自懸浮支撐劑及其制備和施工方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及流體礦開(kāi)采領(lǐng)域，特別是指一種自懸浮支撐劑及其制備方法、以及油 氣田水力壓裂施工方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 在流體礦（氣、油、熱水等）的開(kāi)采過(guò)程中，為了獲得高產(chǎn)，常借用液體傳導(dǎo)力（如 水力等）進(jìn)行壓裂施工。壓裂的過(guò)程是在地面采用高壓大排量的泵，利用液體傳壓的原理， 將具有一定粘度的液體（通常稱之為壓裂液），以大于儲(chǔ)層的吸收能力的壓力向儲(chǔ)層注入， 并使井筒內(nèi)壓力逐漸升高，從而在井底憋起高壓，當(dāng)此壓力大于井壁附近的地應(yīng)力和地層 巖石的抗張強(qiáng)度時(shí)，便在井底附近的地層產(chǎn)生裂縫；繼續(xù)注入帶有支撐劑的壓裂液（又稱 攜砂液），裂縫向前延伸并被填以支撐劑，關(guān)井后裂縫閉合在支撐劑上，從而在井底附近地 層內(nèi)形成具有一定幾何尺寸和高導(dǎo)流能力的填有支撐劑的裂縫（石油等流體可從支撐劑 的間隙中導(dǎo)流而出），使井達(dá)到增產(chǎn)增注的目的。
[0003] 支撐劑由壓裂液帶入并支撐在壓裂地層的裂縫中，從而有效地將油氣導(dǎo)入油氣 井，大幅度提高油氣產(chǎn)量和延長(zhǎng)油井壽命。支撐劑為具有一定粒度和級(jí)配的天然砂或人造 高強(qiáng)陶瓷顆粒等，砂?；蛱樟１砻娉Ｍ扛矘?shù)脂，以進(jìn)一步提高支撐劑的強(qiáng)度和導(dǎo)流性能。
[0004] 壓裂液用于將儲(chǔ)層壓裂并將支撐劑攜帶送入儲(chǔ)層裂縫，它需要具有低摩阻、濾失 量小、污染小、攜砂能力強(qiáng)等特性。低摩阻能夠使得壓裂液更容易被送入井底。壓裂液到達(dá) 井底進(jìn)入儲(chǔ)層后，會(huì)有一定程度的濾失，為減少濾失，并提高攜砂能力，壓裂液中通常添加 有高分子增稠劑等有機(jī)分子，然而這些有機(jī)分子會(huì)隨著壓裂液的濾失對(duì)儲(chǔ)層造成傷害，使 儲(chǔ)層導(dǎo)油能力下降，從而污染儲(chǔ)層。
[0005] 并且，目前壓裂液一般需要提前將高分子增稠劑混入并攪拌均勻，然后長(zhǎng)時(shí)間放 置（短則1-2小時(shí)，長(zhǎng)則24小時(shí)左右）之后，再加入支撐劑，才能進(jìn)行壓裂施工，時(shí)間較長(zhǎng)， 施工不便；另外，壓裂液成本不菲，因此，本領(lǐng)域人員一直致力于尋求一種施工方便、成本 低、污染小的壓裂施工方式。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種自懸浮支撐劑及其制備方法、以及油氣田水 力壓裂施工方法，它施工方便、成本低、污染小。
[0007] 為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供技術(shù)方案如下：
[0008] -方面，提供一種油氣田水力壓裂施工方法，其是向體積份100份天然水中添加 5-60份自懸浮壓裂支撐劑，形成支撐劑懸浮液，然后將所得支撐劑懸浮液輸送到礦藏的巖 層中。
[0009] 具體地，包括步驟：
