砂的不规则形状，很难实现砂颗粒的均匀涂层。石英砂上的不均匀涂层也会降低支撑剂的整体强度并允许产生细粉。
配合使用的支撑剂导流能力增强剂增加黏性，改变支撑剂的排列结构，提高支撑剂导流能力。更难被冲出裂缝，涂覆后，携砂启动速度可以提高3-5倍。在反复加载实验中，经过处理的支撑剂更难被压碎。防止细分侵入，提高裂缝寿命。

Claims (10)

1.一种体积压裂用支撑剂缝面导流能力增强剂，其特征在于：其包括支撑剂(10)以及硬化树脂(20)，所述支撑剂(10)为颗粒状结构，所述硬化树脂(20)涂覆于所述支撑剂(10)表面，
所述硬化树脂(20)包括可固化环氧树脂、硬化剂和有机硅化合物，
其中所述有机硅化合物是由氨基硅烷、环氧硅烷、有机卤硅烷、有机硅烷酯、甲硅烷基乙酰胺、环硅氧烷、环硅氮烷、硅氮烷组成，
所述可固化环氧树脂由表氯醇、双酚A、植物油、酚醛环氧树脂、缩水甘油基环氧树脂、脂环族环氧化物和缩水甘油胺环氧树脂组成，
所述硬化剂由二乙基甲苯二胺、环烷基胺、二氨基二苯砜、聚乙烯胺和三甲基环己胺组成。
2.根据权利要求1所述的体积压裂用支撑剂缝面导流能力增强剂，其特征在于：有机硅化合物是环硅氧烷，带有Si-OH基团的硅烷。
3.根据权利要求2所述的体积压裂用支撑剂缝面导流能力增强剂，其特征在于：环氧硅烷是由乙基三甲氧基硅烷和环氧丙氧基丙基-三甲氧基硅烷组成。
4.根据权利要求1所述的体积压裂用支撑剂缝面导流能力增强剂，其特征在于：所述植物油是由环氧化植物油、植物油单酸甘油酯的环氧衍生物、果油和木油其中一种组成。
5.根据权利要求1所述的体积压裂用支撑剂缝面导流能力增强剂，其特征在于：所述硬化剂还包括多胺、乙二胺和双酚A。
6.根据权利要求1所述的体积压裂用支撑剂缝面导流能力增强剂，其特征在于：所述可固化环氧树脂为聚环氧树脂，所述硬化剂为环烷基胺。
7.根据权利要求1所述的体积压裂用支撑剂缝面导流能力增强剂，其特征在于：所述可固化环氧树脂为环氧氯丙烷与双酚A反应产物，所述硬化剂为二乙苯二胺。
8.根据权利要求1所述的体积压裂用支撑剂缝面导流能力增强剂，其特征在于：所述可固化环氧树脂为环氧氯丙烷与双酚A反应产物，所述硬化剂为三甲基环己胺。
9.根据权利要求1所述的体积压裂用支撑剂缝面导流能力增强剂，其特征在于：所述可固化环氧树脂为环氧氯丙烷与双酚A反应产物，所述硬剂为二氨基二苯砜。
10.根据权利要求1所述的体积压裂用支撑剂缝面导流能力增强剂，其特征在于：所述可固化环氧树脂为环氧氯丙烷与双酚A反应产物，所述硬化剂为聚乙烯胺。
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