[发明专利]颗粒材料的石墨涂层

说明书

发明背景

[0001]本发明涉及具有石墨浸渍的涂层的颗粒，和更特别地涉及典型地加入到钻井、完井(completion)或强化采油液体等中的具有石墨浸渍的涂层的颗粒。

[0002]油井钻探、完井、强化采油(stimulation)、漏失循环液(“LC”或“LCM”)、渗流和扭矩以及阻力减小添加剂技术中，存在许多使用中的产品。当在大于～101b/bb1的浓度下泵送到井下时，可通过降低摩擦作用，在功能上改进所有这些。

[0003]表1中列出了这些材料的实例。

表1

井壁砾石充填沙    粒状膨润土     粉碎的黑沥青

碳酸钙            玻璃珠         矿毛绝缘纤维

碎纸              金属球         陶瓷珠

坚果壳            粉碎的橡胶     塑料珠

白云母            焙烧的石油焦   珍珠岩

[0004]因此，本发明的目的是提供具有抗摩擦涂层的各种油田颗粒。

发明概述

[0005]通过提供具有石墨浸渍的涂层的油田颗粒，将实现本发明的这一和其它目的，其中所述目的在参考下述详细说明的基础上将变得很清楚。油田颗粒可包括，但不限于表1中所述的任何颗粒。对于本发明的目的来说，术语“颗粒”包括纤维和纤维材料。

[0006]涂层可包括一种或更多种天然、合成、水溶性和有机树脂的粘合剂。更具体地，该树脂可包括有机成膜树脂，例如醇酸树脂、聚氨酯和环氧树脂。或者，粘合剂可包括成膜的水溶性聚合物，例如淀粉、羧甲基纤维素、羟乙基纤维素和黄原胶。在进一步的替代方案中，粘合剂可包括树脂分散的乳液，例如胶乳或丙烯酸类树脂。在再进一步的替代方案中，粘合剂可包括石蜡或烷属烃。

[0007]在本发明另一方面中，石墨可以是天然薄片、天然的无定形或合成石墨，其中石墨颗粒的尺寸范围为0.001微米-850微米。涂层的颗粒的尺寸范围可以是5微米-30,000微米。

发明详述

[0008]在任何表1材料上的石墨浸渍的涂层提供通常归于石墨的所有优点，亦即，低摩擦、非反应性、不污染和导电性。可利用各类石墨，例如天然薄片、天然无定形和合成石墨。然而，必需使用特定的方法形成耐用涂层。在形成涂层中最常见的问题是难以将石墨粘合到表面上，这部分是由于石墨不具有电荷，且在扁平状晶体之间存在弱的化学键这一事实导致的。相反，大多数矿物总体带负电荷，且一些矿物在同一颗粒内兼有负电荷和正电荷。因此，重要的是，涂层包括包封石墨并粘合到基底上的粘合剂，优选树脂或聚合物。因此，本发明方法的重要部分是在粘合剂内分散石墨，以便当(例如通过温度、催化剂或蒸发水和/或有机溶剂)固化时，石墨/粘合剂的混合物将在应用所要求的程度和时间下粘合到基底上。正如所示的，粘合剂可以是水溶性聚合物，水性乳液或溶剂基烃。粘合剂可包括有机成膜树脂，例如醇酸树脂、聚氨酯和环氧树脂；成膜水溶性聚合物，例如淀粉、羧甲基纤维素(CMC)、羟乙基纤维素(HEC)和黄原胶(XC聚合物)；树脂分散的乳液，例如胶乳和丙烯酸类树脂；或蜡和烷属烃。

[0009]喷洒或共混基底与刚刚充足的粘合剂和石墨对于涂布小的颗粒来说作用良好。优选的方法是合适尺寸的混合器或共混器，其中空气或热量可加速制造质量均匀涂层的时间。与用一层厚的涂层通常获得的相比，两层或三层薄的涂层得到较好质量的涂层。

[00010]在颗粒，和在特别参考此处的实施例3的情况下，工序牵涉添加已知量的Slip Plate No.3(石墨和树脂的预混配方，获自Superior Graphite Co.of Chicago，Illinois)到已知重量的坚果壳(或其它基底)中，混合直到触摸起来干燥，然后添加更多的配制的石墨和粘合剂。反复这一路线，直到施加所需量的涂层。根据相对于起始的重量增加来计算石墨/粘合剂的用量。

[00011]相反的工序，亦即添加坚果壳(或任何其它物质)到已知量的粘合剂中也作用良好。当树脂渗流到基底内并开始聚合时，添加石墨。然而，这一方法增加另一步骤，因为必需除去没有固定到基底上的过量石墨。

[00012]可用各种粘合剂涂布表1所述的基底，且涂层的颗粒的尺寸范围可以是约+20微米到-6.3微米。涂层的厚度可从约3mil(0.076mm)变化到待涂层的颗粒直径的三倍。相对于基底，石墨的重量百分数(wt％)可从小于1wt％变化到97wt％，和更优选约5wt％-95wt％。