[0010] 1)以凍膠、線性膠、滑溜水或者天然水中的一種作為前置液，利用高壓泵車(chē)泵入前 置液并壓裂目標(biāo)儲(chǔ)層，形成初期的地質(zhì)裂縫；
[0011] 2)在混砂罐車(chē)中持續(xù)加入天然水作為攜砂液，邊加入自懸浮支撐劑邊攪拌，形成 天然水和支撐劑體積比為100 :5-60的懸浮液；
[0012] 3)利用高壓泵車(chē)把懸浮液繼前置液后連續(xù)泵入初期形成的地質(zhì)裂縫中，從而使所 述初期地質(zhì)裂縫不斷延伸，形成被支撐劑支撐的地質(zhì)裂縫。
[0013] 進(jìn)一步的，所述自懸浮支撐劑含有水溶性高分子材料，所述自懸浮支撐劑在常溫 下與天然水混合后在水中膨脹并溶解，處于懸浮狀態(tài)并在一定時(shí)間內(nèi)維持該狀態(tài)。
[0014] 進(jìn)一步的，所述一定時(shí)間大于等于3分鐘。
[0015] 進(jìn)一步的，所述油氣田所在的巖層是稠油油藏的巖層、頁(yè)巖層、鹽巖層、沉積巖層 中的一種。
[0016] 另一方面，提供一種自懸浮支撐劑，所述自懸浮支撐劑是在骨料上粘連至少一層 水溶性高分子材料形成，含有所述水溶性高分子材料的自懸浮支撐劑在常溫下與天然水混 合后在水中膨脹并溶解，處于懸浮狀態(tài)并在一定時(shí)間內(nèi)維持該狀態(tài)。
[0017] 進(jìn)一步的，所述一定時(shí)間大于等于3分鐘。
[0018] 進(jìn)一步的，按重量百分比計(jì)，所述水溶性高分子材料的用量為骨料用量的0. 1~ I. 5wt % 〇
[0019] 進(jìn)一步的，所述水溶性高分子材料通過(guò)粘結(jié)劑粘連在骨料上形成。
[0020] 進(jìn)一步的，按重量百分比計(jì)，所述粘結(jié)劑的用量為骨料用量0. 1~0. 7wt %。
[0021] 進(jìn)一步的，所述自懸浮支撐劑的尺寸為6-200目，形狀為球形或近似球形；所述骨 料的尺寸為6-200目。
[0022] 進(jìn)一步的，所述骨料為天然硬質(zhì)顆?；蛉嗽煊操|(zhì)顆粒。
[0023] 進(jìn)一步的，所述天然硬質(zhì)顆粒包括金屬顆?；蛱烊簧埃鎏烊簧鞍ǖ痪窒?于風(fēng)積沙、河沙、海沙或其混合物；所述人造硬質(zhì)顆粒為人工燒制或合成的樹(shù)脂材料，包括 但不局限于陶粒、覆膜砂、覆膜支撐劑、玻璃微球、燒結(jié)鋁土礦、燒結(jié)氧化鋁、燒結(jié)氧化鋯、合 成樹(shù)脂或其混合物。
[0024] 進(jìn)一步的，所述水溶性高分子材料選自聚已酸內(nèi)酯、胍膠、聚乙酸乙烯酯、聚乙烯 醇和聚丙烯酰胺中的一種或多種。
[0025] 進(jìn)一步的，所述胍膠為羥丙基胍膠和/或羧甲基羥丙基胍膠。
[0026] 進(jìn)一步的，所述聚丙烯酰胺為陰離子聚丙烯酰胺。
[0027] 進(jìn)一步的，所述粘結(jié)劑選自酚醛樹(shù)脂、環(huán)氧樹(shù)脂、不飽和聚酯樹(shù)脂中的任意一種或 多種。
[0028] 進(jìn)一步的，所述酚醛樹(shù)脂為熱塑性酚醛樹(shù)脂和/或熱固性酚醛樹(shù)脂。
