一种利用疏水气凝胶涂层实现缓沉的压裂支撑剂及其制备方法与流程

本发明属于油气井增产，具体涉及一种利用疏水气凝胶涂层实现缓沉的压裂支撑剂及其制备方法。

背景技术：

1、水力压裂是提升油气田产能的关键措施，在油气增产领域取得了显著成果。该技术利用地面泵车组将高压液体注入井中以创建裂缝，同时注入含有支撑剂的携砂液填充裂缝。当关井返排后裂缝闭合，支撑剂则留在裂缝中防止裂缝闭合，形成稳定的高效导流裂缝通道，以实现增产效果。支撑剂的有效悬浮在压裂中至关重要，过快的沉降会导致支撑剂无法进入裂缝，影响有效支撑。

2、目前压裂技术中使用的支撑剂主要有石英砂、陶粒及其改性产品。传统压裂液需要提高液体粘度以保障支撑剂的悬浮性能，但是高粘度携砂液存在地层伤害和堵塞等问题，因此低粘度滑溜水压裂技术成为高效经济的开发途径。为保持支撑剂在低粘液体中良好的悬浮特性，针对支撑剂的改性目前主要集中在两个方面。其一是降低支撑剂相对密度，提高悬浮性，如低密度、超低密度支撑剂。然而，这些支撑剂制备复杂、成本高、抗压强度低且易破碎。其二是通过支撑剂表面涂覆化学涂层，如在支撑剂表面涂覆一层溶胀性高分子，涂层在使用时吸水膨胀从而使支撑剂悬浮以悬浮支撑剂。然而，这些涂层容易变形，与支撑剂结合不稳定，甚至可能会引起裂缝内孔道和喉道堵塞等危害。

3、针对现有的低密度、超低密度支撑剂存在的制备复杂、成本高、抗压强度低且易破碎，以及表面涂覆化学涂层的支撑剂容易变形，与支撑剂结合不稳定，甚至可能会引起裂缝内孔道和喉道堵塞的技术问题，因此，迫切需要新技术以提升支撑剂的悬浮性，解决目前油气井增产技术领域亟待解决的难题。这项新技术需要克服传统支撑剂的问题，保持在低粘度液体中的悬浮性能，从而在水力压裂中提高支撑剂的效能，为产能提升提供更可行的解决方案。

技术实现思路

1、为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种利用疏水气凝胶涂层实现缓沉的压裂支撑剂及其制备方法，以解决现有的低密度、超低密度支撑剂存在的制备复杂、成本高、抗压强度低且易破碎，以及表面涂覆化学涂层的支撑剂容易变形，与支撑剂结合不稳定，甚至可能会引起裂缝内孔道和喉道堵塞的技术问题。

2、为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

3、本发明公开了一种利用疏水气凝胶涂层实现缓沉的压裂支撑剂的制备方法，包括以下步骤：

4、s1：将三甲基甲氧基硅烷、有机硅烷偶联剂、甲基三乙氧基硅烷和有机溶剂搅拌混合均匀，加入酸性物质调节ph值为2～3，充分水解后，得到二氧化硅水溶胶；然后加入碱性物质调节ph值为7～8，搅拌混合均匀，形成凝胶溶液；

5、s2：将支撑剂和步骤s1制得的凝胶溶液混合进行流化喷涂，固化后形成凝胶，经后处理，形成二氧化硅气凝胶后，得到利用疏水气凝胶涂层实现缓沉的压裂支撑剂。

6、优选地，步骤s1中，三甲基甲氧基硅烷：有机硅烷偶联剂：甲基三乙氧基硅烷：有机溶剂的摩尔比为(0.2-0.5)：1：3：5；水解温度为45-55℃。

7、优选地，步骤s1中，有机硅烷偶联剂为：正硅酸乙酯、正硅酸甲酯、正硅酸四乙酯和正硅酸丁酯中的任意一种；有机溶剂为：异丙醇、甲醇、乙醇、环己烷、正己烷和乙酸乙酯中的任意一种。

8、优选地，步骤s1中，酸性物质为：盐酸、硝酸和草酸中的任意一种；碱性物质为：氨水、碳酸钠和碳酸氢钠中的任意一种。

9、优选地，步骤s2中，凝胶溶液与支撑剂的质量比为(5-15)：100。

10、优选地，步骤s2中，流化喷涂的温度为45-50℃，流速为1.0～1.2m/s。

11、优选地，步骤s2中，后处理包括在45-50℃下老化48-60h，在75-80℃下烘干12-14h。

12、优选地，步骤s2中，支撑剂为40-120目的石英砂和陶粒中的任意一种。

13、本发明还公开了上述制备方法制得的利用疏水气凝胶涂层实现缓沉的压裂支撑剂，包括位于内部的内核支撑剂颗粒、位于中间的外层气凝胶包覆层，以及位于最外层的基于荷叶效应产生的气膜。

