可完全降解的壓裂球及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種用于油氣井增產(chǎn)措施改造領(lǐng)域的壓裂球，具體涉及一種可完全降 解的壓裂球及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 封隔器+滑套分層壓裂技術(shù)，可W實(shí)現(xiàn)一趟管柱多層壓裂的目的，具有操作簡(jiǎn)單、 封隔效果好、作業(yè)成本低的優(yōu)點(diǎn)，而壓裂中用于打開(kāi)滑套的球是決定壓裂是否成功的關(guān)鍵 因素之一。目前在增產(chǎn)措施改造中較普遍使用的壓裂球主要有W下兩種；（1)鋼球。材質(zhì) 主要為低碳鋼，特點(diǎn)為承壓強(qiáng)度大、耐溫性好、不易變形、價(jià)格低廉；（2)樹(shù)脂球。如酪醒樹(shù) 脂球及其復(fù)合球、環(huán)氧樹(shù)脂球及其復(fù)合球、尼龍球、聚離離麗球、玻纖或碳纖維增強(qiáng)聚離離 麗球。
[0003] 上述常規(guī)壓裂球存在如下問(wèn)題；（1)在多級(jí)水力壓裂中，當(dāng)投球速度突變時(shí)，尼龍 等材料制成的壓裂球會(huì)發(fā)生變形，卡在滑套中堵塞壓后生產(chǎn)通道，造成產(chǎn)量下降；（2)當(dāng)水 平井段長(zhǎng)度較長(zhǎng)或分段壓裂級(jí)數(shù)較多時(shí)，壓裂球的回收或清除會(huì)變得困難，如果不能快速 清理，會(huì)降低井的生產(chǎn)能力。
[0004] 為了解決送些問(wèn)題，國(guó)外學(xué)者將研究重點(diǎn)聚焦于可降解性壓裂球，送類壓裂球不 需回收，在球座上自行完全降解，無(wú)殘?jiān)?，不影響油氣井的生產(chǎn)能力。貝克休斯公司應(yīng)用第 一代納米技術(shù)開(kāi)發(fā)In-Tallic壓裂球已商業(yè)化，用于化ac化int?水平井多級(jí)壓裂系統(tǒng)中。 In-化Ilic壓裂球由鎮(zhèn)、鉛、媒等合金材料制成，比重小、強(qiáng)度高，可W在井中隨流體運(yùn)移，打 開(kāi)滑套時(shí)能夠承受多重因素影響，其使命完成時(shí)可W自動(dòng)溶解消失。送種可降解壓裂球的 缺點(diǎn)是制造成本稍高，制造工藝復(fù)雜，對(duì)水性環(huán)境中的促進(jìn)合金壓裂球電解的離子類型與 濃度有特殊要求。
[0005] 綜上所述，本領(lǐng)域缺乏另一種材質(zhì)的壓裂球，即可完全降解的聚合物壓裂球，該聚 合物壓裂球兼具承壓強(qiáng)度高、對(duì)降解水性環(huán)境無(wú)選擇性（不同抑值與離子環(huán)境下均可完全 降解）、耐溫性好、加工成型工藝簡(jiǎn)單等特點(diǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種可完全降解的壓裂球及其制備方法，該壓裂 球兼具承壓強(qiáng)度高、對(duì)降解水性環(huán)境無(wú)選擇性（不同抑值與離子環(huán)境下均可完全降解）、耐 溫性好、加工成型工藝簡(jiǎn)單等特點(diǎn)。
[0007] 為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的可完全降解的壓裂球，由聚己交醋組成，所述聚 己交醋具體合成方法如下：
[0008] (1)將己交醋單體和月桂醇引發(fā)劑與辛酸亞錫催化劑加入到反應(yīng)器中，封閉反應(yīng) 器口，其中己交醋單體、月桂醇引發(fā)劑與辛酸亞錫催化劑的重量比為100 ;0.OOOl;0. 0003 ;
[0009] (2)對(duì)反應(yīng)器進(jìn)行抽真空一通氮?dú)庖怀檎婵铡磸?fù)操作3次，每次10-15min，最后 一次抽真空30minW確保高的真空度，使反應(yīng)器的內(nèi)部壓力低于133Pa;
[0010] (3)將反應(yīng)器升溫至12(TC，反應(yīng)混合物變?yōu)槔尤跔顟B(tài)，使烙融的反應(yīng)物混合均 勻，繼續(xù)升至23(TC，恒溫反應(yīng)比后，抽真空30min，將未反應(yīng)完全的單體和少量的低聚物抽 除掉；
