一种基于气液两相二氧化碳的煤层压裂与多效强化抽采方法

1.本发明涉及煤炭水力压裂技术领域，具体地说是涉及一种基于气液两相二氧化碳的煤层压裂与多效强化抽采方法。


背景技术：

2.随着能源需求的日益增长，常规油气资源供不应求现象日益彰显。煤层气是一种赋存在煤储层中的非常规油气资源，对于补充能源缺口和优化能源结构具有重要意义。然而煤层气储层普遍具有低渗透性特征，直接采用钻孔或地面井抽采瓦斯效率通常很低。为了提高瓦斯抽采效率，目前国内外广泛使用水力压裂技术，即通过高压水泵向目标地层中注入高压液体，促使目标地层内的天然裂缝张开或者生成新的裂缝，并将携带的支撑剂滞留于裂缝内部，维持裂缝开度，从而提高煤层的渗透性和瓦斯的抽采效率。
3.压裂液是水力压裂过程中不可缺少的技术组成部分，负责打开或者扩张裂隙并使所含的支撑剂进入裂隙，维持裂缝开度，以提高煤层渗透性。但目前工程现场广泛应用的支撑剂多以人工陶粒为主要原料，因其密度较大，在随携砂液通过井筒进入裂缝过程中，仅依靠携砂液自身粘度特性，通常无法克服由于自身质量的原因发生的沉降作用，导致支撑剂无法进入裂缝，不能有效地维持裂缝的开度。若过大提高携砂液粘度，会造成携砂液在裂缝内的残留过多，最终影响煤层气产量。同时，在后期的返排过程中，携砂液会由于自身粘度特性永久滞留于煤层当中，部分携砂液会粘附于支撑剂表面无法返排。


技术实现要素：

4.基于上述技术问题，本发明提出一种基于气液两相二氧化碳的煤层压裂与多效强化抽采方法。
5.本发明所采用的技术解决方案是：
6.一种基于气液两相二氧化碳的煤层压裂与多效强化抽采方法，包括以下步骤：
7.(1)配制携砂液
8.选取稠化剂、交联剂、破胶剂、酸、粘土稳定剂和水为原料，先向水中加入稠化剂，搅拌至全溶，然后依次加入交联剂、粘土稳定剂、破胶剂和酸，搅拌溶解，即得所需携砂液；
9.(2)制备多效支撑剂
10.a计算所需支撑剂的密度
11.根据多效支撑剂在携砂液中的沉降速度，采用下式(1)密度计算公式，计算所需支撑剂的密度；
[0012][0013]
式(1)中：ρ
p
为支撑剂密度，kg/m3；vs为支撑剂沉降速度，m/s；ρ
l
为携砂液密度，kg/m3；ds为支撑剂颗粒直径，m；g为重力加速度，m/s2；k为流体稠度系数，pa
·
sn；n为流体流性系数；vf为沉降速度因子，采用下式(2)计算得到：
[0014][0015]
式(2)中：λ为流体松弛时间；
[0016]
b计算制备多效支撑剂所需铝矾土和尿素的用量
[0017]
采用铝矾土为基体，尿素为造孔剂制备多效支撑剂；
[0018]
首先，根据现场压裂施工设计要求，预先确定多效支撑剂的平均尺寸规格ds；
[0019]
然后，根据步骤a计算得到的支撑剂密度，再按照密度为1.335g/cm3尿素、2％wt-3％wt密度为2g/cm3的膨润土、1％wt-1.5％wt密度为3.68g/cm3莫来石粉、3％wt-4％wt密度为2.8g/cm3的白云石粉、3％wt-3.5％wt密度为2.605g/cm3的钾长石粉以及余量密度为3.45g/cm3铝矾土配方，采用如下公式(3)推算出多效支撑剂配方中所需尿素与铝矾土的质量；
[0020][0021]
式中ρ
p
为支撑剂密度，kg/m3；ρ1为尿素的密度，g/cm3；v1为尿素的体积，cm3；ρ2为铝矾土的密度，g/cm3；v2为铝矾土的体积，cm3；
[0022]
根据m1＝ρ
1v1
求出所需尿素的质量，根据m2＝ρ
2v2
求出所需铝矾土的质量；
[0023]
