基于气泡桥效应的支撑剂悬浮参数优选方法及悬浮方法与流程

1.本发明涉及油气储层增产改造技术领域，特别涉及一种基于气泡桥效应的支撑剂悬浮参数优选方法及悬浮方法。


背景技术：

2.水力加砂压裂是目前非常规油气藏的主要增产措施。压裂过程通过压裂液携带将支撑剂(陶粒、石英砂等)进入裂缝，保证压裂停泵后，在地层闭合应力作用下裂缝仍能保持开启，拓展储层油气流动通道，实现增产目的。然而，支撑剂的密度往往显著大于压裂液密度，在重力作用下支撑剂将不可避免的发生沉降，从而导致支撑剂在裂缝中分布不均，即垂向上裂缝底部浓度高，上部浓度低甚至没有支撑剂；横向上近井带浓度高，裂缝远端浓度低甚至没有，严重制约了裂缝开启和压裂改造效果。
3.现有方法多采用增加压裂液粘度、粘弹性和压裂液泵送速度来提升支撑剂携带输运效果，但这类方法存在材料成本高、泵送动力设备要求高、潜在储层伤害高等缺陷，且随着水力压裂规模的不断扩大，越来越难以满足现场压裂工艺的需求。另一种方式是降低支撑剂密度，使得支撑剂更容易携带，比如制造空心陶粒、低密度树脂支撑剂、膨胀聚合物包裹支撑剂等，但这些方式往往由于成本太高或对地层伤害太高而未得到广泛应用。
4.现有技术cn110724515a中公开了一种压裂支撑剂用空气悬浮剂及其施工方法，其虽然公开了一种压裂支撑剂用气体悬浮剂，但关于如何利用气体悬浮剂悬砂并实现高效携砂，如何根据支撑剂特征确定压裂液性能和指标参数，如何评价压裂液基液-气泡-支撑剂三相悬浮体系的稳定性，相关领域仍缺乏可行的技术方法指导，严重制约了压裂液气体悬砂技术的推广应用。


技术实现要素：

5.针对上述问题，本发明旨在提供一种基于气泡桥效应的支撑剂悬浮参数优选方法及悬浮方法。
6.本发明的技术方案如下：
7.一方面，提供一种基于气泡桥效应的支撑剂悬浮参数优选方法，包括以下步骤：
8.选取支撑剂，并测得选取支撑剂的平均粒径，获得支撑剂的平均半径；
9.对所述支撑剂的表面进行疏水改性，获得表面疏水改性支撑剂；
10.配置水基压裂液基液，向所述水基压裂液基液中通入氮气，搅拌使得所述水基压裂液基液内部形成均匀气泡，获得成泡水基压裂液基液；
11.选择所述成泡水基压裂液基液的一种基础参数作为支撑剂悬浮参数进行优选，配置该基础参数不同值的成泡水基压裂液基液；
12.测定各不同基础参数值的成泡水基压裂液基液的zeta电位，并用高速摄像仪拍摄各基液的气泡照片，通过图像分析获得各基液的气泡平均半径；
13.根据所述支撑剂的平均半径与所述基液的气泡平均半径，对各基液进行第一次优
选；
14.配置与第一次优选出的各基液ph相同的电解质溶液，将所述表面疏水改性支撑剂放入所述电解质溶液中，测得所述表面疏水改性支撑剂在各电解质溶液中的zeta电位；
15.采用扩展dlvo理论，计算所述表面疏水改性支撑剂与第一次优选出的各基液混合后支撑剂颗粒与气泡界面的相互作用能；
16.根据所述相互作用能，对第一次优选出的各基液进行第二次优选；
17.将所述表面疏水改性支撑剂放入第二次优选出的各基液中，搅拌，在支撑剂疏水表面与气泡间的相互作用能控制下，支撑剂颗粒之间通过气泡桥效应发生连接和聚集，同时采用高速摄像仪拍摄支撑剂-气泡-支撑剂的聚集状态，通过图像观测和统计分析法确定支撑剂颗粒与气泡间的联结配比系数，并计算支撑剂-气泡聚集体的表观密度；
18.根据所述支撑剂-气泡聚集体的表观密度，对第二次优选出的各基液进行第三次优选，第三次优选出的成泡水基压裂液基液的基础参数即为支撑剂悬浮的优选参数。
