CN107201221A - 一种co2干法压裂功能材料包覆支撑剂的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种CO2干法压裂功能材料包覆支撑剂的方法，包括以下的实施步骤：1)将陶粒或石英砂支撑剂的表面清洗、干燥备用；2)使用硅烷偶联剂对陶粒或石英砂支撑剂的表面进行处理；3)将液态CO2稠化剂功能材料包覆在经步骤2)处理后的陶粒或石英砂支撑剂表面，干燥备用。包覆在支撑剂表面的稠化剂功能材料与实际液态CO2中的稠化剂一致，分子结构相似相容，从而提高支撑剂自身悬浮性；本发明弥补了目前CO2干法压裂液携砂能力的不足，实际压裂过程中将经过液态CO2稠化剂功能材料包覆的支撑剂和纤维材料装入密闭混砂罐中，利用稠化剂和纤维协同作用，提升液体CO2携砂效果，提升施工规模，保障压裂效果。
Description
技术领域
本发明属于石油压裂技术领域，具体涉及一种CO2干法压裂功能材料包覆支撑剂的方法。
背景技术
CO2干法压裂技术使用100％液态CO2作为压裂介质，首先将支撑剂加压降温到液态CO2的储罐压力和温度，在专用混砂机内与液态CO2混合，然后用高压压裂泵泵入井筒进行压裂。CO2干法压裂面临的主要问题是压裂施工条件下液态CO2黏度仅为0.02～0.16mPa·s，悬砂能力差，滤失量大，不利于压裂造缝，甚至导致施工失败。有研究者提出通过提高液态CO2的泵送速度来提高其悬砂能力，然而，提高流速将大大增加施工过程中的摩阻损耗，从而提高对施工设备的耐压要求，增加安全隐患；另外，液态CO2进入裂缝后，其流速将大幅度降低，在裂缝中湍流现象消失，携砂能力急剧下降，导致在近井裂缝中形成砂堵，造成施工失败。
另一种方法是使用增稠剂提高液态CO2的黏度，然而，液态CO2是一种非极性溶剂，仅与非极性溶质良好互溶，溶质分子之间没有键合力，因而提黏十分困难。研究人员先后测试了苯乙烯-氟化丙烯酸共聚物、氟化AOT衍生物、12-羟基硬脂酸等多种聚合物对液态CO2的黏度改性效果，仅苯乙烯-氟化丙烯酸共聚物在加量5％的情况下将CO2提黏超过100倍，但其成本高、黏度改性效果差。中国石油大学(北京)压裂酸化实验室研发了一种高级脂肪酸酯作为液态CO2的增稠剂，该增稠剂在加量0.25％～2.50％条件下，可将液态CO2提黏17～184倍，大大提高了增黏效率。目前，该增稠剂已成功应用于鄂尔多斯盆地长庆气田苏东xx井液态CO2压裂施工现场，使用该增稠剂后液态CO2悬砂性能良好且满足现场压裂施工要求。向压裂液中添加可降解纤维也能少量增加液态CO2的悬砂能力，降低摩阻，此外，研发新型超低密度支撑剂也是提升携砂效果的可行之路。现阶段应用的低密度陶粒支撑剂密度小于1.45g/cm3，要满足CO2干法压裂需求应进一步降低支撑剂的密度至1.0～1.3g/cm3。
虽然有以上提高CO2干法压裂携砂效果的多种技术，但从现场应用效果来看，液态CO2携砂效果仍不能满足压裂需求，目前CO2干法压裂加砂量仍不到15方，远小于常规水力压裂，虽然取得一定压裂效果，但仍有较大提升空间。同时，目前致密油气、页岩油气等非常规油气资源是能源接替的主要方向，该类储层需要实施较大规模、排量的体积压裂，由于CO2干法压裂施工规模受限，这已成为制约CO2干法压裂在该领域大面积推广应用的技术瓶颈。
发明内容
本发明的主要目的是针对目前液态CO2稠化提粘困难，携砂效果不能满足压裂需求，导致施工规模过小，压裂效果难以保障等问题，为了弥补目前CO2干法压裂液携砂能力的不足，进一步提高液态CO2携砂效果，提升CO2干法压裂规模，保障压裂效果，本发明提供了一种CO2干法压裂功能材料包覆支撑剂的方法。
本发明根据一些分子材料性质相似相容，性质互补，相互改性的机理，提供了一种CO2干法压裂功能材料包覆支撑剂的方法，包括如下的实施步骤：
