一种用于支撑剂高效铺置的功能材料及其制备方

本发明涉及石油压裂，尤其是一种用于支撑剂高效铺置的功能材料及其制备方法。背景技术：1、纤维压裂技术是在压裂液中追加纤维材料，能维持较长时间内使石英砂等支撑剂在压裂过程中处于悬浮状态，稳定支撑剂，减少支撑剂回流，提高压裂液的携砂能力。为了使纤维材料在压裂液体系中更好的发挥作用，就必须对纤维材料进行改性，传统的纤维改性方法包括：(1)硅烷偶联改性。(2)有机聚合物改性。(3)低温氧等离子体物理改性等。由于纤维长径比大，表面活性点少，纤维间相互粘结，不易打散，这三种传统方法改性后，纤维材料在压裂液体系中对支撑剂的悬浮支撑能力有限，需要进一步提升纤维材料对支撑剂的悬浮能力，实现支撑剂的高效铺置。技术实现思路1、针对传统的纤维改性方法存在的改性后纤维材料在压裂液体系中对支撑剂的悬浮支撑能力有限的问题，本发明提供一种用于支撑剂高效铺置的功能材料。2、本发明提供的用于支撑剂高效铺置的功能材料是由芯层材料和壳层材料组成的具有芯壳结构的功能材料。所述芯层材料为有机纤维，有机纤维选自聚丙烯腈纤维、聚酰胺纤维、聚氨基甲酸纤维、聚酯纤维、聚乙烯醇纤维中任意一种。3、所述壳层材料是一种低分子量聚合物，由下述方法制成：4、将1～20重量份脂肪醇聚氧乙烯醚、90～100重量份丙烯酸、0.01～3重量份2,6-二叔丁基对甲酚(bht)、1～5重量份对甲苯磺酸(tsoh)加入反应容器中，升温到100℃反应2h，然后降至常温，加入100～400重量份去离子水和1～5重量份偶氮二异丁腈(aibn)，加热至60℃反应2.5h，得到分子量为1000-3000的长链离子型聚合物即为壳层材料。所述脂肪醇聚氧乙烯醚为aeo-n，n＝3～15中的任意一种。5、所述聚合物的聚合化学反应原理如下：6、7、上述用于支撑剂高效铺置的功能材料的制备方法，步骤如下：8、s1、有机纤维表面活化：将有机纤维和表面处理剂加入反应容器，常温浸泡2h，进行纤维表面活化反应，得到表面活化处理后的纤维芯层材料；所述表面处理剂为酸液或碱液。9、s2、将壳层材料、助剂、去离子水加入水槽中，50℃进行搅拌1h，得到混合溶液；将混合溶液喷洒在步骤s1获得的表面活化处理后的纤维芯层材料上，然后将喷洒后的芯层材料置于60℃条件下干燥5h，得到在纤维芯层材料表面覆盖聚合物壳层材料的复合材料，即为功能材料。10、优选的是，所述酸液为盐酸、氢氟酸、硫酸、醋酸、铬酸中任意一种的水溶液，质量百分浓度为1-5％。11、优选的是，所述碱液为氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钠、碳酸钾中任意一种水溶液，质量百分浓度为1-5％。12、优选的是，步骤s2中，所述助剂为司班-80、聚二甲基硅氧烷、乙二醇、吐温-60、羧甲基纤维素钠、质酸钠的混合物。13、进一步优选的是，步骤s2中，混合溶液中各组分的重量份比例如下：14、1～5份壳层材料、0.1～0.03份司班-80、1～2份聚二甲基硅氧烷，10～30份乙二醇、0.01～0.05份吐温-60、0～3份羧甲基纤维素钠、0～3份质酸钠、80～100份去离子水。