[发明专利]涂覆和固化的支撑剂

说明书

相关申请

本申请要求于2011年7月22日提交的名称为“Coated and Cured Pr oppants”、序列号为13/188,530的美国专利申请的优先权。

发明领域

本发明涉及用于制备涂覆的支撑剂的方法，还涉及根据该方法获得的支撑剂，涉及所述支撑剂的用途和使用所述支撑剂的方法。

发明背景

井压裂是提高油井和气井效率和生产力的常用的技术。过度简化地讲，该过程涉及将压裂液引入井中，和使用流体压力压裂和破裂井地层。裂缝允许油和气更自由地从地层流动，从而以有效的方式提高生产率。

井压裂中涉及许多详细的技术，但是最重要的一种是当井中发现的油、气、水和其他流体流过地层裂缝时，使用固体“支撑剂”来保持那些地层裂缝开放。支撑剂与压裂液一起被运入井中，所述压裂液本身可以含有各种粘度增强剂、胶凝剂、表面活性剂等。这些添加剂也提高压裂液将支撑剂运送到希望的地层深度和位置的能力。用于特定井的压裂液可以针对地层中的每个深度使用或不使用相同的配方。

支撑剂实际上可以由任何通常的固体颗粒制成，所述颗粒具有足够高的压碎强度，以在较深处和在约35℃和更高的温度下支撑岩层中的开放的裂缝。砂和陶瓷支撑剂已证实对商业用途是尤其适合的。

从井中排出的支撑剂被称为具有高“返排（flow back）”。返排是不希望的。除了裂缝的闭合以外，排出的支撑剂是粗糙的并且可以损坏或堵塞用于完成井的管材、阀门和下游加工设备的管道。

一种类型的合成树脂涂层可以用于赋予支撑剂一定程度的粘附力，以使返排大大降低或消除。这样的树脂可以包括酚醛树脂、环氧树脂、聚氨酯-酚醛树脂、呋喃树脂等。参见已公开的第2002/0048676号、第2003/0131998号、第2003/0224165号、第2005/0019574号、第2007/0161515号和第2008/0230223号美国专利申请，以及第4,920,192号、第5,048,608号、第5,199,491号、第6,406,789号、第6,632,527号、第7,624,802号美国专利，和已公开的国际申请WO2010/049467，将其公开内容引入本文作为参考。

对于一些涂层，当支撑剂引入井中时，合成涂层未完全固化。涂覆的、部分固化的支撑剂是自由流动的，但是涂层树脂仍然是略有反应性的。最终的固化准备在“井下（down hole）”发现的升高的闭合压力和温度下在地层压裂中原位发生。

这样的部分固化的涂层还可以显示许多性能问题，包括：

·如果储存在热环境中时，缺乏储存稳定性。该类型的情况会导致固化过程的完成（在储存中时），使得涂覆的支撑剂当置于裂缝中时不能粘合。

·从部分固化的涂层中浸出化学品，所述化学品会干扰用于将支撑剂运送到裂缝的流体的粘度曲线，或在完成压裂处理后依赖其降低压裂液粘度的化学破碎系统。

·当气动传输涂覆的支撑剂以放置在井场的野外储存箱（field storage bin）中时，部分固化的涂层腐蚀。

第二类的合成涂层描述为预固化的或回火的。在该情况下，涂层基本上在制造过程中固化。该类型的涂层将强化基底颗粒以使其在穿晶破坏之前可以经受住更高的应力水平。这样的预固化涂层也将显示以下特性：1）优异的储存稳定性；2）最低限度的化学品可以浸出涂层来干扰载流液粘度（carrier fluid viscosity）或破碎系统；和3）涂层对气动传输的磨损有回弹力。

预固化涂层的主要限制是：当放置在裂缝中并施加温度和闭合压力时，其不能产生有效的颗粒间粘合。这意味着预固化的涂覆的颗粒对于防止在使井开放以启动净化过程之后或产生井之后的支撑剂返排的作用不大。

基于聚氨酯化学的支撑剂具有许多优于酚醛树脂系统的潜在的优势。最显著的是，用于制备聚氨酯涂层的反应速率通常比酚醛树脂更快，在更低的温度下固化，并且没有需要专门的回收设备的气体排放。使用聚氨酯的涂覆步骤可以在约10℃至约250℃的温度下进行，尽管优选低于约100C的温度以使涂覆过程中的排放以及能源使用最小化。聚氨酯涂层也可以在不使用溶剂的情况下进行，而许多已知方法通常需要用于树脂涂层的有机溶剂。聚氨酯系统中的组分通常也易于使用，并且造成更少的环境问题。这些因素可以降低制备涂覆的支撑剂的成本，并且也可以允许涂覆过程迁移到井口现场。