14、本发明还公开了上述利用疏水气凝胶涂层实现缓沉的压裂支撑剂在水力压裂中的应用。

15、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

16、本发明公开了一种利用疏水气凝胶涂层实现缓沉的压裂支撑剂的制备方法，通过引入富含甲基的三甲基甲氧基硅烷制备一种具有疏水性的二氧化硅气凝胶，在固化之前利用流化喷涂将凝胶液均匀喷涂在支撑剂表面，经后处理在支撑剂表面形成一层疏水改性的气凝胶，由于疏水性二氧化硅气凝胶在支撑剂表面形成的特殊乳突结构，表面将会产生荷叶效应从而形成一层气膜，这层气膜与其本身特殊的多孔性结构最终形成可以在清水中自由悬浮的利用疏水气凝胶涂层实现缓沉的压裂支撑剂。通过在支撑剂表面涂覆疏水改性的二氧化硅气凝胶，有效地增强了支撑剂的悬浮性能。一方面，是由于二氧化硅气凝胶易附着在支撑剂表面，且二氧化硅气凝胶具有多孔结构，被二氧化硅气凝胶覆膜的支撑剂密度将会降低。另一方面，经过疏水改性的二氧化硅气凝胶喷覆在支撑剂表面会形成一层微纳米结构的乳突，这些疏水性的凸起在二氧化硅气凝胶表面将产生荷叶效应，从而形成气膜。制得的利用疏水气凝胶涂层实现缓沉的压裂支撑剂具有优异的悬浮性、稳定性，被气膜和气凝胶包覆的支撑剂可以在水中自由悬浮，减少了对流体粘弹性的要求，可以应用于更多压裂场景，且无需使用大量有机增稠剂，减少了对储层的伤害，制备过程简单、成本低廉且环境友好，对于油气藏的增产具有重要的意义。

17、本发明还公开了上述制备方法制得的利用疏水气凝胶涂层实现缓沉的压裂支撑剂，包括内核支撑剂颗粒、外层气凝胶包覆层和基于荷叶效应产生的气膜，具有优异的悬浮性、稳定性，可以在水中自由悬浮，减少了对流体粘弹性的要求，可以应用于更多压裂场景，且无需使用大量有机增稠剂，减少了对储层的伤害。

18、本发明还公开了上述利用疏水气凝胶涂层实现缓沉的压裂支撑剂在水力压裂中的应用，该利用疏水气凝胶涂层实现缓沉的压裂支撑剂能够有效悬浮在压裂中，形成稳定的高效导流裂缝通道，达到增产效果。

技术特征：

1.一种利用疏水气凝胶涂层实现缓沉的压裂支撑剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的利用疏水气凝胶涂层实现缓沉的压裂支撑剂的制备方法，其特征在于，步骤s1中，所述三甲基甲氧基硅烷：有机硅烷偶联剂：甲基三乙氧基硅烷：有机溶剂的摩尔比为(0.2-0.5)：1：3：5；所述水解温度为45-55℃。

3.根据权利要求1所述的利用疏水气凝胶涂层实现缓沉的压裂支撑剂的制备方法，其特征在于，步骤s1中，所述有机硅烷偶联剂为：正硅酸乙酯、正硅酸甲酯、正硅酸四乙酯和正硅酸丁酯中的任意一种；所述有机溶剂为：异丙醇、甲醇、乙醇、环己烷、正己烷和乙酸乙酯中的任意一种。

4.根据权利要求1所述的利用疏水气凝胶涂层实现缓沉的压裂支撑剂的制备方法，其特征在于，步骤s1中，所述酸性物质为：盐酸、硝酸和草酸中的任意一种；所述碱性物质为：氨水、碳酸钠和碳酸氢钠中的任意一种。

5.根据权利要求1所述的利用疏水气凝胶涂层实现缓沉的压裂支撑剂的制备方法，其特征在于，步骤s2中，所述凝胶溶液与支撑剂的质量比为(5-15)：100。

6.根据权利要求1所述的利用疏水气凝胶涂层实现缓沉的压裂支撑剂的制备方法，其特征在于，步骤s2中，所述流化喷涂的温度为45-50℃，流速为1.0～1.2m/s。

7.根据权利要求1所述的利用疏水气凝胶涂层实现缓沉的压裂支撑剂的制备方法，其特征在于，步骤s2中，所述后处理包括在45-50℃下老化48-60h，在75-80℃下烘干12-14h。

8.根据权利要求1所述的利用疏水气凝胶涂层实现缓沉的压裂支撑剂的制备方法，其特征在于，步骤s2中，所述支撑剂为40-120目的石英砂和陶粒中的任意一种。

9.权利要求1～8任意一项所述制备方法制得的利用疏水气凝胶涂层实现缓沉的压裂支撑剂，其特征在于，包括位于内部的内核支撑剂颗粒、位于中间的外层气凝胶包覆层，以及位于最外层的基于荷叶效应产生的气膜。

10.权利要求9所述利用疏水气凝胶涂层实现缓沉的压裂支撑剂在水力压裂中的应用。

技术总结本发明公开了一种利用疏水气凝胶涂层实现缓沉的压裂支撑剂及其制备方法和应用，涉及油气井增产技术领域。通过引入富含甲基的三甲基甲氧基硅烷制备疏水性二氧化硅气凝胶，在固化前利用流化喷涂将凝胶液喷涂在支撑剂表面，经后处理在支撑剂表面形成疏水改性的气凝胶，由于疏水性二氧化硅气凝胶在支撑剂表面形成的特殊乳突结构，表面会产生荷叶效应从而形成气膜，这层气膜与其多孔性结构最终形成可在清水中自由悬浮的利用疏水气凝胶涂层实现缓沉的压裂支撑剂。被气膜和气凝胶包覆的支撑剂可在水中自由悬浮，具有优异的悬浮性、稳定性，减少了对流体粘弹性的要求，无需使用大量有机增稠剂，减少了对储层的伤害，制备过程简单、成本低且环境友好。技术研发人员：张瀚澜,孟云超,李肖,吕小鹏受保护的技术使用者：西安奥德石油工程技术有限责任公司技术研发日：技术公布日：2024/5/16