一种覆膜砂粒、其制备方法及应用

技术领域

本发明涉及支撑剂领域，特别涉及一种覆膜砂粒。

背景技术

致密油气、页岩油气等非常规储层的渗透率极低，随着非常规油气资源的不断开发，大多数非常规储层都需要通过水力压裂来进行储层改造，压裂支撑剂在油气开采中发挥着重要的作用，是水力压裂技术的关键材料之一。即利用地面泵送设备将支撑剂泵入地下后填充水力压裂产生的裂缝各处，通过支撑裂缝以防止裂缝闭合，形成具有一定几何尺寸和高导流能力的油气运输通道，从而提高油气产量并延长油井寿命，达到增产增注的目的。

目前水力压裂使用的支撑剂主要是传统支撑剂，存在强度低、易破碎、导流能力差的问题，并且压裂液返排或采油生产过程中可能会出现支撑剂回流的现象。近年来为提高压裂效果，施工砂比呈逐年提高的趋势，支撑剂回流的现象也越来越多，返排量有时候会达到支撑剂总量的20％以上。带到地面的支撑剂和地层砂都能侵蚀油嘴、阀门和其他设备；也可能导致裂缝长度和宽度减小，导流能力下降，这些都将严重影响压后油气井的产量，增加不必要的作业施工(如冲砂、检泵等)和作业费用。因此如何控制支撑剂回流一直是水力压裂中的研究难点。

发明内容

本发明之一提供了一种覆膜砂粒，其包括由外到内的外层、中间层和芯材，其中，所述外层为自成团膜、中间层为树脂膜，芯材为砂粒。

在一个具体实施方式中，形成所述自成团膜的材料为海藻酸钠、胍胶和纤维素中的至少一种。

在一个具体实施方式中，所述胍胶选自瓜尔胶、羟丙基胍胶和羧甲基羟丙基胍胶中的至少一种。

在一个具体实施方式中，所述纤维素选自羟丙基甲基纤维素、羟乙基纤维素和羧甲基纤维素中的至少一种。

在一个具体实施方式中，所述外层、中间层和芯材的质粒比为(5-15)：(5-15)：300。

在一个具体实施方式中，所述外层、中间层和芯材的质粒比为(5-15)：(4.9-14.3)：(285.7-295)。

在一个具体实施方式中，所述外层、中间层和芯材的质粒比为1：(1-2)：(20-60)。

在一个具体实施方式中，所述外层、中间层和芯材的质粒比为1：(0.95-1.94)：(19-59)。

在一个具体实施方式中，形成所述树脂膜的材料为酚醛树脂和/或环氧树脂。

在一个具体实施方式中，所述酚醛树脂为热塑性酚醛树脂和/或热固性酚醛树脂。

在一个具体实施方式中，所述环氧树脂为环氧树脂E51。

在一个具体实施方式中，所述砂粒为石英砂、陶粒砂、高岭土、煤矸石、岩屑、粉煤灰和核桃壳中的至少一种。

在一个具体实施方式中，所述的覆膜砂粒的粒径为20至40目。

本发明之二提供了一种制备如本发明之一中任意一项所述的覆膜砂粒的方法，其包括如下步骤：

1)将砂粒与硅烷偶联剂混合，进行处理，得到硅烷偶联剂处理后的砂粒；

2)将硅烷偶联剂处理后的砂粒与中间层材料树脂混合均匀，得到树脂膜包覆的砂粒；

3)在所述树脂凝固前，将所述树脂膜包覆的砂粒与外层材料混合均匀，之后固化，球磨，得到所述覆膜砂粒。

在一个具体实施方式中，在步骤1)中，将砂粒加入到水中，然后加入上述硅烷偶联剂，进行搅拌，烘干，得到所述硅烷偶联剂处理后的砂粒。

在一个具体实施方式中，在步骤3)中，在80至120℃下固化5至10min。

在一个具体实施方式中，所述砂粒与所述硅烷偶联剂的质量比为300：(5-15)。

在一个具体实施方式中，所述硅烷偶联剂处理后的砂粒与所述中间层材料树脂的质量比为300：(5-15)。

在一个具体实施方式中，所述树脂膜包覆的砂粒与外层材料的质量比为300：(5-15)。

在一个具体实施方式中，所述砂粒的粒径为20至40目。

在一个具体实施方式中，所述硅烷偶联剂为kh-550、kh-560和kh-570中的至少一种。

本发明之三提供了根据本发明之一中任意一项所述的覆膜砂粒或本发明之二中任意一项所述的方法制备得到的所述覆膜砂粒在用作支撑剂中的应用。

本发明的有益效果：

1)本发明的支撑剂可以降低支撑剂整体的相对密度和破碎率，并形成较好的圆球度和化学惰性，进一步地，根据本发明支撑剂的破碎率数据可以确定本发明的支撑剂有利于油气的排出，因此回流量会更小，同时大大提高导流能力。