1)根据井况、压裂工艺选取陶粒或石英砂支撑剂，并将陶粒或石英砂支撑剂的表面清洗、干燥备用；
2)使用硅烷偶联剂对陶粒或石英砂支撑剂的表面进行处理；
3)将液态CO2稠化剂功能材料包覆在表面经过偶联剂处理后的陶粒或石英砂支撑剂表面，干燥备用。
所述的步骤2)中使用硅烷偶联剂对陶粒或石英砂支撑剂的表面进行处理的方法为喷雾或混合搅拌的方式，所述的喷雾方式具体指将硅烷偶联剂均匀喷敷于陶粒或石英砂支撑剂的表面；所述的混合搅拌的方式具体指在搅拌混合罐中先后加入陶粒或石英砂支撑剂和硅烷偶联剂，保持搅拌罐温度在50-100摄氏度，搅拌混合均匀后干燥备用。
所述的加入搅拌混合罐中的硅烷偶联剂及陶粒或石英砂支撑剂的质量百分比为(0.1-1):100。
所述的步骤3)将液态CO2稠化剂功能材料包覆在表面经过偶联剂处理后的陶粒或石英砂支撑剂表面的方法为喷雾或混合搅拌的方式，所述的喷雾方式具体指将液态CO2稠化剂功能材料均匀喷敷于表面经过硅烷偶联剂处理的陶粒或石英砂支撑剂的表面；所述的混合搅拌的方式具体指在搅拌混合罐中先后加入陶粒或石英砂支撑剂和液态CO2稠化剂功能材料，保持搅拌罐温度在50-100摄氏度，搅拌混合均匀后干燥备用。
所述的液态CO2稠化剂功能材料为脂肪酸甘油酯、苯乙烯-氟化丙烯酸共聚物、氟化AOT衍生物或12-羟基硬脂酸等中的一种。
所述的苯乙烯-氟化丙烯酸共聚物的分子量为100万～1000万。
所述的步骤1)陶粒或石英砂支撑剂的粒径为20/40目、40/70目。
所述的步骤2)硅烷偶联剂是一类在分子中同时含有两种不同化学性质基团的有机硅化合物，其化学通式为YSiX3，式中，Y为非水解基团，包括链烯基以及末端带有Cl、NH2、SH、环氧、N3、(甲基)丙烯酰氧基、异氰酸酯基等官能团的烃基，即碳官能基；X为可水解基团，包括Cl、Ome、Oet、OC2H4OCH3、OSiMe3及OAc等。
本发明的技术效果为：
1、利用支撑剂表面改性提升液态CO2稠化剂功能材料的包覆效果，表面经过处理的支撑剂更易与有机分子结合，将液态CO2稠化剂功能材料采取喷雾或混合搅拌的方式包覆在表面经过处理的支撑剂表面；包覆在支撑剂表面的稠化剂功能材料要与实际液态CO2中的稠化剂一致，均为脂肪酸甘油酯、苯乙烯-氟化丙烯酸共聚物、氟化AOT衍生物或12-羟基硬脂酸等，以保证压裂过程中支撑剂表面包覆的稠化剂与液态CO2中的稠化剂相似相容，从而提高支撑剂自身悬浮性。
2、根据液态CO2或超临界CO2性质，使用液态CO2稠化剂功能材料对支撑剂表面进行包覆处理，使其能与二氧化碳压裂液较好配伍，同时具备表面改性降低摩阻功能，弥补目前CO2干法压裂液携砂能力的不足，实际压裂过程中将经过液态CO2稠化剂功能材料包覆的支撑剂和表面改性纤维材料装入密闭混砂罐中，利用稠化剂和纤维协同作用，提升液体CO2携砂效果，提升CO2干法压裂施工规模，保障压裂效果。
具体实施方式
实施例1
一种CO2干法压裂功能材料包覆支撑剂的方法，包括如下的实施步骤：
1)根据井况、压裂工艺选取陶粒或石英砂支撑剂，并将陶粒或石英砂支撑剂的表面清洗、干燥备用；
2)使用硅烷偶联剂对陶粒或石英砂支撑剂的表面进行处理；
3)将液态CO2稠化剂功能材料包覆在表面经过偶联剂处理后的陶粒或石英砂支撑剂表面，干燥备用。
