CN113201323B - 改性碳化硅型陶粒支撑剂及其配套压裂液体系和使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种改性碳化硅型陶粒支撑剂及其配套压裂液体系和使用方法。该支撑剂为表面带有烯烃基团的碳化硅陶粒，是通过等离子体引发聚合技术，使乙烯单体在碳化硅陶粒表面发生聚合而制得。其配套压裂液是以CO2为基液，氟碳类表面活性剂为增黏、减阻添加剂制得。该压裂液可在改性后的碳化硅陶粒表面形成强润湿，本发明的改性碳化硅型陶粒支撑剂能够克服常规石英砂/陶粒支撑剂在非极性CO2压裂液体系中分散慢，易团聚和沉降快等问题，且两者之间有较好的配伍性。
Description
技术领域
本发明属于油气勘探开发领域，具体地，涉及一种改性碳化硅型陶粒支撑剂及其配套压裂液体系和使用方法。
背景技术
随着我国页岩气等非常规油气资源开发力度的不断加大，水力压裂也成为了一种页岩气开采的主要手段。水力压裂是利用地面高压泵组，将压裂液注入地层产生人工裂缝。裂缝产生后，为了防止产生的裂缝在地应力条件下闭合，需要进一步地注入支撑剂支撑裂缝，维持裂缝导流能力，为油气流动提供通道。目前，页岩气压裂液以低粘滑溜水为主，且压裂规模巨大，达到“万方液，千方砂”规模。与北美相比，我国页岩气多分布在丘陵、山区地带，水资源匮乏，交通运输不便，同时，滑溜水的返排率较低，大量的压裂液残留在地层中，会对地层和地层水造成伤害。因此，亟需开发新的无水压裂液。
随着国家“碳中和”目标的提出，CO2无水压裂技术也受到越来越多的重视。CO2无水压裂技术即使用纯液态CO2或超临界CO2作为压裂液。与水基压裂液相比，CO2压裂液对储层伤害极小，不会产生水基压裂液对地层造成的水相圈闭伤害、黏土膨胀等问题，同时CO2分子比CH4分子更容易被页岩吸附，从而置换出CH4，并被封存在地下，实现CO2地质封存与油气开采的一体化。
但CO2无水压裂也存在一定的局限，其中突出的是CO2压裂液粘度低，携砂性能差。常规的压裂支撑剂如石英砂，石英型、莫来石型陶粒等在CO2压裂液体系中，都存在分散慢，易团聚和沉降快等缺陷。因此，本发明提供一种新的改性碳化硅型陶粒支撑剂。与常规石英砂或陶粒不同，碳化硅本身就具有一定的疏水性，再通过表面改性处理，增加其在CO2压裂液体系的沉降阻力，从而进一步地提高CO2无水压裂技术的适用性。
发明内容
本发明提供了一种改性碳化硅型陶粒支撑剂及其配套压裂液体系，支撑剂在压裂液体系中不易团聚和沉降，两者之间具体良好的配伍性。
为了实现上述目的，本发明提供以下技术方案：
改性碳化硅型陶粒支撑剂，包括碳化硅陶粒,碳化硅陶粒包括碳化硅相、石英相，其中碳化硅相含量不低于30％，所述碳化硅陶粒表面具有烯烃基团。
所述碳化硅陶粒的粒径在0.106～0.212mm之间，视密度低于1.5g/cm3。
所述烯烃基团是利用电容放电式低温等离子体装置，使改性材料在碳化硅型陶粒支撑剂表面发生聚合形成的。
所述改性材料是乙烯。
其中所述等离子体装置工作时的真空度为30-80Pa；功率密度为10-100W/cm3；等离子体激发频率为20-200KHz；反应气体流量为20-100sccm。
一种改性碳化硅型陶粒支撑剂的制备具体包括以下步骤：
S1.取适量的支撑剂原料均匀盛于玻璃平板上，放入仪器腔体内，关上试样腔体门；
S2.打开改性气体气瓶总阀和减压阀，设置功率密度、等离子激发频率和处理时间；
S3.预热低温等离子体处理仪；
S4.打开真空泵，待腔体内真空度满足条件时，打开流量阀门，放入改性气体；待流量稳定后，打开高频电源；
S5.到达处理时间后，关闭电源，关闭进气，打开放空阀；
S6.待腔体内压力恢复到常压后，关闭放空阀，打开腔门，取出样品，即得到经过改性后的支撑剂。
本发明还提供一种改性碳化硅型陶粒支撑剂配套压裂液体系，所述压裂液以液态或超临界态CO2为基液，添加氟碳类表面活性剂为增粘、减阻添加剂，在上述的改性碳化硅型陶粒支撑剂表面形成强润湿。
所述氟碳类表面活性剂添加量为压裂液体系总量的1～5wt％。
所述配套的压裂液含有与碳化硅型支撑剂表面形成物理及化学吸附的分子结构。
本发明提供的一种改性碳化硅型陶粒支撑剂配套压裂液体系的使用方法，将改性碳化硅型陶粒支撑剂与CO2压裂液以0.05～0.1的砂比进行混配，采用密闭混砂方式进行加砂压裂，加砂排量为5～10m3/min，砂比为5～10％。
优选地，所述混配在密闭混砂罐中进行。
本发明具有如下优点和效果：
1、本发明的支撑剂为碳化硅型陶粒支撑剂，与传统的石英砂、陶粒支撑剂有所不同，由于其制备过程中采用的特殊材料和工艺，使得该支撑剂表现出一定的疏水性能。
2、本发明的支撑剂为改性的碳化硅陶粒，其所使用的改性材料和改性工艺使得支撑剂骨料与改性材料之间的粘附力更强、亲和力更好，改性后的支撑剂圆球度更高、疏水性更好。
3、本发明提供的压裂液为液态或超临界态CO2压裂液，与传统水基压裂液相比储层伤害小，且具有更强的破岩能力。同时该压裂液体系与改性碳化硅型陶粒支撑剂间具有良好的配伍性。
4、本发明提供的支撑剂与压裂液，及其混配工艺能够提高页岩油气的开采效率，从而产生最佳的经济效益。