19.作为优选，对所述支撑剂的表面进行疏水改性通过以下子步骤实现：在所述支撑剂的表面涂覆具有疏水效应的有机液体悬浮剂。
20.作为优选，所述有机液体悬浮剂为具有疏水碳链的疏水树脂。
21.作为优选，所述成泡水基压裂液基液的基础参数包括ph值、矿化度、zeta电位、气泡尺寸、处理剂加量、注气量。
22.作为优选，对各基液进行第一次优选通过以下子步骤实现：计算支撑剂平均半径与基液气泡平均半径的比值，比值在0.5-2范围内的基液即为第一次优选出的基液。
23.作为优选，所述支撑剂颗粒与气泡界面的相互作用能包括范德华相互作用能、双电层斥力位能、疏水相互作用力、以及水化斥力。
24.作为优选，所述支撑剂颗粒与气泡界面的相互作用能通过下式进行计算：
25.φ
t
＝φ
lvd
φ
edl
φ
ha
φ
hr
ꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
26.式中：φ
t
为支撑剂颗粒与气泡界面的相互作用能，j；φ
lvd
为支撑剂颗粒与气泡间的范德华相互作用能，j；φ
edl
为支撑剂颗粒与气泡间的双电层斥力位能，j；φ
ha
为支撑剂颗粒与气泡间的疏水相互作用力，j；φ
hr
为支撑剂颗粒与气泡间的水化斥力，j；
27.其中，所述范德华相互作用能通过下式进行计算：
[0028][0029]
式中：a
132
为支撑剂颗粒和气泡在基液中的相互作用hamaker常数，j；d为支撑剂颗粒表面与气泡表面的相互作用距离，m；r1和r2分别为支撑剂颗粒和气泡的平均半径，m；
[0030]
所述双电层斥力位能通过下式进行计算：
[0031][0032]
式中：εr为相对介电常数，对于水溶液而言，取值为81.5；ε0为真空中的介电常数，取值为8.854
×
10-12
cv-1
m-1
；ζ1和ζ2分别为支撑剂颗粒和气泡的zeta电位，v；κ为debye长度的倒数，m-1
；
[0033]
所述疏水相互作用力通过下式进行计算：
[0034][0035]
式中：h
01
为疏水相互作用力的衰减长度，m；为支撑剂颗粒表面和气泡间的疏水相互作用能常数，j/m2；
[0036]
所述水化斥力通过下式进行计算：
[0037][0038]
式中：h
02
为水化相互作用力的衰减长度，m；为支撑剂颗粒表面和气泡间的水化相互作用能常数，j/m2。
[0039]
作为优选，对第一次优选出的各基液进行第二次优选通过以下子步骤实现：比较各基液的相互作用能，其中支撑剂颗粒与气泡间的疏水引力相对更强的对应基液更有利于形成稳定的支撑剂-气泡悬浮聚集体，该对应基液即为第二次优选出的基液。
[0040]
作为优选，所述支撑剂-气泡聚集体的表观密度通过下式进行计算：
[0041][0042]
式中：ρa为支撑剂-气泡聚集体的表观密度，g/cm3；ρ1为支撑剂颗粒的密度，g/cm3；k为聚集体中支撑剂颗粒与气泡间的联接配比系数，无因次；ρ2为气泡密度，g/cm3。
[0043]
作为优选，对第二次优选出的各基液进行第三次优选通过以下子步骤实现：筛选表观密度在0.9-1.1g/cm3范围内的支撑剂-气泡聚集体，该支撑剂-气泡聚集体对应的基液即为第三次优选出的基液。
[0044]
另一方面，还提供一种基于气泡桥效应的支撑剂悬浮方法，包括以下步骤：
[0045]
选取支撑剂并对所述支撑剂的表面进行疏水改性，获得表面疏水改性支撑剂；
[0046]
采用上述任意一项所述的基于气泡桥效应的支撑剂悬浮参数优选方法对支撑剂的悬浮参数进行优选；