液态CO2是一种非极性溶剂，仅与非极性溶质良好互溶，溶质分子之间没有键合力，因而提黏十分困难，目前主要采用高级脂肪酸酯、苯乙烯-氟化丙烯酸共聚物、氟化AOT衍生物、12-羟基硬脂酸等作为液态CO2的稠化剂进行黏度改性，但黏度改性效果差，本发明根据液态CO2或超临界CO2性质，使用脂肪酸甘油酯、苯乙烯-氟化丙烯酸共聚物、氟化AOT衍生物或12-羟基硬脂酸等液态CO2稠化剂功能材料对支撑剂表面进行包覆处理，以保证压裂过程中支撑剂表面包覆的液态CO2稠化剂功能材料与液态CO2中的稠化剂相似相容，从而提高支撑剂自身悬浮性，大大提高了增黏效率；同时具备表面改性降低摩阻功能，弥补目前CO2干法压裂液携砂能力的不足，实际压裂过程中将经过液态CO2稠化剂功能材料包覆的支撑剂和表面改性纤维材料装入密闭混砂罐中，利用稠化剂和纤维协同作用，提升液体CO2携砂效果，提升CO2干法压裂施工规模，保障压裂效果。
实施例2
在实施例1的基础上，所述的陶粒支撑剂的粒径为20/40目、40/70目，其选择依据行业标准SY/T 6302-1997《压裂支撑剂充填层短期导流能力评价推荐方法》。
偶联剂一般由两部分组成：一部分是亲无机基团，可与无机填充剂或增强材料作用；另一部分是亲有机基团。按偶联剂的化学结构及组成分为有机铬络合物、硅烷类、钛酸酯类和铝酸化合物四大类，其中硅烷偶联剂是一类在分子中同时含有两种不同化学性质基团的有机硅化合物，其化学通式为YSiX3，式中，Y为非水解基团，包括链烯基以及末端带有Cl、NH2、SH、环氧、N3、(甲基)丙烯酰氧基、异氰酸酯基等官能团的烃基，即碳官能基；X为可水解基团，包括Cl、Ome、Oet、OC2H4OCH3、OSiMe3及OAc等，由于这一特殊结构，在其分子中同时具有能和无机质材料(如玻璃、硅砂、金属等)化学结合的反应基团及与有机质材料(合成树脂等)化学结合的反应基团，可以用于表面处理。
本发明由以下技术措施实现：一种CO2干法压裂功能材料包覆支撑剂的方法，包括：
步骤1)、根据具体井选取粒径为20/40目、40/70目的陶粒或石英砂支撑剂，并将陶粒或石英砂支撑剂表面清洗、干燥备用；
步骤2)、将硅烷偶联剂均匀喷雾支撑剂表面，或在搅拌混合罐中先后加入陶粒或石英砂支撑剂和硅烷偶联剂，陶粒或石英砂支撑剂和硅烷偶联剂的质量百分比为(0.1-1):100，保持搅拌罐温度在50-100摄氏度，搅拌混合均匀后干燥备用；
步骤3)、表面经过处理的支撑剂更易与有机分子结合，采取喷雾或混合搅拌的方式，将液态CO2稠化剂功能材料包覆在表面经过硅烷偶联剂处理后的陶粒或石英砂支撑剂表面，干燥备用。
所述的液态CO2稠化剂功能材料与实际液态CO2中的稠化剂一致，一般为高级脂肪酸酯、苯乙烯-氟化丙烯酸共聚物、氟化AOT衍生物或12-羟基硬脂酸等，以保证压裂过程中支撑剂表面包覆的稠化剂与液态CO2中的稠化剂相似相容，从而提高支撑剂自身的悬浮性。
实施例3
在上述实施例的基础上，本发明提供了一种CO2干法压裂功能材料包覆支撑剂的方法，包括：
步骤1)、选取粒径为20/40目的陶粒支撑剂，并将陶粒支撑剂表面清洗、干燥备用；
步骤2)、将硅烷偶联剂均匀喷雾于陶粒或石英砂支撑剂表面；
步骤3)、将脂肪酸甘油酯均匀喷敷于经过步骤2)处理后的陶粒支撑剂的表面，干燥备用。
实施例4
在上述实施例的基础上，本发明提供了一种CO2干法压裂功能材料包覆支撑剂的方法，包括：
步骤1)、选取石英砂支撑剂，并将石英砂支撑剂表面清洗、干燥备用；
步骤2)、在搅拌混合罐中先后加入石英砂支撑剂和硅烷偶联剂，石英砂支撑剂和偶联剂加入的质量百分比为1:100，保持搅拌罐温度在50-100摄氏度，搅拌混合均匀后干燥备用；
步骤3)、将分子量为100万的苯乙烯-氟化丙烯酸共聚物均匀喷敷于经过步骤2)处理后的石英砂支撑剂的表面，干燥备用。
实施例5
在上述实施例的基础上，在上述实施例的基础上，本发明提供了一种CO2干法压裂功能材料包覆支撑剂的方法，包括：
步骤1)、选取粒径为20/40目的陶粒支撑剂，并将陶粒支撑剂表面清洗、干燥备用；
步骤2)、在搅拌混合罐中先后加入陶粒支撑剂和硅烷偶联剂，陶粒支撑剂和硅烷偶联剂加入的质量百分比为0.1:100，保持搅拌罐温度在50-100摄氏度，搅拌混合均匀后干燥备用；