[0029] 進(jìn)一步的，所述環(huán)氧樹(shù)脂使用環(huán)氧當(dāng)量為0. 09-0. 14mol/100g的環(huán)氧樹(shù)脂；優(yōu)選 為雙酚A型環(huán)氧樹(shù)脂，更優(yōu)選環(huán)氧樹(shù)脂E-55 (616)、E-51 (618)、E-44 (6101)、E-42 (634)、 E-35(637)、E-20(601)、E-12(604)、E-06(607)、E-03(609)。
[0030] 進(jìn)一步的，所述不飽和聚醋樹(shù)脂為鄰本型不飽和聚醋樹(shù)脂、間本型不飽和聚醋樹(shù) 月旨、二甲苯型不飽和聚酯樹(shù)脂、雙酚A型不飽和聚酯樹(shù)脂、鹵代不飽和聚酯樹(shù)脂、乙烯基酯 樹(shù)脂中的一種或多種；優(yōu)選所述鄰苯型不飽和聚酯樹(shù)脂型號(hào)為191或196 ;間苯型不飽和聚 酯樹(shù)脂型號(hào)為199、二甲苯型不飽和聚酯樹(shù)脂樹(shù)脂型號(hào)為2608、902A3、Xm-l、Xm-2中的一種 或幾種；雙酚A型不飽和聚酯樹(shù)脂型號(hào)為197、3301、323中的一種或幾種。
[0031] 再一方面，提供一種自懸浮支撐劑的制備方法，包括如下步驟：
[0032] (1)向骨料中加入粘接劑，粘結(jié)劑為液態(tài)樹(shù)脂，并充分?jǐn)嚢?，使液態(tài)樹(shù)脂均勻分布 于骨料表面，所述液態(tài)樹(shù)脂為樹(shù)脂和相應(yīng)可揮發(fā)溶劑的混合物；
[0033] (2)在所述液態(tài)樹(shù)脂凝固之前，逐步加入水溶性高分子材料，并充分?jǐn)嚢瑁?br>[0034] (3)待上述步驟（2)中的混合物固化后，破碎、篩分得到在骨料上粘連至少一層水 溶性高分子材料的自懸浮支撐劑；
[0035] 其中，所述骨料為天然硬質(zhì)顆粒或人工燒制的硬質(zhì)顆粒。
[0036] 進(jìn)一步的，所述樹(shù)脂選自酚醛樹(shù)脂、環(huán)氧樹(shù)脂、不飽和聚酯樹(shù)脂中的任意一種或多 種，其中所述酚醛樹(shù)脂為熱塑性酚醛樹(shù)脂和/或熱固性酚醛樹(shù)脂。
[0037] 又一方面，提供一種自懸浮支撐劑的制備方法，包括如下步驟：
[0038] (1)將骨料加熱升溫，然后降溫至能夠使樹(shù)脂融化的合適溫度；
[0039] (2)向加熱后的骨料中加入粘接劑，粘結(jié)劑為樹(shù)脂，并充分?jǐn)嚢?，使粘接劑均勻?布于骨料表面；
[0040] (3)將上述步驟（2)中的混合物冷卻，加入水溶性高分子材料，并充分?jǐn)嚢瑁?br>[0041] (4)將上述步驟（3)中的混合物冷卻、破碎、篩分得到在骨料上粘連至少一層水溶 性高分子材料的自懸浮支撐劑；
[0042] 其中，所述骨料為天然硬質(zhì)顆粒或人工燒制的硬質(zhì)顆粒。
[0043] 進(jìn)一步的，所述步驟（1)中加熱至200-300°C，降溫至170-200°C;所述步驟（3)中 冷卻至 100-150°C。
[0044] 進(jìn)一步的，所述步驟（2)中樹(shù)脂選自酚醛樹(shù)脂、環(huán)氧樹(shù)脂、不飽和聚酯樹(shù)脂中的任 意一種或多種，其中所述酚醛樹(shù)脂為熱塑性酚醛樹(shù)脂和/或熱固性酚醛樹(shù)脂。
[0045] 又一方面，提供一種自懸浮支撐劑的制備方法，包括如下步驟：
[0046] (1)將骨料加熱升溫，然后降溫至能夠使樹(shù)脂融化的合適溫度；