2)本发明的支撑剂可以形成砂团状态，在支撑裂缝，通过裂缝中的点支撑构建稳定的通道网络，在解决支撑剂回流问题的。

3)本发明的支撑剂在制备过程中使用的砂粒和多孔复合材料均来源于工业化生产，易于获取、价格低廉，且制备方法简单，耗时时间少。

附图说明

图1显示了未覆膜石英砂不具备自聚集特性。

图2显示了实施例5制备的覆膜砂粒具备自聚集特性。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步说明，但本发明实施例仅为示例性的说明，该实施方式无论在任何情况下均不构成对本发明的限定。

热塑性酚醛树脂购自aladdin公司，CA S号：9003-35-4。

热固性酚醛树脂购自macklin公司，CA S号：9003-35-4。

环氧树脂E51购自macklin公司，CA S号：61788-97-4。

瓜尔胶购自aladdin公司，CA S号：9000-30-0。

实施例1

1)向300质量份20至40目石英砂中加入300质量份去离子水，然后加入5质量份硅烷偶联剂kh-550，25℃下以400rpm机械搅拌10min，在100℃下烘干10min，得到300质量份的硅烷偶联剂处理后的石英砂。

2)将300质量份硅烷偶联剂处理后的石英砂与5质量份热塑性酚醛树脂混合，在25℃下以400rpm机械搅拌10min，使得热塑性酚醛树脂均匀分布于石英砂表面，得到树脂膜包覆的砂粒。

3)在热塑性酚醛树脂凝固前，向300质量份树脂膜包覆的砂粒加入5质量份瓜尔胶，在25℃下以400rpm机械搅拌10min，然后在80℃下固化10min，得到外层为自成团膜，中间层为树脂膜，芯材为砂粒的颗粒。

4)放入球磨机在1000rpm条件下球磨5min，20至40目筛分包装得到一种自成团支撑剂。

实施例2

1)向300质量份20至40目石英砂中加入300质量份去离子水，然后加入5质量份硅烷偶联剂kh-560，25℃下以600rpm机械搅拌5min，在100℃下烘干10min，得到300质量份的硅烷偶联剂处理后的石英砂。

2)将300质量份硅烷偶联剂处理后的石英砂与5质量份热固性酚醛树脂混合，在25℃下以600rpm机械搅拌5min，使得热固性酚醛树脂均匀分布于石英砂表面，得到树脂膜包覆的砂粒。

3)在热固性酚醛树脂凝固前，向300质量份树脂膜包覆的砂粒加入5质量份海藻酸钠，在25℃下以600rpm机械搅拌5min，然后在100℃下固化10min，得到外层为自成团膜，中间层为树脂膜，芯材为砂粒的颗粒。

4)放入球磨机在2000rpm条件下球磨2min，20至40目筛分包装得到一种自成团支撑剂。

实施例3

1)向300质量份20至40目石英砂中加入300质量份去离子水，然后加入10质量份硅烷偶联剂kh-570，25℃下以800rpm机械搅拌5min，在120℃下烘干5min，得到300质量份的硅烷偶联剂处理后的石英砂。

2)将300质量份硅烷偶联剂处理后的石英砂与10质量份热固性酚醛树脂混合，在25℃下以800rpm机械搅拌5min，使得热固性酚醛树脂树脂均匀分布于石英砂表面，得到树脂膜包覆的砂粒。

3)在热固性酚醛树脂凝固前，向300质量份树脂膜包覆的砂粒加入5质量份的海藻酸钠，在25℃下以800rpm机械搅拌5min，然后在120℃下固化5min，得到外层为自成团膜，中间层为树脂膜，芯材为砂粒的颗粒。