[0047]
根据支撑剂悬浮参数优选结果，配置成泡水基压裂液基液；
[0048]
将所述表面疏水改性支撑剂与所述成泡水基压裂液基液混合，获得形成气液固三相混合体系的支撑剂悬浮压裂液。
[0049]
本发明的有益效果是：
[0050]
本发明的支撑剂悬浮参数优选方法以扩展dlvo理论为基础，建立了利用疏水表面气泡桥效应悬浮压裂支撑剂的实验评价与参数计算优化流程，能够通过调节相关参数优化支撑剂与气泡聚集体的表观密度，从而保证面对不同水基压裂液体系、支撑剂粒径和密度、压裂泵送工程参数和储层特征时，能够实现支撑剂高效悬浮和输运，进而实现距离更远、纵横向分布更均匀的裂缝铺砂，大幅度提升储层水力压裂改造和油气井增产效果。
[0051]
本发明的支撑剂悬浮方法利用支撑剂疏水表面与基液中气泡的相互吸引作用，在支撑剂颗粒间产生气泡桥，形成支撑剂与气泡的聚集体，有效降低聚集体整体的表观密度，从而实现高密度支撑剂在压裂液中的有效悬浮。
附图说明
[0052]
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0053]
图1为一个实施例疏水改性支撑剂的表面电动电位测试结果示意图；
[0054]
图2为一个实施例成泡压裂液基液的气泡表面电动电位测试结果示意图；
[0055]
图3为一个实施例不同ph条件下各成泡压裂液基液的气泡平均半径测试结果示意图；
[0056]
图4为一个实施例第一次优选的各成泡压裂液基液的相互作用能常数测试结果示意图；
[0057]
图5为一个实施例ph＝5条件下相互作用能计算结果示意图；
[0058]
图6为一个实施例ph＝6条件下相互作用能计算结果示意图；
[0059]
图7为一个实施例ph＝7条件下相互作用能计算结果示意图；
[0060]
图8为一个实施例ph＝8条件下相互作用能计算结果示意图；
[0061]
图9为一个实施例ph＝9条件下相互作用能计算结果示意图；
[0062]
图10为本发明气泡桥吸附联接支撑剂颗粒并形成聚集体的结构示意图；
[0063]
图11为一个实施例第二次优选的各成泡压裂液基液的支撑剂悬浮结果示意图；
[0064]
图12为本发明与常规压裂液的携砂对比测试结果示意图。
具体实施方式
[0065]
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的技术特征可以相互结合。需要指出的是，除非另有指明，本技术使用的所有技术和科学术语具有与本技术所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。本发明公开使用的“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。
[0066]
一方面，本发明提供一种基于气泡桥效应的支撑剂悬浮参数优选方法，包括以下步骤：
[0067]
s1：选取支撑剂，并测得选取支撑剂的平均粒径，获得支撑剂的平均半径；
[0068]
在一个具体的实施例中，所述支撑剂为市售常用压裂支撑剂，具体为市售石英砂或陶粒等。
[0069]
在一个具体的实施例中，采用激光粒度仪对所选取的支撑剂进行粒度分析，并将累计粒度分布曲线上占比50％数据点所对应的支撑剂粒径作为选取支撑剂的平均粒径。
[0070]
s2：对所述支撑剂的表面进行疏水改性，获得表面疏水改性支撑剂；
[0071]
在一个具体的实施例中，对所述支撑剂的表面进行疏水改性通过以下子步骤实现：在所述支撑剂的表面涂覆具有疏水效应的有机液体悬浮剂，所述有机液体悬浮剂为具有疏水碳链的疏水树脂。
