一种钻井废屑再利用的压裂支撑剂及其制备方法与流程

本发明涉及压裂支撑剂，具体涉及一种钻井废屑再利用的压裂支撑剂及其制备方法。

背景技术：

1、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。

2、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。

3、同时，钻井废屑是钻井过程中主要的废弃物，若直接排放，会对自然环境造成很大威胁。随着时代的发展，对钻井废屑随意排放给环境带来的危害和影响，已经引起普遍关注和重视，因此，钻井废屑的资源化利用是当前的重点工作之一。

技术实现思路

1、为了解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种钻井废屑再利用的压裂支撑剂及其制备方法，将钻井废屑和粉煤灰应用到压裂支撑剂中，提高强度等性能，有效解决了现有技术中强度不足、应用范围窄和成本较高等问题。

2、本发明解决上述技术问题的技术方案如下：提供一种钻井废屑再利用的压裂支撑剂，包括以下重量份组分：钻井废屑20-60份、粉煤灰10-30份、海泡石4-6份、秸秆纤维5-15份和聚乳酸10-20份。

3、进一步，钻井废屑再利用的压裂支撑剂，包括以下重量份组分：钻井废屑40份、粉煤灰20份、海泡石5份、秸秆纤维10份和聚乳酸15份。

4、进一步，秸秆纤维通过以下方法制备得到：将玉米秸秆或小麦秸秆粉碎后过筛，然后加入到氢氧化钠溶液中，在70-90℃温度下加热20-40min，去离子水洗涤至中性，再在惰性气氛中干燥至含水量为3-4％，得秸秆纤维。

5、进一步，过100-120目筛，氢氧化钠溶液浓度为4-8wt％。

6、进一步，在氦气气氛中，150-200℃和5-6mpa条件下干燥。

7、进一步，钻井废屑粒径为100-200μm，粉煤灰粒径为60-80μm，海泡石粒径为150-180μm。

8、进一步，钻井废屑和粉煤灰质量比为2:1。

9、本发明还提供了上述钻井废屑再利用的压裂支撑剂的制备方法，包括以下步骤：

10、(1)将聚乳酸、秸秆纤维与一半量的钻井废屑和粉煤灰混合，熔融混合并冷却，干燥后制粒，得混合物一；

11、(2)将海泡石、剩余钻井废屑和粉煤灰混合后烧结，筛分，然后与步骤(1)所得混合物一混匀，得钻井废屑再利用的压裂支撑剂。

12、进一步，步骤(1)中，于氮气保护下，在150-160℃温度下熔融混合并冷却。

13、进一步，步骤(2)中，在1200-1300℃温度下烧结2-3h。

14、本发明具有以下有益效果：

15、1、本发明压裂支撑剂中的海泡石可以与钻井废屑及粉煤灰形成类似的仿混凝土体系，不仅可以避免在使用时的开裂，还提高了整个体系的强度，能够满足不同深度地层闭合应力要求，也提高了压裂支撑剂的应用范围，便于推广使用。且粉煤灰和钻井废屑具有低密度的特点，与其他组分结合还具有一定的防漏堵漏功能，便于压裂支撑剂的长期应用；同时，粉煤灰与钻井废屑的使用取代了黏土，不仅节约了资源，还变废为宝，为粉煤灰和钻井废屑等废弃物的资源化利用提供了新的途径，也降低了压裂支撑剂的成本。

16、2、在压裂支撑剂中，将聚乳酸、秸秆纤维与钻井废屑和粉煤灰制得了可降解的压裂支撑剂中间产物，钻井废屑和粉煤灰为其提供了碳酸钙等物质，并结合海泡石与剩余钻井废屑和粉煤灰等形成的仿混凝土体系。而在进入钻井之后，压裂支撑剂中的海泡石与剩余钻井废屑和粉煤灰等形成的仿混凝土体系对裂缝进行支撑，避免裂缝闭合，此时可降解秸秆纤维与可降解酯类聚乳酸等在地下降解，在整个支撑体系中形成了交错的通道，保证了裂缝的导流能力，便于压裂支撑剂的推广应用。

17、3、本发明压裂支撑剂中采用了钻井废弃物与粉煤灰，实现了变废为宝的资源化利用，也避免随意丢弃产生的环境污染；而采用的秸秆纤维等组分均来源广泛，显著降低了压裂支撑剂的制造成本。

技术特征：

1.一种钻井废屑再利用的压裂支撑剂，其特征在于，包括以下重量份组分：钻井废屑20-60份、粉煤灰10-30份、海泡石4-6份、秸秆纤维5-15份和聚乳酸10-20份。

2.如权利要求1所述的钻井废屑再利用的压裂支撑剂，其特征在于，包括以下重量份组分：钻井废屑40份、粉煤灰20份、海泡石5份、秸秆纤维10份和聚乳酸15份。

3.如权利要求1或2所述的钻井废屑再利用的压裂支撑剂，其特征在于，所述秸秆纤维通过以下方法制备得到：将玉米秸秆或小麦秸秆粉碎后过筛，然后加入到氢氧化钠溶液中，在70-90℃温度下加热20-40min，去离子水洗涤至中性，再在惰性气氛中干燥至含水量为3-4％，得秸秆纤维。

4.如权利要求3所述的钻井废屑再利用的压裂支撑剂，其特征在于，过100-120目筛，氢氧化钠溶液浓度为4-8wt％。

5.如权利要求3所述的钻井废屑再利用的压裂支撑剂，其特征在于，在氦气气氛中，150-200℃和5-6mpa条件下干燥。

6.如权利要求1或2所述的钻井废屑再利用的压裂支撑剂，其特征在于，所述钻井废屑粒径为100-200μm，所述粉煤灰粒径为60-80μm，所述海泡石粒径为150-180μm。

7.如权利要求1或2所述的钻井废屑再利用的压裂支撑剂，其特征在于，所述钻井废屑和粉煤灰质量比为2:1。

8.权利要求1-7任一项所述的钻井废屑再利用的压裂支撑剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

9.如权利要求8所述的钻井废屑再利用的压裂支撑剂的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，于氮气保护下，在150-160℃温度下熔融混合并冷却。

10.如权利要求8所述的钻井废屑再利用的压裂支撑剂的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，在1200-1300℃温度下烧结2-3h。

技术总结本发明公开了一种钻井废屑再利用的压裂支撑剂及其制备方法，涉及压裂支撑剂技术领域；该压裂支撑剂包括以下重量份组分：钻井废屑20‑60份、粉煤灰10‑30份、海泡石4‑6份、秸秆纤维5‑15份和聚乳酸10‑20份。本发明还提供了上述压裂支撑剂的制备方法。本发明将钻井废屑和粉煤灰应用到压裂支撑剂中，提高强度等性能，有效解决了现有技术中强度不足、应用范围窄和成本较高等问题。技术研发人员：王刚,赵剑,李辉,金雪梅,蔡科涛,张薇,叶佳杰,唐顺东,袁涛,张健,赵猛,龙啸,王善骥,吴雨晟,杨云皓受保护的技术使用者：四川宏大安全技术服务有限公司技术研发日：技术公布日：2024/6/20