具体实施方式
结合实施例说明本发明的具体技术方案。
实施例1
S1.取50g碳化硅陶粒支撑剂均匀盛于玻璃平板上，放入仪器腔体内，关上试样腔体门；
S2.打开改性气体气瓶总阀和减压阀，将功率密度设置为35W/cm3，等离子激发频率设置为80KHz，处理时间设置为30分钟；
S3.打开低温等离子体处理仪预热20分钟；
S4.打开真空泵，待腔体内真空度达到40Pa时(保证改性气体纯度)，打开流量阀门，放入乙烯气体；
S5.待流量稳定在50sccm时，打开高频电源；
S6.处理30分钟后，关闭电源，关闭进气，打开放空阀；
S7.待腔体内压力恢复到常压后，关闭放空阀，打开腔门，取出样品，即得到经过改性后的碳化硅陶粒支撑剂。
实施例2
S1.取80g碳化硅陶粒支撑剂均匀盛于玻璃平板上，放入仪器腔体内，关上试样腔体门；
S2.打开改性气体气瓶总阀和减压阀，将功率密度设置为70W/cm3，等离子激发频率设置为150KHz，处理时间设置为40分钟；
S3.打开低温等离子体处理仪预热30分钟；
S4.打开真空泵，待腔体内真空度达到60Pa时(保证改性气体纯度)，打开流量阀门，放入乙烯气体；
S5.待流量稳定在80sccm时，打开高频电源；
S6.处理40分钟后，关闭电源，关闭进气，打开放空阀；
S7.待腔体内压力恢复到常压后，关闭放空阀，打开腔门，取出样品，即得到经过改性后的碳化硅陶粒支撑剂。
实施例3
S1.充分搅拌氟碳表面活性剂；
S2.启动加药泵将氟碳表面活性剂按质量比加入到液态或超临界CO2中，加药泵的流量调为1.5L/h；
S3.液态或超临界CO2与添加剂混合后进入加热***加热25min后得到混合均匀的压裂液；
所述氟碳表面活性剂占压裂液体系总质量的2％。
实施例4
S1.充分搅拌氟碳表面活性剂；
S2.启动加药泵将氟碳类表面活性剂按质量比加入到液态或超临界CO2中，加药泵的流量调为3.5L/h；
S3.液态或超临界CO2与添加剂混合后进入加热***加热20min后得到混合均匀的压裂液；
优选地，所述氟碳类表面活性剂占压裂液体系总质量的3％。
实施例5
S1.预冷支撑剂，将改性碳化硅型陶粒支撑剂装入密闭混砂罐中，并注入液态CO2预冷；
S2.将预冷后的改性碳化硅型陶粒支撑剂与CO2压裂液以0.06的砂比在密闭混砂罐中进行混配；
S3.将混配后的携砂液以6m3/min的排量注入井筒中。
应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进或变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围之内。
Claims (5)
1.改性碳化硅型陶粒支撑剂，其特征在于，包括碳化硅陶粒, 碳化硅陶粒包括碳化硅相、石英相，其中碳化硅相含量不低于30%，利用电容放电式低温等离子体装置，使改性材料在碳化硅型陶粒支撑剂表面发生聚合形成的；所述改性材料是乙烯；
制备具体包括以下步骤：
S1.取适量的支撑剂原料均匀盛于玻璃平板上，放入仪器腔体内，关上试样腔体门；
S2.打开改性气体气瓶总阀和减压阀，设置功率密度、等离子激发频率和处理时间；
S3.预热低温等离子体处理仪；
S4.打开真空泵，待腔体内真空度满足条件时，打开流量阀门，放入改性气体；待流量稳定后，打开高频电源；所述等离子体装置工作时的真空度为30-80Pa；功率密度为10-100W/cm3；等离子体激发频率为20-200KHz；反应气体流量为20-100sccm；
S5.到达处理时间后，关闭电源，关闭进气，打开放空阀；
S6.待腔体内压力恢复到常压后，关闭放空阀，打开腔门，取出样品，即得到经过改性后的支撑剂。
2.根据权利要求1所述的改性碳化硅型陶粒支撑剂，其特征在于，所述碳化硅陶粒的粒径在0.106~0.212mm之间，视密度低于1.5g/cm3。
3.改性碳化硅型陶粒支撑剂配套压裂液体系，其特征在于，所述压裂液以液态或超临界态CO2为基液，添加氟碳类表面活性剂为增粘、减阻添加剂，在权利要求1或2所述的改性碳化硅型陶粒支撑剂表面形成强润湿相。
4.根据权利要求3所述的改性碳化硅型陶粒支撑剂配套压裂液体系，其特征在于，所述氟碳类表面活性剂添加量为压裂液体系总量的1~5wt%。
5.根据权利要求3或4所述的改性碳化硅型陶粒支撑剂配套压裂液体系的使用方法，其特征在于，采用密闭混砂方式进行加砂压裂，加砂排量为5~10m3/min，砂比为5~10%。
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| 聚四氟乙烯微粉的表面改性及其在橡胶中应用的研究进展;张永章; 王晗; 姜建英; 安振清; 肖建斌;《橡胶科技》;20211015;第19卷(第10期);第437-478页 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN113201323A (zh) | 2021-08-03 |
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