[发明专利]一种压裂支撑剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种压裂支撑剂、一种压裂支撑剂的制备方法、以及由该方法制备得到的压裂支撑剂。

背景技术

在石油、天然气深井开采及超深井的开采过程中，高闭合压力低渗透性矿床经压裂处理后，使含油气岩层裂开，油气从裂缝形成的通道中汇集而出，压裂支撑剂随同高压溶液进入地层充填在岩层裂隙中，起到支撑裂隙不因应力释放而闭合的作用，从而保持高导流能力，使油气畅通，增加石油天然气的产量。因此，压裂支撑剂需要有一定的强度和导流能力，以满足不同深度地层的闭合应力要求。

现有的压裂支撑剂主要是陶粒（一般以铝矾土为主要原料，并经过800℃以上的高温烧结而成）和石英砂。但是陶粒和石英砂的破碎率高，在储层中压碎的陶粒易发生迁移，导流能力差。树脂包覆支撑剂近年来也得到了广泛的应用。该支撑剂可通过调节树脂的类型而得到各种不同性能的支撑剂，例如，在采集石油时，采用亲油性树脂可以提高采收率。现有的制备树脂包覆砂的方法通常是将含有骨料、树脂和固化剂的混合物混合均匀后固化。

发明内容

本发明的目的在于提供一种新的压裂支撑剂、一种压裂支撑剂的制备方法、以及由该方法制备得到的压裂支撑剂。

本发明提供了一种压裂支撑剂，其中，所述压裂支撑剂包括骨料颗粒以及依次包覆在所述骨料颗粒表面的硅烷偶联剂层和树脂层。

本发明还提供了一种压裂支撑剂的制备方法，其中，该方法包括将骨料颗粒与硅烷偶联剂混合均匀并反应，得到表面包覆有硅烷偶联剂层的骨料颗粒，并将所述表面包覆有硅烷偶联剂层的骨料颗粒与树脂混合均匀并固化。

此外，本发明还提供了由上述方法制备得到的压裂支撑剂。

现有技术的树脂包覆支撑剂通常是直接在骨料颗粒表面包覆树脂层，然而，本发明的发明人发现，采用这样的方法得到的支撑剂的破碎率较高、导流能力较差。而本发明提供的压裂支撑剂在骨料颗粒与树脂层之间加设了硅烷偶联剂层，得到的压裂支撑剂的破碎率较低、导流能力较好。推测其原因，可能是由于：骨料颗粒为无机材料，而树脂为有机材料，两者的兼容性较差，容易出现分层现象；而硅烷偶联剂实质上是一类具有有机官能团的硅烷，在其分子中不仅具有易于与无机材料结合的基团（Si）、还具有易于与有机材料（树脂等）结合的基团；在骨料颗粒与树脂层之间设置了硅烷偶联剂层之后，能够将骨料颗粒与树脂层牢固结合在一起，从而使得到的压裂支撑剂的强度增大、并由此提高其性能的稳定性和导流能力、降低其破碎率。

具体实施方式

本发明提供的压裂支撑剂包括骨料颗粒以及依次包覆在所述骨料颗粒表面的硅烷偶联剂层和树脂层。

根据本发明，所述骨料颗粒可以为现有的各种能够用于制备压裂支撑剂的颗粒状物质，例如，所述骨料颗粒可以选自原砂、矿渣、陶粒和玻璃微珠中的一种或几种。其中，所述原砂通常也被称为石英砂，其硬度为7左右，性脆而坚硬。原砂热稳定性好，加热至1500℃时开始软化，具有很好的耐酸碱腐蚀性。原砂的主要化学成分是氧化硅（SiO₂），同时含有少量的氧化铝（Al₂O₃）和氧化铁（Fe₂O₃）。

本发明对所述骨料颗粒的平均直径没有特别地限定，并可以根据实际需要进行合理地选择，例如，所述骨料颗粒的平均直径可以为0.04-5毫米，优选为0.05-2毫米，更优选为0.1-0.85mm。所述骨料颗粒的平均直径是采用筛分法测定的。即，使骨料颗粒通过不同尺寸的筛孔来测定。

根据本发明，所述骨料颗粒的圆球度可以在较宽的范围内进行选择和变动，通常来说，圆球度越好，破碎后的导流能力越强，因此，优选情况下，所述骨料颗粒的圆度和球度优选≥0.6。其中，“球度”指颗粒接近球形的程度；“圆度”指颗粒棱角的相对锐度或曲率的量度。球度和圆度的测定方法为本领域技术人员所公知，例如，可采用图版法进行测定。

本发明对所述硅烷偶联剂层的厚度没有特别地限定，可以根据实际情况进行调整，只要能够提高所述骨料颗粒与树脂层之间的结合强度即可，例如，所述硅烷偶联剂层的厚度可以为0.0001-0.001mm。

根据本发明，所述硅烷偶联剂层中的硅烷偶联剂可以为现有的各种带有有机官能团的含硅偶联剂，例如，其结构式可以如式（Ⅰ）所示：式（Ⅰ），