c根据步骤b中所确定的配方用料及用量，称取相应量的各原料粉料，将粉料导入混料机，均匀混合，然后将混合后的粉料放入模具中，利用压力机，在室温条件下压制得到致密体，再将致密体放到成球机中，打磨抛光，制成所需要粒径的球状颗粒；
[0024]
采用水浴的方式去除球状颗粒中的尿素，然后烘干球状颗粒，即得多效支撑剂；
[0025]
(3)制备压裂液
[0026]
a将二氧化碳溶解于携砂液中
[0027]
采用压裂液配制装置，该装置包括高压低温罐、高压预混罐、第一高压二氧化碳储罐、第二高压二氧化碳储罐、四通阀和真空泵；高压低温罐的顶部一端通过第一气体管道连接第一高压二氧化碳储罐，高压低温罐的顶部另一端通过第二气体管道与四通阀的第一端口相连接，高压低温罐的下部通过液体输送管道与高压预混罐的顶部一端连接，在高压预混罐的内部设置有搅拌器，高压预混罐的顶部另一端通过第三气体管道与四通阀的第二端口相连接；四通阀的第三端口通过第四气体管道与真空泵相连接，四通阀的第四端口通过第五气体管道与第二高压二氧化碳储罐相连接；
[0028]
将携砂液置于高压低温罐中，打开真空泵，抽空高压低温罐内空气至真空计示数不变，通过温度控制器将高压低温罐内温度调节至设定温度，打开第二高压二氧化碳储罐向高压低温罐中泵入二氧化碳，至高压低温罐内压力达到设定压力，静置，由气相转变为液相的二氧化碳与携砂液混合，实现将二氧化碳溶解于携砂液中；
[0029]
b将多效支撑剂放入高压预混罐中，打开真空泵，抽空高压预混罐内空气至真空计示数不变，通过第二高压二氧化碳储罐向高压预混罐中充入二氧化碳，然后通过第一高压二氧化碳储罐升高压力将高压低温罐内携砂液压入高压预混罐中，通过搅拌器混合均匀，即得所需压裂液；
[0030]
(4)压裂
[0031]
将携砂液与多效支撑剂混合得到的压裂液随高压水泵入煤储层实施压裂；
[0032]
(5)强化抽采过程
[0033]
携砂液与多效支撑剂在进入煤储层裂隙后，由于裂纹的扩展，压力会降低，当到达临界值后，携砂液与多效支撑剂内的二氧化碳会逸出，在压力梯度的作用下首先在煤体颗粒空隙间流动，其次在煤体裂隙网络中作渗流运动，最后气体分子在气体浓度梯度的作用下从裂隙网络进入煤基质，在煤基质大孔、中孔、微孔孔隙中相继作扩散运动，与煤体吸附态ch4发生竞争吸附，co2靠较强的被吸附能力将ch4驱替出，最后吸附在煤的孔隙内表面；
[0034]
与此同时，煤层中存在碳酸盐矿物质会与携砂液中的复合酸液发生如下反应：
[0035]
co
32-+2h
+
→
co2↑
+h2o，产生的co2也会与煤体吸附态ch4发生竞争吸附，将ch4驱替出；
[0036]
(6)强化返排过程
[0037]
在后期携砂液的返排过程中，携砂液与多效支撑剂释放的气体co2由高压状态转变为低压状态，会发生体积膨胀，对携砂液的返排产生推动作用，弥补携砂液返排时的能量不足，提高压裂效果。
[0038]
优选的，步骤(1)中：所述稠化剂选取羟丙基瓜尔胶，交联剂选取有机硼，破胶剂选取过硫酸铵，酸选取复合酸，粘土稳定剂选取氯化铵；复合酸由盐酸、醋酸和草酸组成。
[0039]
优选的，各原料的用量配比为：0.4％wt-0.6％wt羟丙基瓜尔胶、0.06％wt-0.08％wt有机硼、1％wt-2％wt过硫酸铵、0.06wt％-0.08wt％复合酸、0.2wt％-0.3wt％氯化铵、以及余量的水；其中复合酸由30％wt盐酸、30％wt醋酸和40％wt草酸组成。
[0040]
优选的，步骤(2)中：致密体压制所需要的压力条件为40mpa-50 mpa；采用水浴的方式去除尿素，在100℃-120℃的热水中浸泡6h。
[0041]
