[发明专利]一种压裂支撑剂及其制备方法和深井压裂方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种压裂支撑剂及其制备方法和深井压裂方法。

背景技术

在石油、天然气深井开采及超深井的压裂工艺中，都会用到压裂支撑剂，压裂支撑剂的作用是在地层中形成一条高导流能力的填砂裂缝，为油气流的流通提供高渗透性的通道。因此，压裂支撑剂需要有一定的强度，以满足不同深度地层的闭合应力要求。此外，压裂支撑剂在压裂输送过程中的沉降也影响缝中铺砂浓度和填砂裂缝的导流能力，因此压裂支撑剂应具有较低的比重。

现今，油田应用较多的压裂支撑剂主要是陶粒和石英砂。其中，陶粒是以铝矾土为主要原料并经过800℃以上的高温烧结而成的，制备工艺复杂。由于铝矾土为矿产资源，其在我国的储量有限，因此成本较高，且陶粒的生产能耗较高，因此，陶粒的应用不符合长远经济发展的需要。而石英砂只适用于闭合压力为28MPa以下的地层，应用范围较窄。

发明内容

本发明的目的在于克服现有的陶粒压裂支撑剂成本高、制备工艺复杂，石英砂压裂支撑剂的应用范围窄的缺陷，提供一种成本低廉、免烧结、无需烧结工艺且制备方法简单的并可应用于闭合压力为70MPa以下的地层的低体密度压裂支撑剂。

本发明提供了一种压裂支撑剂，其中，所述压裂支撑剂为将含有原砂和覆膜粘结剂的混合物经固化剂固化而形成的产物；所述覆膜粘结剂为钠水玻璃和/或钾水玻璃；所述固化剂为粉煤灰，以及水泥和/或偏高岭土的混合物。

本发明还提供了一种压裂支撑剂的制备方法，其中，该方法包括分别将覆膜粘结剂和固化剂分多次与原砂混合，并将得到的混合物进行固化；所述覆膜粘结剂为钠水玻璃和/或钾水玻璃；所述固化剂为粉煤灰，以及水泥和/或偏高岭土的混合物。

本发明还提供了一种深井压裂方法，该方法包括在深井的底层中形成裂缝，并将压裂支撑剂填充在裂缝中，其中，所述压裂支撑剂为本发明提供的压裂支撑剂。

本发明提供的压裂支撑剂，采用钠水玻璃和/或钾水玻璃强碱溶液作为覆膜粘结剂，与原砂混合后经固化剂直接固化而制备得到，所述压裂支撑剂的制备方法简单，免除了现有技术中的烧结等工艺步骤，且在生产过程中无任何能源消耗，因而成本低廉，此外，得到的压裂支撑剂具有较好的抗破碎率以及较强的抗酸腐蚀性，完全能够达到使用要求，可用于闭合压力为70MPa以下的地层，应用范围较宽；更重要的是，本发明提供的压裂支撑剂的体积密度更低、质量更轻，因此，更易于通过液体将更多的压裂支撑剂携带至地层深处的裂缝中，便于压裂施工的开展，降低压裂施工的成本。

具体实施方式

按照本发明，所述压裂支撑剂为将含有原砂和覆膜粘结剂的混合物经固化剂固化而形成的产物；所述覆膜粘结剂为钠水玻璃和/或钾水玻璃；所述固化剂为粉煤灰，以及水泥和/或偏高岭土的混合物。

按照本发明，所述原砂、覆膜粘结剂以及固化剂的用量的可选择范围较宽，并可以在较宽泛的范围内调整，优选情况下，以100重量份原砂为基准，覆膜粘结剂的用量可以为10-50重量份，优选为20-30重量份，固化剂的用量可以20-125重量份，优选为40-50重量份；且，本发明的发明人发现为了更利于在原砂表面形成覆膜，并防止结块，以及防止在砂体表面产生孔隙而降低砂粒强度，覆膜粘结剂与固化剂的重量比优选为1∶1.5-2.5。

其中，所述固化剂为粉煤灰，以及水泥和/或偏高岭土的混合物。在所述混合物中，对粉煤灰以及水泥和/或偏高岭土的比例没有特别限定，只要该混合物能够起到使覆膜粘结剂固化的作用即可，优选情况下，以固化剂的总重量为基准，粉煤灰的含量可以为50-90重量％，优选为70-80重量％；水泥或偏高岭土的含量，或者水泥和偏高岭土的总含量可以为10-50重量％，优选为20-30重量％。更优选情况下，当同时使用水泥和偏高岭土时，其固化效果更理想，得到的压裂支撑剂的抗破碎率更高，其中，水泥与偏高岭土的重量比可以为1-2∶1。

按照本发明，所述原砂通常被称为石英砂，其硬度为7左右，性脆而坚硬。石英砂热稳定性好，加热至1500℃时开始软化，溶于氢氟酸，不溶于其它类酸碱。