CN115418213A - 一种水平井用石油压裂支撑剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及石油压裂支撑剂技术领域，公开了一种水平井用石油压裂支撑剂及其制备方法，石油压裂支撑剂由内至外分为中心骨料、支撑料和覆膜材料三层，中心骨料由石英砂和成孔剂制成，支撑料由铝矾土、膨润土、二氧化锰和镁粉制成，覆膜材料采用聚四氟乙烯、酚醛树脂和环氧树脂中的一种或多种。制备前所有原材料磨成粉，先烧结中心骨料，再在中心骨料外包裹支撑料造粒干燥并烧结，最后进行覆膜。本申请中中心骨料利用成孔剂制成质轻的多孔形状，支撑料包裹在中心骨料外弥补中心骨料强度的不足，使支撑剂具有较高强度。本申请中支撑剂整体质轻密度低，容易悬浮于水平井的上部裂缝，且覆膜材料的设置能提高支撑剂的水平运移能力。
Description
技术领域
本申请涉及石油压裂支撑剂技术领域，具体涉及一种水平井用石油压裂支撑剂及其制备方法。
背景技术
石油天然气深井开采时，高闭合压力低渗透性矿床经压裂处理后，含油气岩层裂开，油气从裂缝形成的通道中汇集而出，此时将流体注入岩石基层，以超过地层破裂强度的压力，使井筒周围岩层产生裂缝，形成具有高层流能力的通道。支撑剂的作用就是当岩层被压出裂缝后，填充至裂缝中使之不再闭合，油气运移变得更容易，从而增加油气田产量。石油压裂支撑剂应当具有抗压强度高、抗磨损能力强、相对密度低以及化学性能稳定等特性，其自身物理化学性质直接决定填砂裂缝的导流能力和有效支撑裂缝的面积，现常用铝矾土陶粒工艺制成的陶粒支撑剂，而在水平井的压裂中，支撑剂的水平运移速度会受到裂缝宽度和壁面等因素的影响，现有支撑剂与水平井的适配度低，因此，需要一种适应水平井的支撑剂。
发明内容
为了解决现有石油压裂支撑剂与水平井不适配的问题，本申请提供一种石油压裂支撑剂及制备方法，通过轻质中心骨料与支撑料的配合降低支撑剂密度的同时保证其强度，外层使用疏水疏油材料使其更适用于水平井。
为了达到上述目的，本申请所采用的技术方案为：造中心孔降低密度，外层覆薄膜避免液体进入。
一种水平井用石油压裂支撑剂，由内至外包括质量比为20-35:60-75：5-10的中心骨料、支撑料和覆膜材料，所述中心骨料中包括75-92wt%的石英砂和8-15wt%的成孔剂，支撑料中包括85-90wt%的铝矾土、4-8wt%的膨润土、1-5wt%的二氧化锰和1-6wt%的镁粉，所述覆膜材料包括聚四氟乙烯、酚醛树脂和环氧树脂中的一种或多种。
在水平井中，常规支撑剂难以悬浮于水平井上部裂缝的顶端，而加注过多支撑剂不仅成本高，还会聚集在水平井的低洼处，造成支撑剂的投入成本不能成正比的增加油气产量。本方案提供的支撑剂由内而外具有三层，最内层由石英砂和成孔剂制成的中心骨料，其中石英砂为主要原料，成孔剂使中心骨料形成疏松多孔的结构，具备质轻和密度低的特点，有利于降低支撑剂整体的密度，使其容易悬浮。相比较的，直接将支撑剂整体制成多孔结构，则容易造成支撑剂整体强度的不足。本方案利用支撑料包裹中心骨料，中间层的支撑料采用大量铝矾土保证支撑剂具有较高的强度，膨润土起到粘接剂的作用，二氧化锰和镁粉起到助熔剂的作用。最外层覆膜材料采用具有疏水疏油性质的原材料有利于提高支撑剂的水平运移速度。
进一步的，所述成孔剂为稻壳、秸秆和锯末中的一种或多种。本方案中采用农业废弃物作为中心骨料中的成孔剂，相比较的，现有支撑剂生产过程中的成孔剂常用无机成孔剂，生产出的孔洞直径更小，而由于本申请中中心骨料仅仅是支撑剂中的最内层，更加注重于低密度的要求，强度方面由支撑料提供保障，因此，可采用农业废弃物如稻壳秸秆等作为成孔剂，形成直径较大的孔。
上述方案中水平井用石油压裂支撑剂的制备方法包括如下步骤：
S1、石英砂、成孔剂、铝矾土、膨润土、二氧化锰和镁粉分别打磨成粉过200目筛；
S2、用S1获得的石英砂与成孔剂按照75-92:8-15的比例制备成球形颗粒状中心骨料；
S3、将S1获得的铝矾土、膨润土、二氧化锰和镁粉按85-90:4-8:1-5:1-6的重量比均匀混合制成混合料，并将混合料与中心骨料按加水前原材料重量比为20-35:60-75的比例混合制成颗粒物；
S4、将步骤S3得到的颗粒物干燥后烧结成初级成品；
S5、筛分S4中的初级成品后得到粒径在0.4-0.7mm范围内的二级成品；
