一種自懸浮支撐劑的實驗室制備方法與流程

本發明涉及石油、天然氣、頁巖油氣等非常規壓裂增產技術應用領域，具體涉及一種自懸浮支撐劑的實驗室制備方法。
背景技術：
：近年來，致密油、致密氣等非常規油氣成為了開發熱點。非常規油氣具有低孔(孔隙度小于7％)、低滲(滲透率小于1×10-3μm2)、孔喉直徑小于1μm、微裂隙發育、局部超低含水飽和度、高毛管壓力、地層壓力異常高壓、高傷害潛力等工程地質特征。對于這類儲層的開發，需用新技術改善儲層滲透率，水力壓裂是最為持久和關鍵的增產技術之一。據統計，全球石油資源9375億噸，其中非常規4495億噸，占比48％；天然氣資源4393萬億方，其中非常規3922萬億方，占比89％。目前，常規壓裂工藝包括前置階段、攜砂階段、頂替階段，按照地質特性從塑性地層到脆性地層，分別使用交聯瓜膠壓裂液、交聯泡沫壓裂液、線性膠、混合壓裂液、滑溜水，但這些壓裂液都存在破膠不完全、殘渣含量高等缺點，壓裂液需要使用增稠劑或強化劑，對地層產生不同程度的殘渣傷害、吸附傷害甚至會堵塞支撐劑填充層，不利于壓裂增產。水基壓裂液還容易造成粘土膨脹、返排困難等問題，導致油氣產層壓裂后開采效果差，甚至不能正常生產。同時，水力壓裂水資源用量巨大，對水資源及環境存在潛在的污染。據美國國家環境保護局(EPA)統計，2010年每口頁巖氣井壓裂用水量在0.76×104～2.39×104t，其中20％～85％滯留于地層。自懸浮支撐劑由傳統支撐劑和表面的可水化膨脹分子兩部分組成，遇水可以體積膨脹，降低體積密度，達到在清水中保持懸浮狀態的目的。壓裂措施后，加入破膠劑，自懸浮支撐劑破膠隨清水反排，支撐劑充填層滲透率恢復和導流恢復能力都優于其他壓裂液，地層損傷程度幾乎為零。自懸浮支撐劑綜合了傳統壓裂液和支撐劑的特性，在油氣田壓裂改造的過程中，采用自懸浮支撐劑代替傳統壓裂支撐劑，利用清水代替傳統壓裂液，實現壓裂增產。自懸浮支撐劑可以達到支撐劑低濃度運移的目的，從井口到裂縫的支撐劑分布良好，減少使用滑溜水等壓裂液化學品，大大降低壓裂成本，同時清水壓裂降低了對地層的損傷。自懸浮支撐劑能夠提高采油氣產量，簡化壓裂工藝，降低壓裂成本，具有良好的應用前景，對于壓裂增產革新具有很大意義。技術實現要素：針對現有技術存在的不足，本發明的目的是提供一種自懸浮支撐劑的實驗室制備方法。為實現上述目的，具體技術方案為：一種自懸浮支撐劑施實驗室制備方法，其制備工藝是將石英砂/陶粒/橡膠粉中的一種作為骨料，用溶劑洗凈、烘干。然后用偶聯劑浸泡、烘干，將單體和水攪拌溶解均勻，低溫條件下調節pH＝7.0，通氮氣0.5～2h，加入引發劑，持續通氮氣至溫度升高至20℃，停止通氮氣，繼續保溫反應4h，剪塊、造粒、干燥、粉碎得到自懸浮支撐劑。所述自懸浮支撐劑的實驗室制備方法，其骨料為石英砂/陶粒/橡膠粉中的一種。支撐劑尺寸為20～70目。所述的偶聯劑為KH550、KH560、KH570、KH590、KH792、A151、(CH3)2SiCl2、(C2H5)3SiCl、C3H7SiCl3中的一種或幾種，該偶聯劑溶劑為蒸餾水、乙醇、苯、甲苯、丙酮、石油醚中的一種或多種。偶聯劑濃度為骨料的0.5％～2％wt。加入乙酸或草酸調整PH至偶聯劑溶劑溶液弱酸性。所述的聚合反應(圖1)單體為丙烯酰胺/丙烯酸鈉/2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸/N-乙烯基吡咯烷酮/十八烷基二甲基烯丙基氯化銨中的幾種。