[0072]
可选地，所述有机液体悬浮剂采用cn110724515a中公开的压裂支撑剂用气体悬浮剂。采用该有机液体悬浮剂对所述支撑剂的表面进行疏水改性具体包括以下子步骤：以质
量份数计，选取市售支撑剂30份，有机液体悬浮剂0.02-2份；将所述有机液体悬浮剂稀释到10份清水中，再采用雾化方式喷涂到支撑剂颗粒表面，同时用玻璃棒搅拌2～3min辅助所述有机液体悬浮剂在支撑剂表面均匀涂覆，有机液体悬浮剂吸附后即可实现支撑剂的表面疏水改性。
[0073]
需要说明的是，所述有机液体悬浮剂的作用是为了对所述支撑剂的表面进行疏水改性，除了上述实施例应用的有机液体悬浮剂外，其他能够对所述支撑剂的表面进行疏水改性的有机液体悬浮剂也可适用于本发明。
[0074]
s3：配置水基压裂液基液，向所述水基压裂液基液中通入氮气，搅拌使得所述水基压裂液基液内部形成均匀气泡，获得成泡水基压裂液基液；
[0075]
在一个具体的实施例中，所述水基压裂液基液包括水溶性疏水增粘剂0.05～0.1份、起泡剂0.001～2份、溶剂100份。可选地，所述水溶性疏水增粘剂为丙烯酰胺缔合聚合物和/或改性瓜尔胶，所述溶剂为水。
[0076]
需要说明的是，上述实施例中，所述起泡剂为现有技术，可根据需要选择市售的非离子型或离子型起泡剂；除了上述实施例采用的水溶性疏水增粘剂和溶剂外，也可采用现有技术中的其他水溶性疏水增粘剂和溶剂；另外，除了上述实施例采用的水基压裂液基液配方外，本发明也可采用现有技术中的其他水基压裂液基液，具体根据实际压裂施工需要进行配置。
[0077]
s4：选择所述成泡水基压裂液基液的一种基础参数作为支撑剂悬浮参数进行优选，重复步骤s3配置该基础参数不同值的成泡水基压裂液基液；
[0078]
在一个具体的实施例中，所述成泡水基压裂液基液的基础参数包括ph值、矿化度、zeta电位、气泡尺寸、处理剂加量、注气量等等。需要说明的是，有的基础参数之间会相互关联，其中一个基础参数变动，其他关联参数也会相应的进行变动，例如处理剂加量不一样，zeta电位、气泡尺寸也会不一样的，悬浮效果会有变化；具体采用本发明进行优选时，选择其中一种基础参数为变量，通过正交实验等方法可最终确定各参数均为优选的支撑剂悬浮参数。
[0079]
s5：测定各不同基础参数值的成泡水基压裂液基液的zeta电位，并用高速摄像仪拍摄各基液的气泡照片，通过图像分析获得各基液的气泡平均半径；
[0080]
在一个具体的实施例中，采用沉降电位法测定气泡表面的电动电位。需要说明的是，通过图像分析获得气泡的平均半径为现有技术，具体步骤在此不再赘述。
[0081]
s6：根据所述支撑剂的平均半径与所述基液的气泡平均半径，对各基液进行第一次优选；
[0082]
在一个具体的实施例中，对各基液进行第一次优选通过以下子步骤实现：计算支撑剂平均半径与基液气泡平均半径的比值，比值在0.5-2范围内的基液即为第一次优选出的基液。本发明选择该比值能够在满足悬砂需求的同时，避免气泡过大，增大体系摩阻。
[0083]
s7：配置与第一次优选出的各基液ph相同的电解质溶液，将所述表面疏水改性支撑剂放入所述电解质溶液中，测得所述表面疏水改性支撑剂在各电解质溶液中的zeta电位；
[0084]
在一个具体的实施例中，采用微电泳仪测试计算表面疏水改性支撑剂的zeta电位。
[0085]
