[发明专利]一种纳米填料支撑剂

说明书

本发明涉及有机高分子材料领域，具体涉及一种纳米填料支撑剂，按质量份数计，包括以下原料：100份单体、0.2～3份引发剂、0.2～20份增韧剂、0.1～5份改性纳米填料、0.05～2份无机分散剂、0.05～4份有机分散剂、0.2～4份表面活性剂和100～300份去离子水。本技术方案适用于深井压裂，可有效提高油、气产量。

技术领域

本发明涉及有机高分子材料领域，具体涉及一种纳米填料支撑剂。

背景技术

支撑剂是一种常用于压裂施工的材料，例如在石油开采的过程中就常用到支撑剂。将支撑剂填充到低渗透矿床的岩层裂缝中，进行高闭合压裂处理，以支撑裂缝不因应力释放而闭合，让油、气从裂缝通道中汇集而出，从而保持油、气的高导流能力，增加油、气产量，延长油、气井服务年限，提高采油、气经济效益。

目前国内外压裂工艺所用的支撑剂主要以石英砂和陶粒为主，其中石英砂因为价廉而成为目前常用的支撑剂，然而这种支撑剂存在以下缺陷：比重较大，在压裂过程中传输支撑剂时流体粘度大、泵压高、能耗大；圆度及球度低，表面不光滑，对设备的磨损严重。

申请号为201410181659.1的中国专利公开了一种聚苯乙烯支撑剂，根据质量份数，原料包括：100份单体、0.11～8份引发剂、2～10份无机分散剂、2～7份有机分散剂、0.2～1份补强剂、200～500份去离子水、0.8～3份表面活性剂；单体为苯乙烯或苯乙烯、二乙烯苯的混合物；单体中二乙烯苯的质量小于或等于苯乙烯质量的60％。该技术方案具有比重低、无静电等优点。

然而上述技术方案还存在以下缺陷：其补强剂处理过程工艺复杂、费时较长，能耗高；且上述支撑剂的强度不够高，不能用于深井压裂中；在深度较高、闭合压力较大的情况下，支撑剂容易破碎，产生大量的碎片，这些碎片在裂缝中迁移并堵塞流动通道，大大降低裂缝的导流能力，减少油、气产量。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高强度的纳米填料支撑剂，适用于深井压裂，可有效提高油、气产量。

为达到上述目的，本发明的基础方案如下：一种纳米填料支撑剂，按质量份数计，包括以下原料：100份单体、0.2～3份引发剂、0.2～20份增韧剂、0.1～5份改性纳米填料、0.05～2份无机分散剂、0.05～4份有机分散剂、0.2～4份表面活性剂和100～300份去离子水。

上述技术方案的工作原理和有益效果在于：

单体和引发剂发生自由基聚合反应，生成强度较高的高分子聚合物；

增韧剂通过共聚改性改变生成的高分子聚合物的分子骨架，增强其韧性，从而提高聚合物的抗冲击性；

改性纳米填料通过电子耦合作用填充在高分子聚合物之间的间隙里，既作为补强剂提高支撑剂的强度，又可以减少高分子聚合物内部支链的活动空间使其玻璃化温度增加，同时改性后的纳米填料可以更加均匀地分散到高分子聚合物之间，使得最终制得的支撑剂中纳米填料分布均匀，强度更高；

无机分散剂粒度均匀、比表面积大，活性高，可以吸附在单体液滴表面起机械阻隔作用，防止单体液滴粘结，进一步提高单体聚合程度；

有机分散剂可以降低单体液滴的界面张力，使单体液滴的分散程度更高，也可以增加聚合介质的粘度，阻碍单体液滴之间的碰撞粘结，同时还可以在单体液滴的表面形成保护膜防止液滴凝聚，提高单体聚合程度；

表面活性剂有良好的表面活性，可以进一步降低液滴的表面张力，使得液滴更容易分散均匀，而不至于粘结成块；

采用本技术方案的原料制得的支撑剂结构均匀程度高，内部的高分子聚合物之间的间隙小，玻璃化温度高，支撑剂强度高，可以承受较大的闭合压力，很好地适用于深井压裂，有效提高油、气产量；同时补强剂的处理工艺简单，省时省耗，可操控性强。