[发明专利]涂覆和固化的支撑剂

说明书

相关申请

本申请要求名称为涂覆和固化的支撑剂且于2012年9月25日提交的申请号为13/626,055的美国申请的优先权权益，申请号为13/626,055的美国申请是名称为涂覆和固化的支撑剂且于2011年5月3日提交的申请号为13/099,893的美国专利申请的部分继续申请，并且还是名称为涂覆和固化的支撑剂且于2011年7月22日提交的申请号为13/188,530的美国专利申请的部分继续申请。将这些共同未决申请的内容引入本文作为参考。

发明领域

本发明涉及一种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并且涉及使用所述支撑剂的方法。

发明背景

井压裂是用来提高油井和气井的效率和产率的惯用技术。简言之，该过程涉及向井中引入压裂流体并使用流体压力来使井地层压裂和破裂。裂缝使得油气能够更自由地从地层流出并由此以有效方式提高产率。

井压裂中涉及很多详细的技术，但是最重要的技术之一是当井中发现的油、气、水和其它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。将支撑剂用压裂流体带入井中，该压裂流体自身可以包含各种增粘剂、胶凝剂、表面活性剂等。这些添加剂也增强了压裂流体向希望的地层深度和位置携带支撑剂的能力。针对地层中的各个深度，用于特定的井的压裂流体可以使用或可以不使用相同的制剂。

支撑剂实际上可以由任何通常的固体颗粒制备，所述颗粒具有足够高的压碎强度以在大深度和在约35℃和更高的温度下支撑岩层中开放的裂缝。已证实砂和陶瓷支撑剂是尤其适合于商业应用的。

从井中排出(flush)的支撑剂被称为具有高的返排(flow back)。返排是不希望的。除了裂缝的闭合之外，排出的支撑剂还是粗糙的并且可损坏或堵塞用于完成井的管状物、下游加工设施中的阀和管线。

一类合成树脂涂层可用来为支撑剂赋予一定程度的粘合性，从而基本减少或消除返排。这样的树脂可包括酚醛树脂、环氧树脂、聚氨酯-酚醛树脂、呋喃树脂等。参见公开的第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，当向井中引入支撑剂时，合成涂层没有完全固化。经涂覆、部分固化的支撑剂是自由流动的，但涂覆树脂仍是略有反应性的。最终固化往往在见于“井下(down hole)”的升高的闭合压力和温度下在地层裂缝中原位发生。

这样的部分固化的涂层也可显示出多种性能问题，包括：

·若储存在热的环境中，则缺乏储存稳定性。这类情形可导致在储存中完成固化过程，使得涂覆的支撑剂当放在裂缝中时不能粘合。

·从部分固化的涂层中浸出化学品，这可妨碍用来将支撑剂带入裂缝中的流体的粘度分布，或在完成压裂处理之后为降低压裂流体粘度所依赖的化学破坏剂体系(breaker system)。

·当气动操作涂覆的支撑剂以放置在井场处的野外储存箱中时，部分固化的涂层的腐蚀。

·在裂缝愈合并开始迫使支撑剂颗粒形成彼此接触之前，由于延长地暴露至井下出现的升高温度而造成的在裂缝中的过早固化。

第二类合成涂层被称为预固化或调节的。在该情况下，涂层在制造期间基本固化。这类涂层将强化基底颗粒以使其在颗粒破裂之前可承受更高的应力水平。这样的预固化涂层还显示出以下特点：(1)优异的储存稳定性；(2)最少限度的可从涂层中浸出来而妨碍载体的流体粘度或破坏剂体系的化学品；以及(3)针对气动操作的磨损可恢复的涂层。

预固化的涂层的主要限制是，当放在裂缝中并施加温度和闭合压力时，它不能产生显著的颗粒对颗粒的粘合。这意味着预固化的涂覆的颗粒在井被打开从而开始清洁过程之后或产生该井之后，对于防止支撑剂返排的成效甚微。当在操作或储存期间暴露到升高的温度时，这样的预固化产品还可显示出粘合能力和/或强度上的降低。