优选的，步骤(3)中：所述压裂液配制装置中，在第一气体管道上设置有第一减压罐，且在第一气体管道上还设置有第一阀门和第二阀门，第一阀门处于第一高压二氧化碳储罐和第一减压罐之间，第二阀门处于第一减压罐和高压低温罐之间；在第二气体管道上设置有第三阀门，在第三气体管道上设置有第四阀门，在第四气体管道上设置有第二减压罐和第五阀门，且第五阀门处于第二高压二氧化碳储罐和第二减压罐之间；在高压低温罐的外部一侧设置有温度控制器，在真空泵处设置有真空计。
[0042]
优选的，步骤(3)中：所述高压低温罐的设定温度为-5℃-0℃，设定压力为4mpa-6 mpa，静置时间为6h。
[0043]
优选的，所述压裂液还包括单独存放的前置液，所述前置液由以下原料混合而成：0.5％wt-1.2％wt的氯化铵、1％wt-2％wt的活性剂以及余量的水；
[0044]
在泵入压裂液之前，先调节压裂泵泵压将前置液注入地层，对地层进行破裂，形成一定尺寸的裂缝后，逐渐增高泵压，然后再泵入压裂液。
[0045]
上述活性剂优选由60％wt烷基酚聚氧乙烯醚、20％wt石油磺酸盐和20％wt木质素混合而成。
[0046]
上述步骤中，采用水浴的方式去除球状颗粒中的尿素，尿素会发生如下式(4)所示水解反应生成气体，使得尿素基本去除干净，在支撑剂内部形成孔隙网络结构，可有效降低支撑剂的整体密度，提升悬浮能力，除此之外还可以增强支撑剂的导流能力，然后烘干球状
颗粒，即得多效支撑剂。
[0047]
co(nh2)2+h2o＝co2↑
+2nh3↑ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(4)
[0048]
优选的，步骤(2)中c步骤制得的多效支撑剂，可进一步进行亲水改性，即采用丙烯酸树脂为基体材料，甲基丙烯酸羟乙酯(hema)为亲水单体，1-羟基环乙基苯甲酮为催化剂，乙酸乙酯为溶剂，通过紫外线引发自由基聚合在多效支撑剂表面包覆一层亲水性良好的聚合物涂层。
[0049]
具体方法为：将支撑剂浸渍于无水乙醇去除杂质，在60℃-80℃下烘干冷却备用。将10wt％-15wt％的丙烯酸树脂、40wt％-45wt％的hema、3wt％-4wt％的1-羟基环乙基苯甲酮和40wt％-47wt％的乙酸乙酯混合，在600-800r/min转速条件下搅拌1min，形成亲水改性溶液。将干燥冷却后的支撑剂浸渍于亲水改性溶液中5min，取出，60℃-80℃下烘干，然后在紫外线(uv)灯(波长200～450nm，功率4kw)下反应交联固化，反应时间为1min，制得亲水性支撑剂。
[0050]
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
[0051]
1)通过在支撑剂中造孔充填二氧化碳，并采取科学合理的配比，在保证支撑剂强度的基础上，降低了支撑剂的密度，保持与携砂液相近的密度，从而使得支撑剂可以悬浮在携砂液之中，增强携砂液的携砂性，避免支撑剂由于密度过大，在未进入煤储层裂缝之前发生沉降，导致支撑剂无法进入煤储层裂缝维持裂缝开度。
[0052]
2)支撑剂和携砂液一起被高压注入井下后，支撑剂与携砂液中的二氧化碳会由于泵压的降低而逸出，通过竞争吸附对储煤层中的煤层气产生驱替作用，同时，逸出的二氧化碳也会对后期携砂液的返排产生推动作用。
[0053]
3)煤储层中都会存在一部分碳酸盐，会与本发明的携砂液中复合酸液发生如下反应：co
32-+2h
+
→
co2↑
+h2o，产生的二氧化碳也会由于泵压的降低而逸出，通过竞争吸附对储煤层中的煤层气产生驱替作用，同时，逸出的二氧化碳也会对后期携砂液的返排产生推动作用。
附图说明
[0054]
