[发明专利]抗回流支撑剂

说明书

能够在低至70℉(约21℃)的温度下自粘合的树脂涂覆的支撑剂由自粘合的乙烯基芳族/丙烯酸酯加成共聚物的水分散体制成。

相关申请的交叉引用

本申请要求2017年3月20日提交的名称为“抗回流支撑剂”的美国临时专利申请No.62/473,677的优先权。其全部公开内容通过引用并入本文。

背景技术

两种类型的树脂涂覆的支撑剂用于含油气地层的水力压裂中-树脂未固化或仅部分固化的那些支撑剂(其被称为“可固化树脂涂覆的支撑剂”)和树脂基本上完全固化的那些支撑剂(其被称为“回火(temper)”或“预固化”树脂涂覆的支撑剂)。在这两种情况下，由于在地层遇到的升高的温度和压力，在抗降解的意义上，树脂涂层的目的和效果是增加由支撑剂井下形成的“支撑剂充填体”(合并的支撑剂团块)的强度。

可固化树脂涂覆的支撑剂与回火树脂涂覆的支撑剂的不同之处在于它们的可固化树脂涂层响应于井下遇到的高温而固化。这导致单个支撑剂颗粒的树脂涂层彼此粘合，从而形成聚合物网络，该聚合物网络倾向于捕获并保持形成支撑剂充填体的单个支撑剂颗粒处于适当位置。

由于这种额外的捕获特征，当待破碎的地层易于支撑剂回流时，通常使用可固化树脂涂覆的支撑剂。支撑剂回流是当由降解的支撑剂充填体释放的单个支撑剂颗粒回流到井中时发生的问题。可固化树脂涂覆的支撑剂易于缓解这个问题，因为由这种类型的支撑剂的可固化树脂涂层形成的聚合物网络易于捕获并保持单个支撑剂颗粒处于适当位置，即使在支撑剂充填体降解后，从而防止它们回流到井中。

当待破碎的地层不易于支撑剂回流时，通常使用回火树脂涂覆的支撑剂，因为在这些应用中不需要增强的可固化树脂涂覆的支撑剂捕获并保持从降解的支撑剂充填体释放的单个支撑剂颗粒的能力。

在商业实践中，两种类型的树脂涂覆的支撑剂(即可固化支撑剂和回火支撑剂)通常用酚醛清漆、酚醛聚氨酯(phenolic urethane)或环氧聚氨酯(epoxy urethane)聚合物树脂制成。当可固化聚合物树脂是酚醛清漆时，这些产品通常通过用预成形的酚醛清漆进行熔融涂覆支撑剂基质颗粒(通常为砂子)来制成。当可固化聚合物树脂是酚醛聚氨酯或环氧聚氨酯时，这些产品通常通过原位聚合涂覆技术制成，其中将低分子量酚醛树脂或环氧树脂和异氰酸酯官能的硬化剂与砂子结合，以这样的方式形成酚醛聚氨酯或环氧聚氨酯的同时使其涂覆砂子。

在这两种情况下，将聚合物树脂体系加热至相对高的温度，例如约300°F(约149℃)或更高，这通常通过在其与聚合物体系结合前加热砂子来完成。另外，由于涉及高粘度，通常要求高强度混合，例如用Roberts Sinto或Barber Greene型搅拌机完成。由于这些要求，工业上的常规实践是在单独制造工厂中进行树脂涂覆，即在与砂子工厂分开的工厂中，在该砂子工厂中将原料砂子清洗并分类为有用的商业级砂子产品。当然，这给制造这些产品的成本增加了相当多的时间和费用。

而且，在这两种情况下，需要相对大量的聚合物树脂来制备有效的产品，这进一步增加了费用。

此外，在可固化树脂涂覆的支撑剂的情况下，这些产品自身固化的能力在低于约150℉(约66℃)的温度下迅速降低。结果，在预计井下温度为150℉(约66℃)或更低的应用中，工业中称为“活化剂”的特殊低温固化剂通常包括在含有这些支撑剂的压裂液中。

发明内容

根据本发明，我们已经发现了在易于支撑剂回流并且还表现出相对低的环境温度和相对低的闭合压力的地层中，通过选择用于水力压裂的树脂涂覆的支撑剂可以有效地消除支撑剂回流的问题，树脂涂覆的支撑剂的树脂涂层由自粘合乙烯基芳族/丙烯酸酯加成共聚物的水分散体制成。