摘要
支撑剂作为水力压裂的必需材料，在压裂后期起到支撑裂缝形成有效渗流通的作用。但是，由于支撑剂密度大、易沉降导致输送效率低，无法将支撑剂输送到裂缝深处。自悬浮支撑剂是一种在支撑剂表面包覆一层吸水膨胀聚合物的新型支撑剂，支撑剂表面聚合物能够吸水膨胀，从而提高支撑剂的悬浮性能，便于将支撑剂输送到裂缝深处，提高水力压裂效果。本文分别以支撑剂覆膜方法、聚合物接枝支撑剂方法，制备覆膜自悬浮支撑剂和接枝聚合物自悬浮支撑剂，研究自悬浮支撑剂膨胀性影响因素，根据支撑剂输送环境条件，探究自悬浮支撑剂耐温、耐盐、耐剪切性能，并对自悬浮支撑剂导流能力进行分析，从而为研究更高性能的自悬浮支撑剂提供一种参考。 （1）通过支撑剂覆膜方法，将聚丙烯酰胺（PAM）包覆在支撑剂表面。在膨胀性实验中，最大吸液速率为0.5g/min,最高膨胀度为1.5,沉降实验发现，相比未处理的支撑剂，自悬浮支撑剂体积变大，沉降速率降低。基于自悬浮支撑剂膨胀性能分析，表明PAM的用量越大则膨胀度越高;剪切作用易破坏覆膜结构;高温易促进覆膜聚合物的溶解;覆膜结构的不稳定性严重破坏支撑剂的悬浮性。 （2）通过硅烷偶联剂γ-甲基丙烯酰氧基三甲氧基硅烷（KH-570）与支撑剂之间的表面羟基发生反应，对支撑剂进行表面改性。然后，制备出聚丙烯酰胺（PAM）和聚丙烯酸（PAA），并将其接枝在支撑剂表面。通过傅里叶变换红外（FT-IR）测试、热稳定性测试、扫描电镜（SEM）和能量色散谱（EDS）分析、X射线衍射、水接触角五种表征手段研究了样品的官能团变化、晶体结构、外表形貌、热稳定性和疏水性，证明聚合物成功接枝在支撑剂表面。在制备接枝聚合物支撑剂实验中，优化单体丙烯酰胺（AM）和丙烯酸（AA）用量配比为n（KH-570）∶n（AM）∶n（AA）=1∶4∶3,得到自悬浮支撑剂最大吸液速率为2.1g/min,最高膨胀度为3.2。探究剪切作用、温度和矿化度对自悬浮支撑剂膨胀性和悬浮性影响。 （3）以聚乙烯吡咯酮（PVP）、丙烯酰胺（AM）、丙烯酸（AA）为原料，过硫酸铵（KPS）为引发剂，N''N-亚甲基双丙烯酰胺为交联剂，与硅烷偶联剂改性后的支撑剂共聚制备高吸水聚合物接枝自悬浮支撑剂，通过一系列表征手段证明聚合物成功接枝在支撑剂表面。膨胀性实验表明，最大吸液速率为4.8g/min,最高膨胀度为4.65，吸液膨胀时间为3min,自悬浮支撑剂覆膜率为4％左右。探究储层环境对自悬浮支撑剂的膨胀性能影响发现，支撑剂吸液后膨胀体积变大，膨胀聚合物受到剪切作用易破碎，一定的升温促进支撑剂吸液膨胀，提高支撑剂吸液速率，支撑剂表面聚合物对矿化度较为敏感，吸液膨胀性受到限制，且二价阳离子(Mg2+、Ca2+)影响程度强于一价阳离子(Na+、K+)。自悬浮支撑剂更易被输送到裂缝深处，支撑裂缝所形成的渗透率更高，并且油相驱替的导流能力值高于水驱替。
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