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步说明：
[0055]
图1为本发明的工艺流程图；
[0056]
图2为本发明中所采用压裂液配制装置的结构原理示意图；
[0057]
图3示出支撑剂与携砂液释放的二氧化碳对于压裂液返排的影响。
[0058]
图中：1-高压低温罐，2-高压预混罐，3-第一高压二氧化碳储罐，4-第二高压二氧化碳储罐，5-四通阀，6-真空泵，7-第一气体管道，8-第二气体管道，9-液体输送管道，10-搅拌器，11-第三气体管道，12-第四气体管道，13-真空管路系统，14-第五气体管道，15-第一减压罐，16-第一阀门，17-第二阀门，18-第三阀门，19-第四阀门，20-第二减压罐，21-第五阀门，22-温度控制器，23-真空计，24-多效支撑剂，25-携砂液，26-真空隔离泵，27-二氧化碳气泡，28-煤层。
具体实施方式
[0059]
结合附图，一种基于气液两相二氧化碳的煤层压裂与多效强化抽采方法，包括以
下步骤：
[0060]
(1)配制携砂液
[0061]
选取稠化剂、交联剂、破胶剂、酸、粘土稳定剂和水为原料，先向水中加入稠化剂，搅拌至全溶，然后依次加入交联剂、粘土稳定剂、破胶剂和酸，搅拌溶解，即得所需携砂液。
[0062]
(2)制备多效支撑剂
[0063]
a计算所需支撑剂的密度
[0064]
根据多效支撑剂在携砂液中的沉降速度，采用下式(1)密度计算公式，计算所需支撑剂的密度。
[0065][0066]
式(1)中：ρ
p
为支撑剂密度，kg/m3；vs为支撑剂沉降速度，m/s；ρ
l
为携砂液密度，kg/m3；ds为支撑剂颗粒直径，m；g为重力加速度，m/s2；k为流体稠度系数，pa
·
sn；n为流体流性系数；vf为沉降速度因子，采用下式(2)计算得到：
[0067][0068]
式(2)中：λ为流体松弛时间。
[0069]
b计算制备多效支撑剂所需铝矾土和尿素的用量
[0070]
采用铝矾土为基体，尿素为造孔剂制备多效支撑剂。
[0071]
首先，根据现场压裂施工设计要求，预先确定多效支撑剂的平均尺寸规格ds。
[0072]
然后，根据步骤a计算得到的支撑剂密度，再按照密度为1.335g/cm3尿素、2-3％wt密度为2g/cm3的膨润土、1-1.5％wt密度为3.68g/cm3莫来石粉、3-4％wt密度为2.8g/cm3的白云石粉、3-3.5％wt密度为2.605g/cm3的钾长石粉以及余量密度为3.45g/cm3铝矾土配方，采用如下公式(3)推算出多效支撑剂配方中所需尿素与铝矾土的质量。
[0073][0074]
式中ρ
p
为支撑剂密度，kg/m3；ρ1为尿素的密度，g/cm3；v1为尿素的体积，cm3；ρ2为铝矾土的密度，g/cm3；v2为铝矾土的体积，cm3。
[0075]
根据m1＝ρ
1v1
求出所需尿素的质量，根据m2＝ρ
2v2
求出所需铝矾土的质量。
[0076]
c根据步骤b中所确定的配方用料及用量，称取相应量的各原料粉料，将粉料导入混料机，均匀混合，然后将混合后的粉料放入模具中，利用压力机，在室温条件下压制得到致密体，再将致密体放到成球机中，打磨抛光，制成所需要粒径的球状颗粒。
[0077]
采用水浴的方式去除球状颗粒中的尿素，尿素会发生如下所示水解反应生成气体，使得尿素基本去除干净，在支撑剂内部形成孔隙网络结构，可有效降低支撑剂的整体密度，提升悬浮能力，除此之外还可以增强支撑剂的导流能力，然后烘干球状颗粒，即得多效支撑剂；
[0078]
co(nh2)2+h2o＝co2↑