s8：采用扩展dlvo理论，计算所述表面疏水改性支撑剂与第一次优选出的各基液混合后支撑剂颗粒与气泡界面的相互作用能；所述相互作用能包括范德华相互作用能、双电层斥力位能、疏水相互作用力、以及水化斥力。
[0086]
在一个具体的实施例中，所述支撑剂颗粒与气泡界面的相互作用能通过下式进行计算：
[0087]
φ
t
＝φ
lvd
φ
edl
φ
ha
φ
hr
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
[0088]
式中：φ
t
为支撑剂颗粒与气泡界面的相互作用能，j；φ
lvd
为支撑剂颗粒与气泡间的范德华相互作用能，j；φ
edl
为支撑剂颗粒与气泡间的双电层斥力位能，j；φ
ha
为支撑剂颗粒与气泡间的疏水相互作用力，j；φ
hr
为支撑剂颗粒与气泡间的水化斥力，j；
[0089]
其中，所述范德华相互作用能通过下式进行计算：
[0090][0091]
式中：a
132
为支撑剂颗粒和气泡在基液中的相互作用hamaker常数，j；d为支撑剂颗粒表面与气泡表面的相互作用距离，m；r1和r2分别为支撑剂颗粒和气泡的平均半径，m；
[0092]
所述双电层斥力位能通过下式进行计算：
[0093][0094]
式中：εr为相对介电常数，对于水溶液而言，取值为81.5；ε0为真空中的介电常数，取值为8.854
×
10-12
cv-1
m-1
；ζ1和ζ2分别为支撑剂颗粒和气泡的zeta电位，v；κ为debye长度的倒数，m-1
；
[0095]
所述疏水相互作用力通过下式进行计算：
[0096][0097]
式中：h
01
为疏水相互作用力的衰减长度，m；为支撑剂颗粒表面和气泡间的疏水相互作用能常数，j/m2；
[0098]
所述水化斥力通过下式进行计算：
[0099][0100]
式中：h
02
为水化相互作用力的衰减长度，m；为支撑剂颗粒表面和气泡间的水化相互作用能常数，j/m2。
[0101]
在一个具体的实施例中，所述支撑剂颗粒表面和气泡间的疏水相互作用能常数和所述支撑剂颗粒表面和气泡间的水化相互作用能常数采用原子力显微镜测试获得。
[0102]
s9：根据所述相互作用能，对第一次优选出的各基液进行第二次优选；具体的：比较各基液的相互作用能，其中支撑剂颗粒与气泡间的疏水引力相对更强的对应基液更有利于形成稳定的支撑剂-气泡悬浮聚集体，该对应基液即为第二次优选出的基液。
[0103]
s10：将所述表面疏水改性支撑剂放入第二次优选出的各基液中，搅拌，在支撑剂疏水表面与气泡间的相互作用能控制下，支撑剂颗粒之间通过气泡桥效应发生连接和聚
集，同时采用高速摄像仪拍摄支撑剂-气泡-支撑剂的聚集状态，通过图像观测和统计分析法确定支撑剂颗粒与气泡间的联结配比系数，并计算支撑剂-气泡聚集体的表观密度；
[0104]
在一个具体的实施例中，所述支撑剂-气泡聚集体的表观密度通过下式进行计算：
[0105][0106]
式中：ρa为支撑剂-气泡聚集体的表观密度，g/cm3；ρ1为支撑剂颗粒的密度，g/cm3；k为聚集体中支撑剂颗粒与气泡间的联接配比系数，无因次；ρ2为气泡密度，g/cm3。
[0107]
需要说明的是，通过图像观测和统计分析法确定支撑剂颗粒与气泡间的联结配比系数为现有技术，具体步骤在此不再赘述。
[0108]
s11：根据所述支撑剂-气泡聚集体的表观密度，对第二次优选出的各基液进行第三次优选，第三次优选出的成泡水基压裂液基液的基础参数即为支撑剂悬浮的优选参数。
[0109]
