[发明专利]新支撑剂及其使用方法

说明书

相关申请交叉引用

本申请要求2015年1月12日提交的美国临时申请号62/102,558和2015年1月13日提交的美国临时申请62/102,846及2015年7月6日提交的美国临时申请号62/188,840的优先权，其全部内容通过引用结合到本文中。

关于联邦资助的研究或研发的声明

无。

共同研究协议方名称

无。

背景

支撑剂用于水力压裂操作，并在压裂处理期间或之后加到压裂液，以保持诱导水力裂缝打开。支撑剂组成取决于操作类型和/或所用压裂液而变化。近来已努力改善流动性质和化学输送支撑剂。

尽管改善支撑剂已作了努力，但大多数支撑剂的比重在约2.20g/cc至约3.67g/cc之间，使支撑剂在水力裂缝中快速沉降和/或过早桥断(bridge off)。例如，已用氮泵送并涂覆某些支撑剂，以产生薄表面活性剂涂层，使氮层结合到支撑剂颗粒。氮临时减小支撑剂的表观比重，据报道改善支撑剂输送约25%。已用在水合时膨胀的聚合物涂料研发另一种支撑剂。在正泵送时，涂料有效减小支撑剂的密度。然后，一旦在水力裂缝中沉降，聚合物随常规破解剂溶解。

也有“X”形状而不是球形的高阻支撑剂。形状设计成与其它颗粒互锁，以减少支撑剂流回，据报道增加阻力，并减小沉降率约27%。另外，基于聚合物的流体的原位支撑剂在裂缝内形成球形颗粒。这种支撑剂中的颗粒由催化剂和储器温度活化。

已用更粘性凝胶在悬浮液中保持常规支撑剂。然而，不完全去除或清除注入地层的这些复合凝胶导致由于堵住大部分产生的水力裂缝显著损伤地层。

试图改善支撑剂一般经受高成本和/或缺乏压缩强度。为了补偿高成本，为了很好地提高生产率，可以很低浓度泵送支撑剂，以在“支撑剂填充”顶上形成单一高传导性层(单层)。然而，已很少证明这种方法在商业上有效。因此，今天很少泵送超轻质支撑剂刺激地层。另外，由于低压缩强度，这些支撑剂的商业应用一般限于浅低压地层。

因此，为了以远比用常规支撑剂可能的小的环境影响更有效地刺激地层，需要具有新的和改善的性质的支撑剂。

概述

本发明提供用于水力压裂方法的新支撑剂。本发明的支撑剂包含芯基质和粘合到芯基质的轻质基质。芯基质在本文中有时也被称为“重基质”。轻质基质在本文中经常被称为轻质涂料或“LWC”。轻质基质包含：(1)多个复合物颗粒；(2)填料；和(3)粘合剂。复合物颗粒和填料可分别包含单一类型材料，或者可以为两种或更多种类型材料。填料可以为与复合物颗粒相同的材料，或者为不同材料。然而，填料具有多个复合物颗粒平均粒径分布的约5%至约20%的平均粒径分布。粘合剂使轻质基质粘合到芯基质。

使轻质基质的组分(复合物颗粒、填料和粘合剂)与芯基质结合，以提供具有约1.0g/cc比重的支撑剂。

如本文所述，通过泵送中质支撑剂，中质支撑剂随载液(一般为水)移动，而不是泵送会快速沉降的较重常规支撑剂或会漂走的超轻支撑剂，可更有效地刺激地层。因此，本发明提供的支撑剂随注入的压裂液流动，而不沉降或漂走，并且可显著改善载液效率，而不需要过高流体速度或增强粘性的化学物质。

附图详述

图1为本文提供支撑剂的实施方案的图示。

图2为描绘与常规支撑剂比较制备本文所述支撑剂的潜在成本的图表。

图3为复合物颗粒作为玻璃微球的实施方案的显微图像。

图4A、4B、4C和4D为在1000X放大下硅藻土的显微图像。

图5为在300X放大下膨胀珍珠岩的实施方案的显微图像。

图6为天然沸石的实施方案的显微图像。

图7A为包含砂、珍珠岩材料、硅藻土和树脂的本文所述支撑剂的实施方案的图示。图7B为包含中强度陶瓷、陶瓷粉、硅藻土和树脂的本文所述支撑剂的实施方案的图示。图7C为包含铝土矿、铝土矿、硅藻土和树脂的本文所述支撑剂的实施方案的图示。

发明详述