+2nh3↑ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(4)
[0079]
(3)多效支撑剂亲水改性
[0080]
采用丙烯酸树脂为基体材料，甲基丙烯酸羟乙酯(hema)为亲水单体，1-羟基环乙基苯甲酮为催化剂，乙酸乙酯为溶剂，通过紫外线引发自由基聚合在多效支撑剂表面包覆一层亲水性良好的聚合物涂层。具体方法为：将支撑剂浸渍于无水乙醇去除杂质，在60℃-80℃下烘干冷却备用。将10wt％-15wt％的丙烯酸树脂、40wt％-45wt％的hema、3wt％-4wt％的1-羟基环乙基苯甲酮和40wt％-47wt％的乙酸乙酯混合，在800r/min转速条件下搅拌1min，形成亲水改性溶液。将干燥冷却后的支撑剂浸渍于亲水改性溶液中5min，取出，60℃-80℃下烘干，然后在紫外线(uv)灯(波长200～450nm，功率4kw)下反应交联固化，反应时间为1min，制得亲水性支撑剂。
[0081]
(4)制备压裂液
[0082]
a将二氧化碳溶解于携砂液中
[0083]
采用如图2所示的压裂液配制装置，该装置包括高压低温罐1、高压预混罐2、第一高压二氧化碳储罐3、第二高压二氧化碳储罐4、四通阀5和真空泵6。高压低温罐1的顶部一端通过第一气体管道7连接第一高压二氧化碳储罐3，高压低温罐1的顶部另一端通过第二气体管道8与四通阀5的第一端口相连接，高压低温罐1的下部通过液体输送管道9与高压预混罐2的顶部一端连接。在高压预混罐2的内部设置有搅拌器10，高压预混罐2的顶部另一端通过第三气体管道11与四通阀5的第二端口相连接。四通阀5的第三端口通过第四气体管道12与真空泵6相连接，四通阀5的第四端口通过第五气体管道14与第二高压二氧化碳储罐4相连接。在第一气体管道7上设置有第一减压罐15，且在第一气体管道上还设置有第一阀门16和第二阀门17，第一阀门16处于第一高压二氧化碳储罐3和第一减压罐15之间，第二阀门17处于第一减压罐15和高压低温罐1之间。在第二气体管道8上设置有第三阀门18，在第三气体管道11上设置有第四阀门19。在第四气体管道12上设置有第二减压罐20和第五阀门21，且第五阀门21处于第二高压二氧化碳储罐4和第二减压罐20之间。在高压低温罐1的外部一侧设置有温度控制器22，在真空泵处设置有真空计23。
[0084]
将携砂液置于高压低温罐1中，打开真空泵13，抽空高压低温罐1内空气至真空计23示数不变，通过温度控制器22将高压低温罐1内温度调节至设定温度。打开第二高压二氧化碳储罐4向高压低温罐1中泵入二氧化碳，至高压低温罐内压力达到设定压力，静置。由气相转变为液相的二氧化碳与携砂液混合，实现将二氧化碳溶解于携砂液中。
[0085]
b将多效支撑剂放入高压预混罐2中，打开真空泵13，抽空高压预混罐2内空气至真空计示数不变，通过第二高压二氧化碳储罐4向高压预混罐中充入二氧化碳，然后通过第一高压二氧化碳储罐3升高压力将高压低温罐1内携砂液通过液体输送管道9压入高压预混罐2中，再通过搅拌器10混合均匀，即得所需压裂液。
[0086]
(4)压裂
[0087]
调节压裂泵泵压将前置液注入地层，对地层进行破裂，形成一定尺寸的裂缝后，逐渐增高泵压(保证大于4mpa，可确保携砂液与支撑剂中充斥的二氧化碳不会在未进入煤层裂隙前逸出)，然后将携砂液与多效支撑剂混合得到的压裂液随高压水泵入煤储层实施压裂。一方面，由于多效支撑剂内部存在着发达的孔隙网络结构，因此整体具有低密度的特征，另一方面，多效支撑剂表面的亲水性分子对水有极大的亲和能力，易与水形成氢键，增强二者之间的相互作用力，从而极大程度提高携砂液的携砂性，可有效保证支撑剂能够随