在一个具体的实施例中，对第二次优选出的各基液进行第三次优选通过以下子步骤实现：筛选表观密度在0.9-1.1g/cm3范围内的支撑剂-气泡聚集体，该支撑剂-气泡聚集体对应的基液即为第三次优选出的基液。
[0110]
需要说明的是，在上述实施例中选择表观密度在0.9-1.1g/cm3范围内的基液是因为该密度与常用水基压裂液的密度(1.0-1.05g/cm3)相近，能够取得更优的悬砂效果，当水基压裂液的密度变换时，相应的表观密度优选范围也会变换，具体进行第三次优选时，选择表观密度越接近选用水基压裂液密度的支撑剂-气泡聚集体所对应的基液，悬浮效果越好。
[0111]
需要说明的是，当第三次优选基液时，配置得到的支撑剂-气泡聚集体的表观密度小于0.9g/cm3或大于1.1g/cm3时，需返回步骤s3通过调节体系的起泡剂加量、ph值和注入氮气量等参数，使支撑剂-气泡聚集体的表观密度满足0.9～1.1g/cm3的限定区间，并将此时的处理剂加量参数作为最终的体系配方。
[0112]
另一方面，本发明还提供一种基于气泡桥效应的支撑剂悬浮方法，包括以下步骤：
[0113]
选取支撑剂并对所述支撑剂的表面进行疏水改性，获得表面疏水改性支撑剂；
[0114]
采用上述任意一项所述的基于气泡桥效应的支撑剂悬浮参数优选方法对支撑剂的悬浮参数进行优选；
[0115]
根据支撑剂悬浮参数优选结果，配置成泡水基压裂液基液；
[0116]
将所述表面疏水改性支撑剂与所述成泡水基压裂液基液混合，获得形成气液固三相混合体系的支撑剂悬浮压裂液。
[0117]
在一个具体的实施例中，以基液的ph值作为支撑剂悬浮参数采用本发明进行优选，具体包括以下步骤：
[0118]
(1)选取河南省巩义市售油气井增产水力压裂石英砂支撑剂，支撑剂体积密度(ρ1)为2.68g/cm3，尺寸规格为40～70目石英砂；采用马尔文激光粒度仪测得该支撑剂颗粒粒径(直径)分布的d
10
＝225.4μm，d
50
＝312.6μm，d
90
＝371.8μm，取其d
50
值代表该支撑剂样品的平均粒径，获得支撑剂颗粒平均半径(r1)为156.3μm。
[0119]
(2)以质量份数计，称取上述支撑剂30份，将0.1份有机液体悬浮剂(cn110724515a中的气体悬浮剂)稀释到10份清水中，再采用雾化方式喷涂到支撑剂颗粒表面，同时用玻璃棒搅拌2～3min辅助悬浮剂在支撑剂表面均匀涂覆，悬浮剂吸附后即可实现表面疏水改性。
[0120]
(3)以质量份数计，称取表面疏水改性后的石英砂支撑剂30份，放入100份的2％
nacl水溶液中，搅拌均匀后再以hcl和naoh调节电解质溶液ph值；进一步地，调节溶液ph＝3、4、5、6、7、8、9、10、11、12，在每个ph值点分别取样，采用brookhaven公司的微电泳仪(zeta-pals)测试疏水改性支撑剂表面的电动电位(ζ1)，具体测试结果如图1所示。
[0121]
(4)配置悬砂所需压裂液基液，具体包括以质量份数计的以下组分：水溶性疏水增粘剂(四川光亚聚合物化工有限公司生产的gaf-tp)0.05份，离子型起泡剂0.02份，清水100份；配制过程先将起泡剂滴入清水中，并不断搅拌，同时缓慢加入gaf-tp溶解分散，充分搅拌后形成具有一定粘度的压裂液基液，测得该基液的密度为(ρ0)为1.016g/cm3；采用haake流变仪测得基液粘度为6.42mpa
·
s。
[0122]
(5)以质量份数计，量取步骤(4)中的压裂液基液100份，采用hcl和naoh调节体系ph值，各份基液的ph分别调制为ph＝3、4、5、6、7、8、9、10、11、12，再向体系中通入氮气5份，同时采用吴茵混调器以2000r/min的转速进行搅拌，在压裂液基液中形成气泡。
