一种基于荷叶效应的疏水聚氨酯涂层气悬浮支撑剂及其制备方法和应用与流程

本发明属于石油开采，具体涉及一种基于荷叶效应的疏水聚氨酯涂层气悬浮支撑剂及其制备方法和应用。

背景技术：

1、水力压裂作为提升油气田产能的关键措施，在油气增产领域已经取得了显著的成就。该技术通过地面泵车组将高压液体注入井中，创造裂缝，同时注入携带支撑剂的液体填充这些裂缝。在井口封闭后，裂缝逐渐闭合，支撑剂保持在裂缝中，防止其关闭，从而形成了稳定的高导流裂缝通道，从而实现了产量增加的目标。在水力压裂过程中，支撑剂的有效悬浮状态至关重要，因为过快的沉降会阻碍支撑剂进入裂缝，从而影响支撑效果。

2、目前，压裂技术中使用的主要支撑剂包括石英砂、陶粒及其改性产品。传统的压裂液需要通过提高液体黏度来保持支撑剂的悬浮性，然而高黏度的携砂液会导致地层受损和堵塞等问题，因此低黏度滑溜水压裂技术已成为一种高效且经济的开发途径。为了在低黏液体中维持支撑剂的良好悬浮性，目前的支撑剂改良主要集中在两个方向。其一，降低支撑剂的相对密度，以提高其悬浮性，如低密度和超低密度支撑剂。然而，这些支撑剂的制备过程复杂、成本高，且抗压强度低，容易碎裂。其二，通过在支撑剂表面涂覆化学涂层，涂层水化膨胀降低相对密度或者溶解到水中相互交联产生提高水的黏度。然而，这些涂层容易变形，与支撑剂的结合不稳定，甚至可能引起裂缝内的孔道和喉道堵塞。

3、针对现有的高黏度携砂液导致地层受损和堵塞，低密度和超低密度支撑剂制备过程复杂、成本高，且抗压强度低，容易碎裂，以及在支撑剂表面涂覆的化学涂层容易变形，与支撑剂的结合不稳定，甚至可能引起裂缝内的孔道和喉道堵塞的技术问题，因此，迫切需要一种新技术来提高支撑剂的悬浮性，以解决当前油气井增产技术领域所面临的问题。

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基于荷叶效应的疏水聚氨酯涂层气悬浮支撑剂及其制备方法，以解决现有的高黏度携砂液导致地层受损和堵塞；低密度和超低密度支撑剂制备过程复杂、成本高，且抗压强度低，容易碎裂；以及在支撑剂表面涂覆的化学涂层容易变形，与支撑剂的结合不稳定，甚至可能引起裂缝内的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、本发明公开了一种基于荷叶效应的疏水聚氨酯涂层气悬浮支撑剂的制备方法，包括以下步骤：

4、1)将二异氰酸酯、聚丙二醇、催化剂和溶剂混合，加热搅拌反应均匀，加入氟化聚硅氧烷，得到聚氨酯预聚体溶液，再加入扩链剂和聚甲基丙烯酸甲酯，搅拌反应均匀后，得到混合溶液；

5、2)将步骤1)得到的混合溶液与支撑剂混合进行流化喷涂，经后处理形成具有荷叶效应的疏水性聚氨酯涂层，得到基于荷叶效应的疏水聚氨酯涂层气悬浮支撑剂。

6、优选地，步骤1)中，加热搅拌反应的条件为：在70-85℃下反应2-3h；搅拌反应的条件为：在50-60℃下反应3-5h。

7、优选地，步骤1)中，二异氰酸酯：聚丙二醇：扩链剂的摩尔比为1：(0.8-1.1)：(0.1-0.3)。

8、优选地，步骤1)中，催化剂的添加量为二异氰酸酯和聚丙二醇质量之和的0.1％-0.5％；溶剂的添加量为二异氰酸酯和聚丙二醇质量之和的2-3倍；氟化聚硅氧烷的添加量为二异氰酸酯和聚丙二醇质量之和的5％-10％；聚甲基丙烯酸甲酯添加量为二异氰酸酯和聚丙二醇质量之和的40％-60％。

9、优选地，步骤1)中，二异氰酸酯包括：异佛尔酮二异氰酸酯、甲苯二异氰酸酯和二苯甲烷二异氰酸酯中的任意一种或多种组合；催化剂为有机金属催化剂，有机金属催化剂为二月桂酸二丁基锡、辛酸亚锡和异辛酸亚锡中的任意一种；溶剂为n,n-二甲基甲酰胺和n,n-二甲基乙酰胺中的任意一种；扩链剂为1,4-丁二醇、1,4-环己二醇、乙二醇、丙二醇和新戊二醇中的任意一种或多种组合。