[0047] (2)向加熱后的骨料中加入粘結(jié)劑，粘結(jié)劑為樹(shù)脂，并充分?jǐn)嚢?，使粘結(jié)劑均勻分 布于骨料表面，然后加入相應(yīng)固化劑并繼續(xù)攪拌；
[0048] (3)將上述步驟（2)中的混合物冷卻，加入水溶性高分子材料，并充分?jǐn)嚢瑁?br>[0049] (4)將上述步驟（3)中的混合物冷卻、破碎、篩分得到在骨料上粘連至少一層水溶 性高分子材料的自懸浮支撐劑；
[0050] 其中，所述骨料為天然硬質(zhì)顆?；蛉斯频挠操|(zhì)顆粒。
[0051] 進(jìn)一步的，所述步驟（1)中加熱至200-300°C，降溫至170-200°C;所述步驟（3)中 冷卻至 100-150°C。
[0052] 進(jìn)一步的，所述步驟（2)中，所述樹(shù)脂分別為a)環(huán)氧樹(shù)脂，或b)不飽和聚酯樹(shù)脂， 或c)熱塑性和/或熱固性酚醛樹(shù)脂，相對(duì)應(yīng)的，所述固化劑分別為a)脂肪族胺及其加成 物、叔胺及其鹽、芳香族胺及其改性體、咪唑、高分子預(yù)聚體，b)過(guò)氧化酰類、過(guò)氧化脂，c) 多聚甲醛或六次甲基四胺。
[0053] 又一方面，提供一種自懸浮支撐劑的制備方法，包括如下步驟：
[0054] (1)將骨料加熱升溫，然后降溫至能夠使樹(shù)脂融化的合適溫度；
[0055] ⑵向加熱后的骨料中加入粘結(jié)劑，粘結(jié)劑為樹(shù)脂，并充分?jǐn)嚢?，使粘結(jié)劑均勻分 布于骨料表面，然后加入水溶性高分子材料，并充分?jǐn)嚢?，最后加入相?yīng)固化劑并繼續(xù)攪 拌；
[0056] (3)將上述步驟（2)中的混合物冷卻、破碎、篩分得到在骨料上粘連至少一層水溶 性高分子材料的自懸浮支撐劑；
[0057] 其中，所述骨料為天然硬質(zhì)顆?；蛉斯频挠操|(zhì)顆粒。
[0058] 進(jìn)一步的，所述步驟（1)中加熱至200-300°C，降溫至170-200°C;所述步驟（2)中 加入水溶性高分子材料之前降溫至100-150°C。
[0059] 進(jìn)一步的，所述步驟（2)中，所述樹(shù)脂分別為a)環(huán)氧樹(shù)脂，或b)不飽和聚酯樹(shù)脂， 或c)熱塑性和/或熱固性酚醛樹(shù)脂，相對(duì)應(yīng)的，所述固化劑分別為a)脂肪族胺及其加成 物、叔胺及其鹽、芳香族胺及其改性體、咪唑、高分子預(yù)聚體，b)過(guò)氧化酰類、過(guò)氧化脂，c) 多聚甲醛或六次甲基四胺。
[0060] 又一方面，提供一種自懸浮支撐劑的制備方法，包括如下步驟：
[0061] (1)將骨料加熱升溫，然后降溫至能夠使樹(shù)脂融化的合適溫度；
[0062] (2)向加熱后的骨料中加入粘結(jié)劑，粘結(jié)劑為樹(shù)脂，并充分?jǐn)嚢?，使粘結(jié)劑均勻分 布于骨料表面，然后加入相應(yīng)固化劑并繼續(xù)攪拌；
[0063] (3)將上述步驟（2)中的混合物冷卻，加入水溶性高分子材料，并充分?jǐn)嚢瑁缓?再加入與上述步驟（2)中相同的粘接劑并繼續(xù)攪拌；
[0064] (4)將上述步驟（3)中的混合物冷卻、破碎、篩分得到在骨料上粘連至少一層水溶 性高分子材料的自懸浮支撐劑；
[0065] 其中，所述骨料為天然硬質(zhì)顆?；蛉斯频挠操|(zhì)顆粒。
[0066] 進(jìn)一步的，所述步驟（1)中加熱至200-300