15、与现有技术相比，本发明的有益之处在于：16、(1)本发明的制备方法中，有机纤维芯层经过酸碱刻蚀处理后，活性基团增多，通过与长链的低分子量丙烯酸/aeo-n聚合物表面接枝，在纤维表面引入了有机长链分子，形成纤维芯-壳结构，长链的低分子量丙烯酸/aeo-n聚合物一方面附着于纤维表面有利于增强纤维间距，提高纤维在溶液中分散效果，另一方面有利于增强与支撑剂等无机粒子(钙离子、镁离子)的相互作用，提升了纤维对支撑剂的支撑力，提高纤维压裂液体系的携砂性能。17、(2)长链的低分子量丙烯酸/aeo-n聚合物分散于压裂液体系中时，相互搭接，有助于形成纤维空间网络结构，能有效地提高压裂支撑裂缝的导流能力，在压裂裂缝中形成稳固的砂拱，可以有效抑制支撑剂的回流，显著提升压裂改造效果。18、(3)本发明在纤维表面接枝形成芯壳结构，采用喷洒工艺，低分子量聚合物接枝溶液利用率高，生产成本低，有利于工业扩大化生产。19、本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。技术特征：1.一种用于支撑剂高效铺置的功能材料，其特征在于，由芯层材料和壳层材料组成的具有芯壳结构的功能材料；所述芯层材料为有机纤维，所述壳层材料由下述方法制成：2.如权利要求1所述的用于支撑剂高效铺置的功能材料，其特征在于，所述长链离子型聚合物的分子结构式如下：3.如权利要求1所述的用于支撑剂高效铺置的功能材料，其特征在于，所述脂肪醇聚氧乙烯醚为aeo-n，n＝3～15中的任意一种。4.如权利要求1所述的用于支撑剂高效铺置的功能材料，其特征在于，所述有机纤维选自聚丙烯腈纤维、聚酰胺纤维、聚氨基甲酸纤维、聚酯纤维、聚乙烯醇纤维中任意一种。5.一种如权利要求1-4任意一项所述的用于支撑剂高效铺置的功能材料的制备方法，其特征在于，步骤如下：6.如权利要求5所述的用于支撑剂高效铺置的功能材料的制备方法，其特征在于，步骤s1中，所述酸液为盐酸、氢氟酸、硫酸、醋酸、铬酸中任意一种的水溶液，质量百分浓度为1-5％。7.如权利要求5所述的用于支撑剂高效铺置的功能材料的制备方法，其特征在于，步骤s1中，所述碱液为氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钠、碳酸钾中任意一种水溶液，质量百分浓度为1-5％。8.如权利要求5所述的用于支撑剂高效铺置的功能材料的制备方法，其特征在于，步骤s2中，所述助剂为司班-80、聚二甲基硅氧烷、乙二醇、吐温-60、羧甲基纤维素钠、质酸钠的混合物。9.如权利要求8所述的用于支撑剂高效铺置的功能材料的制备方法，其特征在于，步骤s2中，混合溶液中各组分的重量份比例如下：技术总结本发明公开了一种用于支撑剂高效铺置的功能材料，是一种由芯层材料和壳层材料组成的具有芯壳结构的功能材料；芯层材料为有机纤维，壳层材料的制备方法：将1～20重量份脂肪醇聚氧乙烯醚、90～100重量份丙烯酸、0.01～3重量份2,6‑二叔丁基对甲酚、1～5重量份对甲苯磺酸加入反应容器中，升温到100℃反应2h，然后降至常温，加入100～400重量份去离子水和1～5重量份偶氮二异丁腈，加热至60℃反应2.5h，得到的长链离子型聚合物即为壳层材料。将壳层材料、助剂、去离子水配制成混合溶液；将混合溶液喷洒在经过活化处理的有机纤维表面，干燥，得到特种功能材料。本发明的压裂用携砂纤维功能材料通过壳层‑芯层的高效耦合，在压裂液中具有优异的分散、高效悬浮作用以及携砂性能。技术研发人员：卢杨,刘斌,刁素,龙平,张绍彬,邢杨义受保护的技术使用者：成都劳恩普斯科技有限公司技术研发日：技术公布日：2024/7/23