10、优选地，步骤2)中，混合溶液：支撑剂的质量比为(10-20)：100；支撑剂为20-120目的石英砂和陶粒中的任意一种。

11、优选地，步骤2)中，流化喷涂的温度为55-60℃，流速为1.1～1.3m/s。

12、优选地，步骤2)中，后处理包括：在室温下老化24-30h，在65-75℃烘箱中烘干12-14h。

13、本发明还公开了上述制备方法制得的基于荷叶效应的疏水聚氨酯涂层气悬浮支撑剂。

14、本发明还公开了上述基于荷叶效应的疏水聚氨酯涂层气悬浮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、本发明提供了一种基于荷叶效应的疏水聚氨酯涂层气悬浮支撑剂的制备方法，目前很少人研究利用气体悬浮支撑剂的方法，气体悬浮支撑剂作为一种创新技术，主要通过对支撑剂进行表面改性，赋予其吸附气体的特性。吸附气体后，支撑剂的体积密度降低，使其能够在滑溜水压裂液甚至清水中保持悬浮状态。本发明通过在支撑剂表面涂覆混合溶液疏水聚氨酯涂层，有效地增强了支撑剂的悬浮性能。一方面，是由于疏水聚氨酯涂层易附着在石英砂表面，且聚氨酯本身具有天然环状多孔结构，被聚氨酯覆膜的支撑剂体积密度将会降低。另一方面，经过在聚氨酯链段上引入了氟、硅等低表面能元素使聚氨酯达到疏水改性的效果，聚甲基丙烯酸甲酯与聚氨酯共混制备出的超疏水涂层具备微纳米级的粗糙凸起结构，这些疏水性的凸起在涂层表面将产生荷叶效应，从而形成气膜。本发明公开的制备方法过程简单、成本低廉且环境友好，最终制得的基于荷叶效应的疏水聚氨酯涂层气悬浮支撑剂可以在低粘度水乃至清水中自由悬浮。

17、本发明还公开了上述制备方法制得的基于荷叶效应的疏水聚氨酯涂层气悬浮支撑剂，具有优异的悬浮性、稳定性，被气膜和聚氨酯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。

18、本发明还公开了上述基于荷叶效应的疏水聚氨酯涂层气悬浮支撑剂在水力压裂中的应用，在应用时，可以在低粘度水乃至清水中自由悬浮，对于油气藏的增产具有重要的意义。

技术特征：

1.一种基于荷叶效应的疏水聚氨酯涂层气悬浮支撑剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的基于荷叶效应的疏水聚氨酯涂层气悬浮支撑剂的制备方法，其特征在于，步骤1)中，所述加热搅拌反应的条件为：在70-85℃下反应2-3h；所述搅拌反应的条件为：在50-60℃下反应3-5h。

3.根据权利要求1所述的基于荷叶效应的疏水聚氨酯涂层气悬浮支撑剂的制备方法，其特征在于，步骤1)中，所述二异氰酸酯：聚丙二醇：扩链剂的摩尔比为1：(0.8-1.1)：(0.1-0.3)。

4.根据权利要求1所述的基于荷叶效应的疏水聚氨酯涂层气悬浮支撑剂的制备方法，其特征在于，步骤1)中，所述催化剂的添加量为二异氰酸酯和聚丙二醇质量之和的0.1％-0.5％；所述溶剂的添加量为二异氰酸酯和聚丙二醇质量之和的2-3倍；所述氟化聚硅氧烷的添加量为二异氰酸酯和聚丙二醇质量之和的5％-10％；所述聚甲基丙烯酸甲酯添加量为二异氰酸酯和聚丙二醇质量之和的40％-60％。

5.根据权利要求1所述的基于荷叶效应的疏水聚氨酯涂层气悬浮支撑剂的制备方法，其特征在于，步骤1)中，所述二异氰酸酯包括：异佛尔酮二异氰酸酯、甲苯二异氰酸酯和二苯甲烷二异氰酸酯中的任意一种或多种组合；所述催化剂为有机金属催化剂，所述有机金属催化剂为二月桂酸二丁基锡、辛酸亚锡和异辛酸亚锡中的任意一种；所述溶剂为n,n-二甲基甲酰胺和n,n-二甲基乙酰胺中的任意一种；所述扩链剂为1,4-丁二醇、1,4-环己二醇、乙二醇、丙二醇和新戊二醇中的任意一种或多种组合。

6.根据权利要求1所述的基于荷叶效应的疏水聚氨酯涂层气悬浮支撑剂的制备方法，其特征在于，步骤2)中，所述混合溶液：支撑剂的质量比为(10-20)：100；所述支撑剂为20-120目的石英砂和陶粒中的任意一种。

7.根据权利要求1所述的基于荷叶效应的疏水聚氨酯涂层气悬浮支撑剂的制备方法，其特征在于，步骤2)中，所述流化喷涂的温度为55-60℃，流速为1.1～1.3m/s。

8.根据权利要求1所述的基于荷叶效应的疏水聚氨酯涂层气悬浮支撑剂的制备方法，其特征在于，步骤2)中，所述后处理包括：在室温下老化24-30h，在65-75℃烘箱中烘干12-14h。

9.权利要求1～8任意一项所述制备方法制得的基于荷叶效应的疏水聚氨酯涂层气悬浮支撑剂。

10.权利要求9所述基于荷叶效应的疏水聚氨酯涂层气悬浮支撑剂在水力压裂中的应用。

技术总结本发明公开了一种基于荷叶效应的疏水聚氨酯涂层气悬浮支撑剂及其制备方法和应用，涉及油气井增产技术领域。本发明通过对聚氨酯进行疏水改性，再利用流化床将聚氨酯混合溶液喷涂在支撑剂表面，制备出基于荷叶效应的疏水聚氨酯涂层气悬浮支撑剂。由于聚氨酯本身的多孔疏水结构以及特殊的表面乳突结构，被改性聚氨酯包覆的支撑剂表面基于荷叶效应将会形成一层气膜，最终形成可以在低粘度水乃至清水中自由悬浮的气悬浮支撑剂。具有优异的悬浮性、稳定性，被气膜和聚氨酯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。技术研发人员：张瀚澜,宁浩杰,刘辉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