S6、将二级成品加入到由聚四氟乙烯乳液、酚醛树脂乳液和环氧树脂乳液中的一种或多种制成的液体中并加热搅拌；
S7、冷却筛分后得到支撑剂。
本方案中先用石英砂与成孔剂支撑颗粒状的中心骨料，再在中心骨料外包裹支撑料所用的原材料，确保疏松多孔的中心骨料处于最内层，避免与支撑料分层不明确造成的强度下降，然后将中心骨料和支撑料一同干燥烧结成颗粒物，最后在为其覆膜，提高支撑物的表面特性。
进一步的，所述中心骨料的制备包括如下步骤：
S2.1、将S1获得的石英砂与成孔剂混合均匀；
S2.2、在S2.1获得的混合物加水造粒；
S2.3、将S2.2获得的颗粒物在100-150℃的真空条件下进行低温干燥至含水量低于5%；
S2.4、将S2.3得到的颗粒物在1000-1200℃的条件下烧结1-2小时后炉内降温至常温。
本方案对中心骨料的制备过程进行了优化，将其烧结完成后再用于下一步与支撑料的原材料混合。同时，此处对中心骨料的烧结温度较低，
进一步的，所述步骤S3中混合料与中心骨料制成颗粒物的方法为：将颗粒状中心骨料浸湿后与混合料一同放入圆盘造粒机中造粒。
进一步的，所述步骤S4中的颗粒物在200-300℃的真空条件下干燥，然后在1200-1300℃的条件下烧结4-6小时并保温0.5-1小时，最后自然冷却至80℃以下。
进一步的，所述二级成品的粒径在0.4-0.7mm范围内。
进一步的，所述支撑剂的粒径为0.6-0.8mm。
本申请的有益效果是：本申请中石油压裂支撑剂通过设置为多层来相互补缺并提高支撑剂的各方面性能，其中，中心骨料利用成孔剂制成质轻的多孔形状，支撑料包裹在中心骨料外弥补中心骨料强度的不足，使支撑剂具有较高强度。本申请中支撑剂整体质轻密度低，容易悬浮于水平井的上部裂缝，且覆膜材料的设置能提高支撑剂的水平运移能力。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。因此，以下对本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
在本申请的描述中，需要说明的是，若出现术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为该申请产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。
实施例1：
一种水平井用石油压裂支撑剂，其特征在于：由内至外包括质量比为20-35:60-75：5-10的中心骨料、支撑料和覆膜材料，所述中心骨料中包括75-92wt%的石英砂和8-15wt%的成孔剂，支撑料中包括85-90wt%的铝矾土、4-8wt%的膨润土、1-5wt%的二氧化锰和1-6wt%的镁粉，所述覆膜材料包括聚四氟乙烯、酚醛树脂和环氧树脂中的一种或多种。
本申请以石英砂作为中心骨料的原材料，利用成孔剂使得中心骨料形成多孔结构，降低中心骨料的密度，在支撑剂整体粒径不变的情况下，支撑剂的密度亦降低。支撑料材料铝矾土作为主要原料，膨润土起到粘接剂的作用，保证支撑剂具有较高强度。覆膜材料采用具有疏水疏油性质的原材料有利于提高支撑剂的水平运移速度。
此外，提供一种支撑剂的具体原料配比示例如下：中心骨料、支撑料和覆膜材料的质量比为30:65:5，中心骨料中石英砂与成孔剂的重量比为85:15，支撑料中包括90wt%的铝矾土、4wt%的膨润土、3wt%的二氧化锰和3wt%的镁粉，采用聚四氟乙烯作为覆膜材料。
本实施例中优选的，可采用农业废弃物作为成孔剂，所述成孔剂为稻壳、秸秆和锯末中的一种或多种。由于中心骨料被支撑料和覆膜材料保护在内，更加注重于低密度的要求，强度方面由支撑料提供保障，因此，可采用成本更低的农业废弃物如稻壳秸秆等作为成孔剂，形成直径较大的孔。
实施例2：
本实施例在实施例1的基础上，进行了进一步优化与限定。
一种水平井用石油压裂支撑剂的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
S1、石英砂、成孔剂、铝矾土、膨润土、二氧化锰和镁粉分别打磨成粉过200目筛；
S2、用S1获得的石英砂与成孔剂按照75-92:8-15的比例制备成球形颗粒状中心骨料；
所述中心骨料的制备包括如下步骤：
S2.1、将S1获得的石英砂与成孔剂混合均匀；
S2.2、在S2.1获得的混合物加水造粒；