所述的聚合反應交聯劑為Cr3+、Zr4+、Ti4+、硼酸、NN’-亞甲基雙丙烯酰胺酚醛樹脂、聚乙烯亞胺類中的一種或幾種。不加交聯劑制得粘彈型自懸浮支撐劑，加交聯劑制得膨脹型自懸浮支撐劑。所述的引發劑為水溶性偶氮V-044、水溶性偶氮V-50、水溶性偶氮V-061、過硫酸銨、過硫酸鉀、亞硫酸鈉、亞硫酸氫鈉、吊白塊其中的至少一種，加量為單體濃度的1×10-5～4×10-4wt過硫酸鹽、1×10-5～4×10-4wt水溶性偶氮鹽、5×10-6～2×10-4wt亞硫酸鹽。所述的自懸浮支撐劑制備過程，聚合反應溫度在0℃～45℃內，聚合物單體用量為骨料用量的1％～5％wt。所述的自懸浮支撐劑膨脹倍數為3～12倍，完全水化時間在1min～2min，具有良好的遇水膨脹懸浮性能，該自懸浮支撐劑使用砂比為5％～30％，水溶液粘度在25～900mPa.s。所述的實驗室制備方法，具體工藝流程(圖2)的步驟如下：(1)以石英砂/陶粒/橡膠粉中的一種為骨料，用蒸餾水、乙醇、苯、甲苯、丙酮、石油醚中的一種或多種洗凈，烘干。(2)用偶聯劑20℃～90℃浸泡24小時，置于烘箱中20℃～95℃度烘干。(3)將單體按照丙烯酰胺5％～15％wt、丙烯酸5％～15％wt、功能單體1％～2％wt、交聯劑0.5％～1％wt和水攪拌溶解均勻，低溫條件下用丙烯酸質量的70％wt氫氧化鈉溶液調節pH＝7.0，加入交聯劑1％～3％wt，補充水至單體濃度為10％～30％wt，調節體系溫度-5℃～45℃，通氮氣0.5～2h，加入引發劑，持續通氮氣至溫度升高至20℃，停止通氮氣，繼續保溫反應4h，剪塊、造粒、干燥、粉碎得到自懸浮支撐劑。本發明提出的壓裂施工方法及制備方法，使用方式與傳統支撐劑地面使用相同，其突出優點如下：(1)可實現清水壓裂不需要增稠劑、降阻劑。大幅降低壓裂成本。(2)水化層在2℃～193℃穩定膨脹，每個支撐劑顆粒遇水膨脹，體積密度遇水后從2.4g/cm3降低到1.3g/cm3。(3)外水凝膠層在混砂、泵入、微裂縫過程中剪切穩定。(4)121℃～176℃范圍內，清水壓裂液體粘度在25～900cps不等，運移能力是普通支撐劑3倍。(5)清水壓裂施工可降低設備泵壓需求，不會形成砂堵。(6)使用常規破膠劑破膠，可實現快速反排。(7)無需添加交聯劑，無需使用傳統壓裂液作為攜沙液，裂縫尖端支撐面積更大，獲得相比傳統壓裂更高的壓裂效率和產量。(8)不需要大型混配車，不需要配液灌，分為泵入混砂車和低壓管匯兩部分；實現完全實時混配，攜沙液為支撐劑和水一起泵入混砂車。(9)應用范圍廣，常規油氣井、非常規油氣井都可以應用該壓裂施工方法。(10)泵入的壓裂液增稠劑含量少，儲層傷害小。附圖說明圖1：自懸浮支撐劑制備的水膨體聚合反應方程式和分子結構式圖2：自懸浮支撐劑的實驗室制備工藝流程圖3：自懸浮支撐劑導流能力大型工程物理模擬砂堤形態具體實施方式下面結合附圖對本發明的具體實施作進一步描述。實施例1：表1：自懸浮支撐劑實驗室合成實施例2：表2：靜態下不同砂比粘度砂比/％510152025粘度/mPa.s28.573.5177519720施例3：表3：單顆粒自懸浮支撐劑通過155mm垂直距離沉降時間組號12345678910直徑(μm)6409205906307708701030670990640沉降時間(s)300727278380375864605308855315實施例4：排量為3.8m3/min時，3分鐘時大型物模砂堤形態見圖3。當前第1頁1 2 3