[0011] (4)反應(yīng)體系緩慢冷卻，取出聚合產(chǎn)物，稱量，將聚合產(chǎn)物粉碎成細(xì)小的顆粒，用己 酸己醋抽提，W進(jìn)一步除去殘留的單體、催化劑W及其它雜質(zhì)，抽提時(shí)間12h。
[0012] 第一種可完全降解的壓裂球的制備方法，包括W下步驟：
[0013] (1)干燥處理
[0014] 將聚己交醋粉末或粒料在105C下于烘箱中干燥8小時(shí)，除去殘余微量水分，然后 置于干燥器中冷卻至室溫；
[001引 似巧[J備昆料
[0016] 將聚己交醋粉末或粒料放入內(nèi)壁涂有脫模劑的模具中，然后將模具置于平板流化 床上冷壓預(yù)成型，壓力為6MPa，保壓1-5分鐘；加壓至6-lOMPa，從室溫升溫至230-24(TC， 升溫速率為20-3(TC/min,恒溫恒壓30-60分鐘，恒溫期間泄壓幾次，W排出模具內(nèi)氣體；
[0017] (3)去殘余應(yīng)力
[001引將上述加工昆料自然冷卻，然后升溫至130-150攝氏度，保溫1-2小時(shí)，W消除殘 余應(yīng)力；
[001引 （4)制備壓裂球
[0020] 根據(jù)預(yù)期使用的壓裂球尺寸需要，采用機(jī)床將加工昆料加工成指定的不同直徑的 壓裂球尺寸，即得到壓裂球成品，該壓裂球成品在室溫下干燥保存。
[0021] 第二種可完全降解的壓裂球的制備方法，包括W下步驟：
[0022] (1)將聚己交醋粉末或粒料在105C下于烘箱中干燥8小時(shí)，除去殘余微量水分， 然后置于干燥器中冷卻至室溫；
[0023] (2)將步驟（1)的干燥聚己交醋粉末或粒料放入注塑機(jī)中，并加熱至230-24(TC， 該過(guò)程持續(xù)20-30分鐘，直至聚己交醋粉末或粒料變?yōu)槔尤跔顟B(tài)；
[0024] (3)將烙融狀態(tài)的聚己交醋注射到不同內(nèi)徑大小的球形模具內(nèi)腔中；
[00幼 （4)球形模具自然冷卻至130-150攝氏度，保溫1-2小時(shí)，W消除殘余應(yīng)力；
[0026] (5)最后對(duì)模具進(jìn)行一次冷卻和二次冷卻處理得到壓裂球成品，所述的一次冷卻 為采用0-4C的水進(jìn)行循環(huán)冷卻5分鐘，所述的二次冷卻為在常溫下自然冷卻30分鐘，該壓 裂球成品在室溫下干燥保存。
[0027] 第H種可完全降解的壓裂球的制備方法，包括W下步驟：
[002引 （1)干燥處理
[0029] 將聚己交醋粉末或粒料在105C下于烘箱中干燥8小時(shí)，除去殘余微量水分，然后 置于干燥器中冷卻至室溫；
[0030] (2)烙融塑化處理
[0031] 主要通過(guò)雙螺桿擠出機(jī)加熱器加熱和螺桿對(duì)聚己交醋的混煉、剪切作用使該固態(tài) 粉末或粒料變成均勻的粘流態(tài)流體，雙螺桿擠出機(jī)的各加熱段溫度依次為22(TC、23(TC、 240°C、24(rC及 230°C;
[00礎(chǔ) 做成型處理
[0033]粘流態(tài)的聚己交醋流體在螺桿的推動(dòng)下，W-定的壓力和速度連續(xù)通過(guò)有不同尺 寸的方形模具的成型機(jī)頭，從而獲得具有一定尺寸的方形聚己交醋成型昆料；
[0034] (4)定型及消除殘余應(yīng)力
[0035] 在方形模具內(nèi)自然冷卻至130-150攝氏度，保溫1-2小時(shí)，W消除殘余應(yīng)力；
[003引 妨巧[J備壓裂球
[0037] 根據(jù)預(yù)期使用的壓裂球尺寸需要，采用機(jī)床將加工昆料加工成指定的不同直徑的 壓裂球尺寸，即得到壓裂球成品，該壓裂球成品在室溫下干燥保存。
[0038] 本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明有效地解決了現(xiàn)有技術(shù)中常規(guī)不可降解壓裂球（金 屬球與樹(shù)脂球）存在的因變形而卡在滑套內(nèi)堵塞壓后生產(chǎn)通道或因壓裂級(jí)數(shù)過(guò)多而難W 回收壓裂球進(jìn)而降低油氣井的生產(chǎn)能力，同時(shí)有效地解決了現(xiàn)有技術(shù)中可降解合金壓裂球 存在的制造成本高、制造工藝復(fù)雜及對(duì)降解水性環(huán)境有特殊要求等缺陷，本發(fā)明提供了一 種可完全降解的聚合物壓裂球。送種可完全降解的聚合物壓裂球及其制備方法同時(shí)具備W 下特點(diǎn)：
