本發明涉及石油和天然氣工業壓裂材料領域，具體為天然石英砂壓裂支撐劑低持水率砂及其制備工藝和裝置。

背景技術：

1、隨著國內外對油氣需求量的持續增加，面對高致密性和低滲透性油氣儲層，油氣開采難度不斷加大。在能源結構調整、油氣需求旺盛、技術快速發展的新形勢下，如何提高油氣產量是一項重要的研究課題。利用壓裂技術可以有效開發高致密性和低滲透性油氣儲層，實現提高油氣產量的目標。在世界范圍內，水力壓裂作為近幾十年主要的油氣開發方式，能夠有效提高油氣井產量，壓裂支撐劑是水力壓裂法通常采用的關鍵施工材料。

2、近年來，石英砂壓裂支撐劑因成本低、來源廣，用量占到壓裂支撐劑總用量的80％～90％，在油氣開采領域具有重要的作用。目前，石英砂壓裂支撐劑在生產過程中，需要經過水洗工藝、烘干工藝(200℃～400℃)，待其完全干燥后才能投入壓裂使用。由于未干燥的石英砂壓裂支撐劑容易發生團聚，造成結塊，從而引發壓裂過程產生卡泵、磨損、堵塞等問題。采用水洗工藝、烘干工藝，能夠有效避免石英砂壓裂支撐劑發生團聚、結塊。但是，這種工藝存在步驟繁瑣、耗能大的缺點。特別是對天然石英砂壓裂支撐劑來講，即使采用這種工藝得到干燥的產品，在壓裂過程中產品與水相壓裂液配伍，會重新發生團聚、結塊，難以解決卡泵、磨損、堵塞等問題，進而造成無法應用在壓裂作業，制約了水力壓裂進一步發展，難以滿足現有油氣開采要求和能源需求。

3、現有專利文獻cn106883837a公開一種疏水改性支撐劑及其制備方法，cn115851254a公開一種雙疏性改性石英砂支撐劑及其制備方法，這兩種技術都是覆膜類支撐劑范疇，重在表面改性，這些表面改性技術使用大量的改性劑，成本較高。

技術實現思路

1、為了解決現有技術中存在的問題，本發明提供天然石英砂壓裂支撐劑低持水率砂及其制備工藝，可在水相中獲得單分散天然石英砂壓裂支撐劑，簡稱“低持水率砂”，解決了天然石英砂壓裂支撐劑在水相中容易團聚、結塊的問題，從而避免了低持水率砂在壓裂過程產生的卡泵、磨損、堵塞等問題。本發明可直接獲得低持水率砂，無需制備干燥的天然石英砂壓裂支撐劑，即無需使用烘干工藝，實現了節省工藝步驟、降低能耗的目的，且不需要使用過多的改性劑，降低成本。

2、本發明通過以下技術方案實現：

3、一種天然石英砂壓裂支撐劑低持水率砂制備工藝，所述方法采用低持水率砂制備裝置實現，所述低持水率砂制備裝置包括：上電機、轉軸、內部旋轉筒、外部旋轉筒和下電機；

4、所述內部旋轉筒的側壁上開設有多個可調篩孔，所述內部旋轉筒頂部設置有進樣口；所述內部旋轉筒同軸置于外部旋轉筒中；所述外部旋轉筒上設置有化學物質噴嘴，所述化學物質噴嘴朝向內部旋轉筒；

5、所述內部旋轉筒頂部連接轉軸，所述轉軸與上電機的輸出軸連接；外部旋轉筒底部連接下電機的輸出軸；上電機和下電機分別用于驅動內部旋轉筒和外部旋轉筒繞軸線旋轉；

6、所述制備工藝包括：

7、(1)將天然石英砂壓裂支撐劑進行水洗，水洗之后從進樣口加入內部旋轉筒中，開啟上電機使內部旋轉筒旋轉，開啟下電機使外部旋轉筒旋轉；所述天然石英砂壓裂支撐劑能從可調篩孔進入外部旋轉筒；

8、(2)將化學物質通過化學物質噴嘴噴向內部旋轉筒和外部旋轉筒之間的空隙，保持內部旋轉筒和外部旋轉筒持續旋轉2～8h，得到天然石英砂壓裂支撐劑低持水率砂；其中，所述化學物質用于改性天然石英砂壓裂支撐劑，使天然石英砂壓裂支撐劑具有疏水性。