[0123]
(6)在每个ph值的基液中分别取样，采用沉降电位法测定气泡表面的电动电位(ζ2)，具体测试结果如图2所示；采用ccd高速摄像系统拍摄气泡照片，再采用imagej软件通过灰度识别分析气泡尺寸，本实施例中，ph＝3时，压裂液基液中未观测到气泡，ph＝4～12时，观测得到的气泡平均半径(r2)为37.4～268.3μm，具体测试结果如图3所示。
[0124]
(7)计算步骤(1)获得的支撑剂的平均半径与步骤(6)获得的气泡平均半径之间的比值(r1/r2)，将支撑剂颗粒与气泡平均半径比值限定在0.5～2，筛选出ph＝5、6、7、8、9时，基液中的气泡大小满足要求。
[0125]
(8)采用原子力显微镜(afm)分别测试ph＝5、6、7、8、9条件下，表面疏水改性支撑剂与基液气泡间的相互作用力曲线，根据相互作用力测试曲线，拟合得到的不同ph值下支撑剂表面与气泡间的疏水相互作用能常数和水化相互作用能常数具体测试结果如图4所示。
[0126]
(9)根据步骤(1)-(8)测得的基础参数，采用公式(1)-(5)计算得到的不同ph值条件下疏水改性支撑剂颗粒表面与气泡间的相互作用能，总相互作用强度曲线结果如附5-9所示。
[0127]
(10)根据图5-9的测试结果，对ph＝5、6、7、8、9的基液进行第二次优选，具体的：
[0128]
以ph＝7的支撑剂-气泡相互作用曲线为例，当支撑剂颗粒表面与气泡间距较大时，两者的相互作用由双电层斥力和范德华力主导，此时该作用能常数为正值，表明两者间存在微弱的排斥作用；随着搅拌等外力作用，当支撑剂-气泡间的距离进一步减小时，在疏水作用的主导下，支撑剂表面与气泡的相互作用能转为负值，表明两者间存在引力作用，且随着距离减小，引力进一步增强，在该引力作用下，支撑剂颗粒与气泡产生稳定吸附，宏观上形成支撑剂颗粒-气泡聚集体，通过降低表观密度实现支撑剂悬浮；随着间距减小到数个水分子层厚度，水化斥力开始占据主导作用，阻止支撑剂与气泡进一步接近，宏观上有利于抑制支撑剂颗粒-气泡聚集体增长过大，同时保持体系的稳定性。
[0129]
在ph＝5-9时，随ph增大，支撑剂颗粒与气泡间的疏水作用强度呈现先增大后减小趋势，疏水作用主导区间的相互引力(负值)极值由-1994.6
×
10-18
j/m2增加到-10058.7
×
10-18
j/m2，而后再降低到-5428.5
×
10
18
j/m2；根据图5-9可知，在ph＝7或8时，支撑剂与气泡间的疏水引力相对最强，最有利于形成稳定的支撑剂-气泡悬浮聚集体，因此，优选体系的ph为7或8。
[0130]
(11)配制与步骤(4)相同的压裂液基液200份，平均分为a、b两组，并根据步骤(10)的优选结果，将a、b两组基液的ph值分别调节至7和8；向a、b两组基液各加入30份表面疏水改性后的石英砂支撑剂，再各通入5份氮气，同时在吴茵混调器中以2000r/min的转速搅拌1min；在支撑剂与气泡间的疏水相互作用力控制下，支撑剂颗粒将通过气泡桥发生如图10所示的联接和聚集，采用ccd高速摄像系统分别拍摄a、b两组中支撑剂颗粒-气泡的聚集体高清照片，采用imagej软件通过灰度识别和统计分析，获得a组的支撑剂颗粒与气泡间的联接配比系数ka为1.46～1.59(即1粒支撑剂对应1.46～1.59个气泡)，b组的支撑剂颗粒与气泡间的联接配比系数kb为0.65～0.89；b组的气泡半径更大，疏水作用力更强，单个气泡能吸附更多颗粒，因而其配比系数反而更低。