S2.3、将S2.2获得的颗粒物在100-150℃的真空条件下进行低温干燥至含水量低于5%；
S2.4、将S2.3得到的颗粒物在1000-1200℃的条件下烧结1-2小时后炉内降温至常温。
S3、将S1获得的铝矾土、膨润土、二氧化锰和镁粉按85-90:4-8:1-5:1-6的重量比均匀混合制成混合料，并将混合料与中心骨料按加水前原材料重量比为20-35:60-75的比例混合制成颗粒物；
S4、将步骤S3得到的颗粒物干燥后烧结成初级成品；
S5、筛分S4中的初级成品后得到二级成品；
S6、将二级成品加入到由聚四氟乙烯乳液、酚醛树脂乳液和环氧树脂乳液中的一种或多种制成的液体中并搅拌；
S7、冷却筛分后得到支撑剂。
本实施例中中心骨料在造粒完成后，还经过干燥和烧结的过程，再与支撑料混合，确保疏松多孔的中心骨料成型且处于最内层，避免与支撑料分层不明确造成的强度下降，然后将中心骨料和支撑料一同干燥烧结成颗粒物，最后在为其覆膜，提高支撑物的表面特性。
本实施例中优选的，所述步骤S3中混合料与中心骨料制成颗粒物的方法为：将颗粒状中心骨料浸湿后与混合料一同放入圆盘造粒机中造粒。
实施例3：
本实施例在实施例2的基础上，进行了进一步的优化与限定。
所述步骤S4中的颗粒物在200-300℃的真空条件下干燥，然后在1200-1300℃的条件下烧结4-6小时并保温0.5-1小时，最后自然冷却至80℃以下。所述二级成品的粒径在0.4-0.7mm范围内。所述支撑剂的粒径为0.6-0.8mm。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种水平井用石油压裂支撑剂，其特征在于：由内至外包括质量比为20-35:60-75：5-10的中心骨料、支撑料和覆膜材料，所述中心骨料中包括75-92wt％的石英砂和8-15wt％的成孔剂，支撑料中包括85-90wt％的铝矾土、4-8wt％的膨润土、1-5wt％的二氧化锰和1-6wt％的镁粉，所述覆膜材料包括聚四氟乙烯、酚醛树脂和环氧树脂中的一种或多种。
2.根据权利要求1所述的一种水平井用石油压裂支撑剂，其特征在于：所述成孔剂为稻壳、秸秆和锯末中的一种或多种。
3.一种水平井用石油压裂支撑剂的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
S1、石英砂、成孔剂、铝矾土、膨润土、二氧化锰和镁粉分别打磨成粉过200目筛；
S2、用S1获得的石英砂与成孔剂按照75-92:8-15的比例制备成球形颗粒状中心骨料；
S3、将S1获得的铝矾土、膨润土、二氧化锰和镁粉按85-90:4-8:1-5:1-6的重量比均匀混合制成混合料，并将混合料与中心骨料按加水前原材料重量比为20-35:60-75的比例混合制成颗粒物；
S4、将步骤S3得到的颗粒物干燥后烧结成初级成品；
S5、筛分S4中的初级成品后得到二级成品；
S6、将二级成品加入到由聚四氟乙烯乳液、酚醛树脂乳液和环氧树脂乳液中的一种或多种制成的液体中并搅拌；
S7、冷却筛分后得到支撑剂。
4.根据权利要求3所述的一种水平井用石油压裂支撑剂的制备方法，其特征在于：所述中心骨料的制备包括如下步骤：
S2.1、将S1获得的石英砂与成孔剂混合均匀；
S2.2、在S2.1获得的混合物加水造粒；
S2.3、将S2.2获得的颗粒物在100-150℃的真空条件下进行低温干燥至含水量低于5％；
S2.4、将S2.3得到的颗粒物在1000-1200℃的条件下烧结1-2小时后炉内降温至常温。
5.根据权利要求4所述的一种水平井用石油压裂支撑剂的制备方法，其特征在于：所述步骤S3中混合料与中心骨料制成颗粒物的方法为：将颗粒状中心骨料浸湿后与混合料一同放入圆盘造粒机中造粒。
6.根据权利要求3所述的一种水平井用石油压裂支撑剂的制备方法，其特征在于：所述步骤S4中的颗粒物在200-300℃的真空条件下干燥，然后在1200-1300℃的条件下烧结4-6小时并保温0.5-1小时，最后自然冷却至80℃以下。
7.根据权利要求3所述的一种水平井用石油压裂支撑剂的制备方法，其特征在于：所述二级成品的粒径在0.4-0.7mm范围内。
8.根据权利要求3所述的一种水平井用石油压裂支撑剂的制备方法，其特征在于：所述支撑剂的粒径为0.6-0.8mm。
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