4)放入球磨机在2000rpm条件下球磨2min，20至40目筛分包装得到一种自成团支撑剂。

实施例4

1)向300质量份20至40目石英砂中加入300质量份去离子水，然后加入5质量份硅烷偶联剂kh-560，25℃下以600rpm机械搅拌5min，在100℃下烘干10min，得到300质量份的硅烷偶联剂处理后的石英砂。

2)将300质量份硅烷偶联剂处理后的石英砂与5质量份环氧树脂E51混合，在25℃下以600rpm机械搅拌5min，使得环氧树脂均匀分布于石英砂表面，得到树脂包裹的砂粒。

3)在环氧树脂凝固前，向300质量份树脂膜包覆的砂粒加入5质量份的海藻酸钠，在25℃下以600rpm机械搅拌5min，然后在100℃下固化10min，得到外层为自成团膜，中间层为树脂膜，芯材为砂粒的颗粒。

4)放入球磨机在1000rpm条件下球磨5min，20至40目筛分包装得到一种自成团支撑剂。

实施例5

1)向300质量份20至40目石英砂中加入300质量份去离子水，然后加入10质量份硅烷偶联剂kh-560，在25℃下以800rpm机械搅拌5min，在100℃下烘干10min，得到300质量份的硅烷偶联剂处理后的石英砂。

2)将300质量份硅烷偶联剂处理后的石英砂与10质量份环氧树脂E51混合，在25℃下以800rpm机械搅拌5min，使得环氧树脂E51均匀分布于石英砂表面，得到树脂包裹的砂粒。

3)在环氧树脂E51凝固前，向300质量份树脂膜包覆的砂粒加入5质量份羧甲基羟丙基胍胶，在25℃下以800rpm机械搅拌5min，然后在80℃下固化10min，得到外层为自成团膜，中间层为树脂膜，芯材为砂粒的颗粒。

4)放入球磨机在2000rpm条件下球磨2min，20至40目筛分包装得到一种自成团支撑剂。

实施例6

1)向300质量份20至40目石英砂中加入300质量份去离子水，然后加入15质量份硅烷偶联剂kh-560，在25℃下以400rpm机械搅拌10min，在100℃下烘干10min，得到300质量份的硅烷偶联剂处理后的石英砂。

2)将300质量份硅烷偶联剂处理后的石英砂与15质量份环氧树脂E51混合，在25℃下以400rpm机械搅拌10min，使得环氧树脂E51均匀分布于石英砂表面，得到树脂包裹的砂粒。

3)在环氧树脂E51凝固前，向300质量份树脂膜包覆的砂粒加入15质量份羧甲基羟丙基胍胶，在25℃下以400rpm机械搅拌10min，然后在80℃下固化10min，得到外层为自成团膜，中间层为树脂膜，芯材为砂粒的颗粒。

4)放入球磨机在2000rpm条件下球磨2min，20至40目筛分包装得到一种自成团支撑剂。

试验例1

按标准SY/T5108-2006压裂支撑剂性能测试方法分别对未覆膜的石英砂以及上述实施例1至5制备的自成团支撑剂的圆度、球度、体密度、28MPa破碎率进行测试，测得支撑剂的性能如表1所示。

表1中悬浮时间为支撑剂在瓜胶溶液中能自由悬浮的最长时间。

从表1可以看出，在覆膜时加入环氧树脂的支撑剂具有接近于1的圆球度，且体密度低于一般树脂覆膜的支撑剂。

表1

试验例2

将20g实施例1至5制备的自成团支撑剂以及未覆膜石英砂分别倒入100mL的瓶子中，瓶子中填充2wt％瓜尔胶水溶液，在25℃400rpm下机械搅拌5min之后，将瓶子倒置，结果未覆膜石英砂仍为散砂，并在10s内立即掉落到底部，见图1。而覆膜后支撑剂则是整体小块下降，然后在1分钟内全部下沉，其中使用实施例5制备的自成团支撑剂的结果见图2。以上实验结果表明，处理后的砂粒具有自聚集特性，可以聚集成支撑剂团。

虽然本发明已经参照具体实施方式进行了描述，但是本领域的技术人员应该理解在没有脱离本发明的真正的精神和范围的情况下，可以进行的各种改变。此外，可以对本发明的主体、精神和范围进行多种改变以适应特定的情形、材料、材料组合物和方法。所有的这些改变均包括在本发明的权利要求的范围内。