9、優選的，所述化學物質為硅烷偶聯劑、有機疏水單體、有機聚合物、表面活性劑和無機微納米粉體中的一種或多種。

10、優選的，所述化學物質的質量占天然石英砂壓裂支撐劑質量的0.5％～2.5％。

11、優選的，所述內部旋轉筒的轉速為1000～8000r/min，所述外部旋轉筒的轉速為1000～6000r/min。

12、優選的，所述外部旋轉筒的溫度為20℃～80℃。

13、優選的，所述低持水率砂制備裝置還包括收樣器，所述收樣器設置在外部旋轉筒的底部內側。

14、優選的，所述化學物質噴嘴集成在外部旋轉筒的側壁上或底部內側。

15、優選的，所述可調篩孔的形狀為圓形、矩形、橢圓形或多邊形。

16、采用所述的制備方法得到的天然石英砂壓裂支撐劑低持水率砂。

17、一種天然石英砂壓裂支撐劑低持水率砂制備裝置，包括：上電機、轉軸、內部旋轉筒、外部旋轉筒和下電機；

18、所述內部旋轉筒的側壁上開設有多個可調篩孔，所述內部旋轉筒頂部設置有進樣口；所述內部旋轉筒同軸置于外部旋轉筒中；所述外部旋轉筒上設置有化學物質噴嘴，所述化學物質噴嘴朝向內部旋轉筒；

19、所述內部旋轉筒頂部連接轉軸，所述轉軸與上電機的輸出軸連接；外部旋轉筒底部連接下電機的輸出軸；上電機和下電機分別用于驅動內部旋轉筒和外部旋轉筒繞軸線旋轉。

20、與現有技術相比，本發明具有如下的有益效果：

21、本發明采用設計的天然石英砂壓裂支撐劑低持水率砂制備裝置，輔助一種或多種化學物質，實現賦予低持水率砂表面疏水性質，使其能夠在水相中不會團聚和結塊，可在水相中獲得單分散天然石英砂壓裂支撐劑，解決了天然石英砂壓裂支撐劑在水相中容易團聚、結塊的問題，從而避免了低持水率砂在壓裂過程產生的卡泵、磨損、堵塞等。本發明可直接獲得低持水率砂，無需制備干燥的天然石英砂壓裂支撐劑，即無需使用烘干工藝，實現了節省工藝步驟、降低能耗的目的；且不需要使用過多的改性劑，降低成本。本發明整體具有操作簡單、容易實現的優點，有利于在石油和天然氣工業壓裂領域進行推廣、具有廣闊的應用前景。

技術特征：

1.一種天然石英砂壓裂支撐劑低持水率砂制備工藝，其特征在于，所述方法采用低持水率砂制備裝置實現，所述低持水率砂制備裝置包括：上電機(1)、轉軸(2)、內部旋轉筒(4)、外部旋轉筒(7)和下電機(8)；

2.根據權利要求1所述的天然石英砂壓裂支撐劑低持水率砂制備工藝，其特征在于，所述化學物質為硅烷偶聯劑、有機疏水單體、有機聚合物、表面活性劑和無機微納米粉體中的一種或多種。

3.根據權利要求1所述的天然石英砂壓裂支撐劑低持水率砂制備工藝，其特征在于，所述化學物質的質量占天然石英砂壓裂支撐劑質量的0.5％～2.5％。

4.根據權利要求1所述的天然石英砂壓裂支撐劑低持水率砂制備工藝，其特征在于，所述內部旋轉筒(4)的轉速為1000～8000r/min，所述外部旋轉筒(7)的轉速為1000～6000r/min。

5.根據權利要求1所述的天然石英砂壓裂支撐劑低持水率砂制備工藝，其特征在于，所述外部旋轉筒(7)的溫度為20℃～80℃。

6.根據權利要求1所述的天然石英砂壓裂支撐劑低持水率砂制備工藝，其特征在于，所述低持水率砂制備裝置還包括收樣器(9)，所述收樣器(9)設置在外部旋轉筒(7)的底部內側。

7.根據權利要求1所述的天然石英砂壓裂支撐劑低持水率砂制備工藝，其特征在于，所述化學物質噴嘴(6)集成在外部旋轉筒(7)的側壁上或底部內側。

8.根據權利要求1所述的天然石英砂壓裂支撐劑低持水率砂制備工藝，其特征在于，所述可調篩孔的形狀為圓形、矩形、橢圓形或多邊形。

9.采用權利要求1-8任一項所述的制備方法得到的天然石英砂壓裂支撐劑低持水率砂。

10.一種天然石英砂壓裂支撐劑低持水率砂制備裝置，其特征在于，包括：上電機(1)、轉軸(2)、內部旋轉筒(4)、外部旋轉筒(7)和下電機(8)；

技術總結
本發明提供天然石英砂壓裂支撐劑低持水率砂及其制備工藝，本發明采用設計的天然石英砂壓裂支撐劑低持水率砂制備裝置，輔助一種或多種化學物質，實現賦予低持水率砂表面疏水性質，使其能夠在水相中不會團聚和結塊，可在水相中獲得單分散天然石英砂壓裂支撐劑，解決了天然石英砂壓裂支撐劑在水相中容易團聚、結塊的問題，從而避免了低持水率砂在壓裂過程產生的卡泵、磨損、堵塞等。

技術研發人員：尹曉宏,問曉勇,陸紅軍,劉漢斌,王文雄,王成旺,葉亮,祖凱,王亞娟,劉怡
受保護的技術使用者：中國石油天然氣股份有限公司
技術研發日：
技術公布日：2025/4/28