[003引 （1)本發(fā)明提出的可降解聚合物壓裂球，其降解機(jī)理非電化學(xué)反應(yīng)，而屬于水解反 應(yīng)；
[0040] 似本發(fā)明提出的可降解聚合物壓裂球，具有在不同抑值下水性環(huán)境中自行完全 降解性能，不必進(jìn)行壓裂球的回收處理，可完全降解為水和二氧化碳，無(wú)任何殘?jiān)?，?duì)儲(chǔ)層 及環(huán)境無(wú)任何傷害；
[0041] (3)本發(fā)明提出的可降解聚合物壓裂球，抗壓差強(qiáng)度大，壓差70MPa條件下無(wú)變 形，與球座密封穩(wěn)定性好，可W保證滑套正常打開(kāi)并堵住已經(jīng)壓裂層，實(shí)現(xiàn)分級(jí)壓裂目的；
[0042] (4)本發(fā)明提出的可降解聚合物壓裂球，不需等到其完全降解至消失后再進(jìn)行下 一步的施工，只需其降解后尺寸小于球座內(nèi)徑即可，其將落至井底，然后降解至消失；
[0043] (5)本發(fā)明提供了H種可降解聚合物壓裂球加工成型方法，所述方法具備成型周 期短、可連續(xù)化批量生產(chǎn)、生產(chǎn)效率高、使用設(shè)備結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單W及操作比較容易等優(yōu)點(diǎn)。
【附圖說(shuō)明】
[0044] 圖1為聚己交醋的紅外光譜圖；
[0045] 圖2為聚己交醋的核磁共振氨譜圖；
[0046] 圖3為聚己交醋的差示掃描量熱圖值SC);
[0047] 圖4為聚己交醋的熱失重曲線圖燈G-DTG)。
【具體實(shí)施方式】
[0048] 附圖1為聚己交醋的紅外光譜圖。3351cm1為-OH的伸縮振動(dòng)峰，2938cmi和 2873cm1分別為邸2的反對(duì)稱和對(duì)稱伸縮振動(dòng)峰，1718cm1，1672cm1與1574cm1為撰基的伸 縮振動(dòng)峰，1410cm1為邸2的彎曲振動(dòng)峰，1253cm1與1036cm1分別為C-O-C基團(tuán)的反對(duì)稱 和對(duì)稱伸縮振動(dòng)峰。
[004引附圖2為聚己交醋的核磁共振氨譜圖。W気代立氣己酸（CF3COOD)為溶劑，四甲基 娃焼（TM巧為內(nèi)標(biāo)，采用核磁共振氨譜對(duì)聚己交醋進(jìn)行了分子結(jié)構(gòu)分析。化學(xué)位移在5. 06 處對(duì)應(yīng)的質(zhì)子共振峰為CHz上的氨，送表明該聚合物材料的分子結(jié)構(gòu)上含有亞甲基結(jié)構(gòu)單 THO
[0050]附圖3為聚己交醋的差示掃描量熱圖值SC)。附圖3表明；聚己交醋的結(jié)晶起始 溫度13(TC，結(jié)晶峰值溫度15(TC，烙點(diǎn)222°C。
[005。附圖4為聚己交醋的熱失重曲線圖（TG-DTG)。結(jié)果表明康己交醋的熱分解開(kāi)始 溫度為372°C，熱分解峰值溫度為417°C。
[0052] 下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明：
[0053] 本發(fā)明的可完全降解的壓裂球，由聚己交醋組成，該材料屬于高結(jié)晶性聚合物，采 用開(kāi)環(huán)聚合的方法對(duì)聚己交醋進(jìn)行合成，具體合成方法如下：
[0054] (1)將116克己交醋單體和0. 0116克月桂醇引發(fā)劑與0. 0348克辛酸亞錫催化劑 加入到反應(yīng)器中，封閉反應(yīng)器口；
[00巧](2)對(duì)反應(yīng)器進(jìn)行抽真空一通氮?dú)庖怀檎婵铡磸?fù)操作3次，每次10-15min，最后 一次抽真空30minW確保高的真空度，使反應(yīng)器的內(nèi)部壓力低于133Pa;
[0056] (3)將反應(yīng)器升溫至12(TC，反應(yīng)混合物變?yōu)槔尤跔顟B(tài)，使烙融的反應(yīng)物混合均 勻，繼續(xù)升至230°C，恒溫反應(yīng)比后，抽真空30min，將未反應(yīng)完全的單體和少量的低聚物抽 除掉；
[0057] (4)反應(yīng)體系緩慢冷卻，取出聚合產(chǎn)物，稱量，將聚合產(chǎn)物粉碎成細(xì)小的顆粒，用己 酸己醋抽提，W進(jìn)一步除去殘留的單體、催化劑W及其它雜質(zhì)，抽提時(shí)間12h。
[005