步骤3)、在搅拌混合罐中先后加入经过步骤2)处理后的陶粒支撑剂和12-羟基硬脂酸，保持搅拌罐温度在50-100摄氏度，搅拌混合均匀后干燥备用。
实施例6
在上述实施例的基础上，在上述实施例的基础上，本发明提供了一种CO2干法压裂功能材料包覆支撑剂的方法，包括：
步骤1)、选取粒径为40/70目的陶粒支撑剂，并将陶粒支撑剂表面清洗、干燥备用；
步骤2)、将硅烷偶联剂均匀喷雾于陶粒支撑剂表面；
步骤3)、在搅拌混合罐中先后加入经过步骤2)处理后的陶粒支撑剂和氟化AOT衍生物，保持搅拌罐温度在50-100摄氏度，搅拌混合均匀后干燥备用。
上述实施例仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以下实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。
Claims (8)
1.一种CO2干法压裂功能材料包覆支撑剂的方法，其特征在于，包括如下的实施步骤：
1)根据井况、压裂工艺选取陶粒或石英砂支撑剂，并将陶粒或石英砂支撑剂的表面清洗、干燥备用；
2)使用硅烷偶联剂对陶粒或石英砂支撑剂的表面进行处理；
3)将液态CO2稠化剂功能材料包覆在表面经过偶联剂处理后的陶粒或石英砂支撑剂表面，干燥备用。
2.根据权利要求1所述的一种CO2干法压裂功能材料包覆支撑剂的方法，其特征在于：所述的步骤2)中使用硅烷偶联剂对陶粒或石英砂支撑剂的表面进行处理的方法为喷雾或混合搅拌的方式，所述的喷雾方式具体指将硅烷偶联剂均匀喷敷于陶粒或石英砂支撑剂的表面；所述的混合搅拌的方式具体指在搅拌混合罐中先后加入陶粒或石英砂支撑剂和硅烷偶联剂，保持搅拌罐温度在50-100摄氏度，搅拌混合均匀后干燥备用。
3.根据权利要求3所述的一种CO2干法压裂功能材料包覆支撑剂的方法，其特征在于：所述的加入搅拌混合罐中的硅烷偶联剂及陶粒或石英砂支撑剂的质量百分比为(0.1-1):100。
4.根据权利要求1所述的一种CO2干法压裂功能材料包覆支撑剂的方法，其特征在于：所述的步骤3)将液态CO2稠化剂功能材料包覆在表面经过偶联剂处理后的陶粒或石英砂支撑剂表面的方法为喷雾或混合搅拌的方式，所述的喷雾方式具体指将液态CO2稠化剂功能材料均匀喷敷于表面经过硅烷偶联剂处理的陶粒或石英砂支撑剂的表面；所述的混合搅拌的方式具体指在搅拌混合罐中先后加入陶粒或石英砂支撑剂和液态CO2稠化剂功能材料，保持搅拌罐温度在50-100摄氏度，搅拌混合均匀后干燥备用。
5.根据权利要求1所述的一种CO2干法压裂功能材料包覆支撑剂的方法，其特征在于：所述的液态CO2稠化剂功能材料为脂肪酸甘油酯、苯乙烯-氟化丙烯酸共聚物、氟化AOT衍生物或12-羟基硬脂酸中的一种。
6.根据权利要求5所述的一种CO2干法压裂功能材料包覆支撑剂的方法，其特征在于：所述的苯乙烯-氟化丙烯酸共聚物的分子量为100万～1000万。
7.根据权利要求1所述的一种CO2干法压裂功能材料包覆支撑剂的方法，其特征在于：所述的步骤1)陶粒或石英砂支撑剂的粒径为20/40目、40/70目。
8.根据权利要求1所述的一种CO2干法压裂功能材料包覆支撑剂的方法，其特征在于：所述的步骤2)硅烷偶联剂是一类在分子中同时含有两种不同化学性质基团的有机硅化合物，其化学通式为YSiX3，式中，Y为非水解基团，包括链烯基以及末端带有Cl、NH2、SH、环氧、N3、(甲基)丙烯酰氧基、异氰酸酯基的烃基，即碳官能基；X为可水解基团，包括Cl、Ome、Oet、OC2H4OCH3、OSiMe3及OAc。
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