[发明专利]一种利用白泥制备超低密度压裂支撑剂的方法

说明书

技术领域

本发明属于压裂采油技术领域，具体涉及一种利用白泥制备超低密度压裂支撑剂的方法。

背景技术

压裂支撑剂是为了支撑油气井水力压裂过程中产生的裂缝，增强地层的导流能力，提高油、气的产量而广泛应用的一种固体颗粒。理想的支撑剂应该具有以下特点：(1)强度高，用于深井作业不会被压碎；(2)相对密度小，便于泵入地下；(3)化学惰性好，能抵抗地层中水体的侵蚀，在高温下同样稳定；(4)圆球度好，以保持支撑剂颗粒间较好的空隙。

现有的支撑剂主要分为三种类型。以铝矾土等矿物原料制备石油压裂陶粒支撑剂的研制已有许多文献和专利报道。陶粒类支撑剂不仅价格昂贵，更重要的是由于相对密度大，在施工中要求携砂液的粘度必须很高，而这种高粘度携砂液通常为有机高分子溶液(例如：胍胶)，压裂能耗大、成本高且污染环境和破坏地层渗透率。

第二类支撑剂主要是一些天然物质如石英砂(US patent 5,420，174 to Deprawshad et al；US patent 5,218,038 to Johnson et al and US patent 5,639,806 to Johnson et al:EP patent No.0542397)。这类支撑剂便宜易得，相对密度约为2.5.中浅井中应用石英砂为支撑剂都有一定的成功率。但因砂子强度不够(开始破碎时的压力约为25MPa)，在闭合应力较高的情况下，就会破碎，产生大量的碎片和细粉砂。这些细粉砂在裂缝中迁移并堵塞裂缝，从而降低裂缝的导流能力。在水力压裂作业中，使用这种类型的支撑剂还有一个不可克服的缺点，即他们均会嵌入地层或在油气井投入生产时发生支撑剂反吐或裂缝排空现象。

第三类是有机树脂涂覆型支撑剂。这些树脂主要包括环氧树脂，呋喃，酚醛树脂或他们的混合物。树脂的含量一般是被涂覆颗粒重量的1-8％，颗粒物质可以是砂、陶粒、粉碎过的核桃壳或其他颗粒物质。中国专利200710188410公开了“低密度支撑剂的制备方法及制备工艺”，中国专利201010278084公开了“一种纤维复合防砂材料及其制备方法”，分别利用植物纤维或者纤维材料作为原料，有机固化免烧结成型或掺入压裂液中起到防沙导油的作用，并且具有较低的密度，它们在使用过程中只需要用自来水或者盐水作为压裂液就可以满足压裂采油的要求，这类支撑剂称为超低密度压裂支撑剂。但这类支撑剂往往有着强度低和耐温性差以及成本高的缺陷。

由此，研发一种高强度、低密度、低成本的压裂支撑剂，对于提高我国油气产量及品位至关重要；此外，将其推广应用于压裂采油技术中，不会带来环境二次污染并且降低了其制作成本，将具有明显的环境示范效益和经济效益，并符合我国可持续发展战略要求。

发明内容

本发明旨在提供一种强度高、密度低、成本低、工艺简单的压裂支撑剂的制备方法。

为达到上述目的，采用技术方案如下：

一种利用白泥制备超低密度压裂支撑剂的方法，包括以下步骤：

1)取白泥、偶联剂分散于甲苯中搅拌，反应结束后抽滤、烘干，得改性白泥；所述白泥为粉煤灰提铝残渣；偶联剂加入量为白泥的1-5wt％；

2)以水为分散介质，加入分散剂后加入改性白泥，然后滴加溶有交联剂和引发剂的单体溶液进行聚合反应，过滤、洗涤、烘干得到超低密度石油压裂支撑剂；其中，聚合反应按质量比水：分散剂：白泥：单体：交联剂：引发剂＝140:0.4～1.2:2～6:15～30:3.0～5.0:0.25～0.45进行。

按上述方案，所述偶联剂为硅烷偶联剂或铝酸酯偶联剂。

按上述方案，所述分散剂为Mg(OH)₂。

按上述方案，所述交联剂为二乙烯苯或者环戊二烯。

按上述方案，所述引发剂为过氧化苯甲酰。

按上述方案，所述聚合反应60℃下加入分散剂，单体溶液滴加完后升温到75-80℃反应0.5-1h、85℃反应1-2h、90-95℃反应1h结束。

白泥是一种火力发电厂废弃物粉煤灰提铝残渣，主要成分为Si和Al，与大部分无机矿物成分相近，可用于建筑砌块，制砖，制低档混凝土。但很大一部分仍然用于填坑、铺路，其综合利用率低，各级政府都很重视白泥的处理问题，但目前还没有更好的利用方法。本发明的技术方案是以改性的白泥为无机添加剂，MMA为有机单体采用悬浮聚合的方法制备复合型支撑剂。这样制得的支撑剂既有高分子聚合物的低密度和高韧性，又有无机物的强度和耐温性，并且白泥与大分子链PMMA相互作用，阻碍聚合物大分子链的运动从而提高整体的耐温性和抗压强度。