携砂液到达煤层裂缝，维持开度。
[0088]
(5)强化抽采过程
[0089]
携砂液与多效支撑剂在进入煤储层裂隙后，由于裂纹的扩展，压力会降低，当到达临界值后，携砂液与多效支撑剂内的二氧化碳会逸出，在压力梯度的作用下首先在煤体颗粒空隙间流动，其次在煤体裂隙网络中作渗流运动，最后气体分子在气体浓度梯度的作用下从裂隙网络进入煤基质，在煤基质大孔、中孔、微孔孔隙中相继作扩散运动，与煤体吸附态ch4发生竞争吸附，co2靠较强的被吸附能力将ch4驱替出，最后吸附在煤的孔隙内表面。
[0090]
与此同时，煤层中存在碳酸盐矿物质包括方解石(caco3)、白云石(caco3·
mgco3)、菱铁矿(feco3)、铁白云石(2caco3·
mgco3·
feco3)等，会与携砂液中的复合酸液发生如下反应：
[0091]
co
32-+2h
+
→
co2↑
+h2o，产生的co2也会与煤体吸附态ch4发生竞争吸附，将ch4驱替出。
[0092]
(6)强化返排过程
[0093]
在后期携砂液的返排过程中，携砂液与多效支撑剂释放的气体co2由高压状态转变为低压状态，会发生体积膨胀，对携砂液的返排产生推动作用，如图3所示，有效弥补携砂液返排时的能量不足，降低储层伤害，提高压裂效果。
[0094]
步骤(1)中：所述稠化剂选取羟丙基瓜尔胶，交联剂选取有机硼，破胶剂选取过硫酸铵，酸选取复合酸，粘土稳定剂选取氯化铵；复合酸由盐酸、醋酸和草酸组成。
[0095]
具体各原料的用量配比为：0.4wt％-0.6wt％羟丙基瓜尔胶、0.06wt％-0.08wt％有机硼、1％wt-2％wt过硫酸铵、0.06wt％-0.08wt％复合酸、0.2wt％-0.3wt％氯化铵、以及余量的水；其中复合酸由30％wt盐酸、30％wt醋酸和40％wt草酸组成。
[0096]
进一步的，原料中还可含有一定量的杀菌剂。
[0097]
步骤(2)中：致密体压制所需要的压力条件为40mpa-50 mpa；采用水浴的方式去除尿素，在100℃-120℃的热水中浸泡6h，使得尿素基本去除干净。
[0098]
步骤(3)中：所述高压低温罐的设定温度为-5℃-0℃，设定压力为4mpa-6 mpa，静置时间为6h。
[0099]
一般来说，所述压裂液还包括单独存放的前置液，所述前置液由以下原料混合而成：0.5％wt-1.2％wt的氯化铵、1％wt-2％wt的复合活性剂以及余量的水；所述复合活性剂由60％wt烷基酚聚氧乙烯醚类、20％wt石油磺酸盐类和20％wt改性木质素混合而成。
[0100]
上述烷基酚聚氧乙烯醚类、石油磺酸盐类和改性木质素均可直接从市场上购买得到。
[0101]
下面通过具体应用实例对本发明作进一步说明：
[0102]
某矿为煤与瓦斯突出矿井，在瓦斯治理过程中，煤层体现出透气性差、难抽采的特点。为增加煤层透气性，提高瓦斯抽采效果，决定在b103工作面回采区域实施高压水力压裂技术，使煤体卸压并增加煤层内部裂隙，提高瓦斯抽采效果，在该高压水力压裂施工过程中，应用本发明。
[0103]
(1)配置携砂液：携砂液的配方为0.5wt％的稠化剂(羟丙基瓜尔)、0.08wt％的交联剂(有机硼)、0.2wt％的粘土稳定剂(氯化铵)、1％wt的破胶剂(过硫酸铵)、0.06wt％的复合酸液(30％wt的盐酸、30％wt的醋酸、40％wt的草酸)以及余量的水。根据密度计实测，此
携砂液配方配制而出的携砂液密度为1.4g/cm3，在本发明中采用低温高压二氧化碳处理过的携砂液进行水力压裂。携砂液配制步骤为：
①
取50℃温水，加入羟丙基瓜尔，搅拌至全溶；
