[发明专利]树脂涂覆的支撑剂及使用方法

说明书

交叉参考的相关申请

本申请要求2011年5月5日提交的美国临时专利申请系列号No.61/482823的权益，其在此以其全部引入作为参考。

发明领域

本发明通常涉及支撑剂和形成该支撑剂的方法。更具体来说，本发明涉及支撑剂，其包含颗粒和位于该颗粒上的涂层，并且其在地下地层的水力压裂过程中使用。

相关领域的说明

美国目前家用能量的需要很容易的超过了可利用的能量资源，其驱动了对于外国石油燃料如石油和天然气日益增加的依赖。同时，现有的美国能量资源明显没有充分利用，这部分归因于低效的石油和天然气获得方法和原料例如未精炼的石油燃料的品质的劣化。

石油燃料典型地是经由钻井从地下储集层来生产的。石油燃料目前是通过水力压裂地下地层例如具有变化的孔隙率和渗透性程度的岩石体，而获自低渗透性储集层。水力压裂通过产生来源于地下储集层或者钻井的裂缝而提高了生产，并且为石油燃料提供了增加的流道。在水力压裂过程中，将特殊工程化的载体流体以高压和高速泵入地下储集层中来在地下地层中引起裂缝。当水力压裂完成时，将支撑试剂(即，支撑剂)与载体流体混合来保持裂缝打开。该支撑剂典型地包含颗粒和位于该颗粒上的涂层。一旦除去高压，则支撑剂保持在裂缝的合适位置上，和由此支撑打开该裂缝来增强石油燃料向钻井的流入。因此，支撑剂通过产生高渗透性、支撑的石油燃料能够流过其通道，而增加了石油燃料的获得。

但是，许多现有的支撑剂对于高温和高压应用例如温度大于70℉和压力(即，封闭应力)大于7500psi的钻井和地下储集层来说，表现出不足的热稳定性。作为高温应用的一个例子，全球的某些钻井和地下储集层具有约375℉-540℉的温度。作为高压应用的一个例子，全球的某些钻井和地下储集层具有超过12000或者甚至14000psi的封闭应力。同样，许多现有的支撑剂，其包含涂层，具有涂层如环氧或者酚涂层，其当暴露于这样的高温和压力时以不受控的方式熔融、降解和/或从该颗粒上剪切掉。同样，许多现有的支撑剂不包括活性试剂例如微生物和催化剂，来改进从地下储集层回收的石油燃料的品质。

此外，许多现有的支撑剂包含具有不足的耐压碎性的涂层。即，许多现有的支撑剂包含不均匀的涂层，其包括缺陷例如间隙或凹缩，这导致了涂层过早的破裂和/或失效。因为该涂层典型地为支撑剂提供了减震作用，和将高压均匀的分布到该支撑剂周围，因此涂层过早的破裂和/或失效破坏了该支撑剂的耐压碎性。压碎的支撑剂不能有效的支撑开放的裂缝和经常导致未精炼的石油燃料中灰尘颗粒形式的杂质。

此外，许多现有的支撑剂还表现出不可预测的合并图案和遭受了在钻井中不足的渗透性，即，该支撑剂允许石油燃料流动的程度。即，许多现有的支撑剂具有较低的渗透性和阻止石油燃料流动。此外，许多现有的支撑剂合并成聚集的、近固体的、不可透过的支撑剂块和阻止了足够的流动和从地下储集层获得石油燃料。

同样，许多现有的支撑剂是与在80℃的粘度小于约3000cps的低粘度载体流体不相容的。将低粘度载体流体典型地以比高粘度载体流体更高的压力泵入钻井中，来确保地下地层的正确压裂。因此，许多现有的涂层当暴露于高压时机械失效，即，从颗粒上剪切掉，或者与低粘度载体流体化学反应和降解。

最后，许多现有的支撑剂是经由非经济的涂覆方法涂覆的，和所以导致了生产成本的增加。即，许多现有的支撑剂需要多个涂层，其导致了耗时和昂贵的涂覆方法。

由于现有的支撑剂的不足，需要机会来提供改进的支撑剂。

发明内容和优点

本发明提供用于水力压裂地下地层的支撑剂。该支撑剂包含颗粒和布置于该颗粒周围的聚合物涂层。该聚合物涂层包含酚醛树脂多元醇、异氰酸酯和氮杂咯(azole)的反应产物。该酚醛树脂多元醇的数均分子量是约200-约1000g/mol。

形成该支撑剂的方法包括以下步骤：提供颗粒，提供酚醛树脂多元醇，提供异氰酸酯和提供氮杂咯。该方法还包括以下步骤：将该酚醛树脂多元醇、异氰酸酯和氮杂咯合并以反应和形成聚合物涂料，和将该颗粒用该聚合物涂料涂覆来形成支撑剂。

有利地，本发明的支撑剂改进了现有的支撑剂的性能。该支撑剂的性能可归因于聚合物涂层。另外，本发明的支撑剂可以在室温左右有效形成，需要较少的资源和也可以在较高的温度例如典型地在地下储集层中存在的温度进一步交联。

具体实施方式