[0131]
(12)在已知支撑剂颗粒半径(r1)和气泡在不同ph值条件下的半径(r2)，考虑本实施例在常温常压下开展，相比支撑剂密度(ρ1＝2.68g/cm3)，可以假设气泡密度(ρ2)为0；根据公式(6)可以计算得到本实施例a组和b组中支撑剂-气泡聚集体的表观密度为0.962～1.014g/cm3和0.611～0.772g/cm3；本实施例中压裂液基液的密度为1.016g/cm3，与a组比较接近，远大于b组的表观密度，考虑到支撑剂-气泡聚集体密度过低可能导致支撑剂集中于液体上部，不利于高效铺砂，在本实施例中将ph＝7条件的a组确定为优选组。另外a组和b组的悬浮结果如图11所示，从图11页可以看出，相比于支撑剂完全上浮的b组，a组支撑剂处于更好的悬浮状态。
[0132]
根据以上步骤的优选结果，配制气体携砂压裂液(疏水改性石英砂支撑剂 含气泡压裂液基液)3m3，加砂浓度为30％，将该组设置为c组(实施例)；
[0133]
同时采用相同浓度的水溶性疏水增粘剂gaf-tp和起泡剂配制压裂液，同时向压裂液中通入相同比例的氮气充分搅拌混合，但支撑剂选用未表面疏水改性的常规石英砂支撑剂(同一厂家提供的未改性40～70目石英砂)，加砂浓度同样为30％，配制该携砂压裂液3m3，将改组设置为d组(对比例1)；
[0134]
同时采用相同浓度的水溶性疏水增粘剂gaf-tp配制压裂液(不加起泡剂)，经测试该压裂液的密度为1.017g/cm3，粘度为6.57mpa
·
s(无起泡剂作用，密度和粘度略有增加)，支撑剂选用未表面疏水改性的常规石英砂支撑剂(同一厂家提供的未改性40～70目石英砂)，加砂浓度同样为30％，配制该常规携砂压裂液3m3，将改组设置为e组(对比例2)；
[0135]
采用大型平板携砂仪器分别对c组、d组和e组携砂液进行携砂实验，仪器模拟缝宽为3mm，实验过程携砂液泵速均为1.2m3/min，测试结果如图12所示。从图12可以看出，相同条件下，实施例c组的携砂效果最高，砂堆在纵向和横向的铺置均更为均匀，并且砂堆的透光率更高，说明支撑剂的堆积更为疏松，验证了疏水力作用下支撑剂与气泡间的吸附和聚集效应；作为对比例的d组和e组，砂堆纵横向分布不均，砂堆透光率低，说明支撑剂沉降显著且堆积紧密，即使在d组中添加了相同比例的起泡剂和氮气，但没有表面疏水改性支撑剂的配合使用，仍难以有效提升压裂液的携砂效果；
[0136]
对比实施例c组和对比例d组、e组的实际携砂效果，进一步证实了本发明方法利用疏水支撑剂表面吸附气泡后产生气泡桥效应，形成支撑剂-气泡聚集体，降低表观密度，进而实现支撑剂高效悬浮和携砂的有效性。同时，本实施例是在常温常压条件下采用40-70目石英砂作为支撑剂开展的，但改变支撑剂类型(比如陶粒)、颗粒大小和温度压力条件，本发明方法同样适用。
[0137]
另外，需要说明的是，在上述实施例中，步骤(3)测定表面疏水改性支撑剂在不同ph条件下的zeta电位的顺序可放在步骤(7)之后，且只测定第一次优选出的ph＝5、6、7、8、9条件下的zeta电位。
[0138]
上述实施例仅为本发明的一个具体应用实施例，本发明也可对基液的矿化度、zeta电位、气泡尺寸、处理剂加量、注气量等进行优选，从而确定支撑剂的悬浮参数。
[0139]
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。