②
依次加入有机硼、氯化铵、过硫酸铵、杀菌剂和复合酸液，搅拌溶解，即得所需携砂液。
[0104]
(2)采用充填造孔法制备多效支撑剂，所述多效支撑剂，采用铝矾土为基体，尿素为造孔剂制成。根据多效支撑剂在携砂液中的沉降速度，采用下式(1)密度计算公式，计算所需支撑剂的密度。
[0105][0106]
式中vs为支撑剂沉降速度，m/s；ρ
p
为支撑剂密度，kg/m3；ρ
l
为携砂液密度，kg/m3；ds为支撑剂颗粒直径，m；g为重力加速度，m/s2；k为流体稠度系数，pa
·
sn；n为流体流性系数。vf为沉降速度因子，如下式(2)表示。
[0107][0108]
式中，λ为流体松弛时间，它表征了流体的弹性。
[0109]
(3)制备多效支撑剂
[0110]
继而根据现场压裂施工设计要求，预先确定多效支撑剂的平均尺寸规格ds。然后按照密度为1.335g/cm3尿素、2.8％wt密度为2g/cm3的膨润土、1.2％wt密度为3.68g/cm3莫来石粉、3.9％wt密度为2.8g/cm3的白云石粉、3.3％wt密度为2.605g/cm3的钾长石粉以及余量密度为3.45g/cm3铝矾土配方，采用如下公式(3)推算出多效支撑剂配方中尿素所需的量。
[0111][0112]
式中ρ
p
为支撑剂密度，kg/m3；ρ1为尿素的密度，g/cm3；v1为尿素的体积，cm3；ρ2为铝矾土的密度，g/cm3；v2为铝矾土的体积，cm3。
[0113]
根据m1＝ρ
1v1
求出所需尿素的质量，根据m2＝ρ
2v2
求出所需铝矾土的质量。然后按照配方称取相应量的粉料，将粉料导入混料机，以60r/min的转速进行混合，保证均匀混合，然后将混合而成的粉料放到1cm
×
1cm的模具中，利用压力机，在压强50mpa和室温条件下压制得到致密体，再将致密体放到成球机中，打磨抛光，制成粒径为300μm到600μm的球形颗粒。采用水浴的方式去除尿素，在100℃的热水中浸泡6h，使得尿素基本去除干净，尿素会发生如下所示水解反应生成气体，使得尿素基本去除干净，在支撑剂内部形成孔隙网络结构，可有效降低支撑剂的整体密度，提升悬浮能力，除此之外还可以增强支撑剂的导流能力，烘干球状颗粒，即为合格支撑剂。
[0114]
co(nh2)2+h2o＝co2↑
+2nh3↑ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(4)
[0115]
(4)多效支撑剂亲水改性
[0116]
采用丙烯酸树脂为基体材料，甲基丙烯酸羟乙酯(hema)为亲水单体，1-羟基环乙
发生竞争吸附，co2靠较强的被吸附能力将ch4驱替出，最后吸附在煤的孔隙内表面。与此同时，由于煤层中存在碳酸盐矿物质，包括方解石(caco3)、白云石(caco3·
mgco3)、菱铁矿(feco3)、铁白云石(2caco3·
mgco3·
feco3)等，会与压裂液中的复合酸液发生如下反应：
[0126]
co
32-+2h
+
→
co2↑
+h2o
[0127]
产生的co2也会与煤体吸附态ch4发生竞争吸附，将ch4驱替出。
[0128]
(12)在后期携砂液的返排过程中，携砂液与多效支撑剂释放的气体co2由高压状态转变为低压状态，会发生体积膨胀，对携砂液的返排产生推动作用，如图3，有效弥补携砂液返排时的能量不足，降低储层伤害，提高压裂效果。
[0129]
上述方式中未述及的部分采取或借鉴已有技术即可实现。
[0130]
需要说明的是，在本说明书的教导下，本领域技术人员所作出的任何等同替代方式，或明显变形方式，均应在本发明的保护范围之内。