导电支撑剂及其制造和使用方法技术

公开了用于制造导电支撑剂颗粒的方法。该方法可以包括制备含有水、粘合剂、和含氧化铝原料的浆料，将该浆料雾化成液滴，并且用液滴涂覆含氧化铝的种子以形成多个生球团。可以使生球团与包含至少一种催化活性材料的活化溶液接触，以提供包括至少一种催化活性材料的经活化的生球团。该方法可以包括烧结经活化的生球团以提供多个支撑剂颗粒。可以使多个支撑剂颗粒与含有一种或多种导电材料的镀液接触，以提供导电支撑剂颗粒。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】导电支撑剂及其制造和使用方法
本专利技术的实施例一般涉及地质构造的水力压裂，更具体地涉及用于气体、油、或地热储层的水力压裂刺激(stimulation)中的导电支撑剂。
技术介绍
为了刺激和更有效地从井下地层，特别是具有低孔隙度和/或低渗透性的地层产生碳氢化合物，所诱导的含碳氢化合物地层的压裂(称为“压裂作业”，“水力压裂”、或简称“压裂”)一直是常用的技术。在典型的压裂作业中，流体在高压下被泵入井下，导致地层在井眼周围断裂，产生促进碳氢化合物进入井眼的高渗透性管道。这些压裂作业可以在水平和偏离以及垂直的钻孔中以及在无套管井的间隔中或穿过穿孔的套管井中进行。例如，在垂直井的套管井眼中，高压流体通过穿过套管和周围水泥的穿孔离开钻孔，并导致地层断裂，通常在薄的、大致垂直的片状裂缝中在更深的地层(其中通常发现油和气)中断裂。这些诱导的裂缝通常从井眼横向延伸相当远的距离，进入周围的地层，并且垂直延伸直到裂缝到达不容易在所需压裂间隔之上和/或之下破裂的地层。地层内最大和最小水平应力的方向决定了诱导裂缝的方位角取向。通常，如果在井下泵送的流体(有时称为浆料)不含残留在裂缝中的固体，则当流体压力松弛时，裂缝会重新闭合，并且失去大部分渗透性管道的获益。被称为支撑剂的这些固体通常由砂粒或陶瓷颗粒组成，并且用于将这些固体泵入井下的流体通常被设计成足够粘稠，使得当流体在井下移动并进入诱导的裂缝中时支撑剂颗粒保持夹带在流体中。在产生断裂的地层之前，也被井下泵送到压裂流体浆料中的被称为“破乳剂”的材料在所期望的时间延迟之后降低压裂液的粘度，使得这些流体在生产过程中能够很容易地被从裂缝中移除，使得支撑剂颗粒在适当的位置处留在诱导的裂缝中，以防止其闭合，从而基本上阻止生产流体流过其中。支撑剂也可以在被称为“水压裂”或“滑溜水压裂”的压裂操作中使用低粘度流体置于诱导性裂缝中。水压裂中的压裂流体是具有很少或没有聚合物或其他添加剂的水。水压裂是有利的，因为所用流体的成本较低。此外，当使用交联聚合物时，必须使破乳剂有效或不能从裂缝中回收流体，从而有效地限制地层流体的流动。因为流体不是交联的，因此水压裂不依赖破乳剂的有效性。常用的支撑剂包括天然存在的沙、树脂涂覆的沙、和陶瓷支撑剂。陶瓷支撑剂通常由天然存在的材料制成，例如高岭土和铝土矿粘土，并且主要由于所制造的陶瓷的抗压强度及其高度球形的颗粒形状，与沙或树脂涂覆的沙相比提供了许多优点。虽然诱导压裂是油气藏生产中的一个非常有效的工具，但是这个过程提供的刺激(增产)量在很大程度上取决于产生新的裂缝或者创造或扩展现有的裂缝的能力，以及通过适当放置支撑剂来维持与裂缝的连接的能力。在没有适当放置支撑剂的情况下，在水力压裂过程中产生的裂缝可能趋向于闭合，从而降低了水力压裂处理的好处。然而，用于检测、定位、和表征在与井眼相距较远距离处的裂缝内的支撑剂的放置从而确认这种放置是否合适的可靠方法是不可用的。支撑剂辨别技术的现有技术被限制在距井眼相对较短的距离(最大12英寸到18英寸)处。放射性和非放射性示踪剂和支撑剂目前用于推测近井眼区域中支撑剂的存在。需要更好地了解支撑剂在水力裂缝的远场区域的放置。Bartel,L.C.,McCann,R.P.,和Keck,L.J.,为第51届秋季技术会议和石油工程学会展览会(51stAnnualFallTechnicalConferenceandExhibitionofSocietyofPetroleumEngineers)准备的潜在梯度在大型水力压裂测绘和表征中的应用(Useofpotentialgradientsinmassivehydraulicfracturemappingandcharacterization)，NewOrleans,Oct3-6,1976paperSPE6090总结了大型水力压裂测绘之前的工作。在之前的工作中，在地球表面的垂直裂缝井周围的电压电极的两个同心圆之间测量电位差。井在井套管的顶部或裂缝深度处通电(energize)。在距离裂缝井约1英里远的井处建立电接地。当时，没有考虑到接地线作为发射天线的事实。用于断裂过程的水含有氯化钾(KCl)以提高其导电性，并且使用非导电沙支撑裂缝。使用1Hz重复频率方波输入电流波形，并且仅测量电压差幅度。使用基于从井套管和裂缝到均质地球中的电流泄漏的基本理论的电压来产生预期响应。将现场数据与基本模型的结果进行比较表明，可以推断裂缝取向，但是由于该模型没有考虑到裂缝的细节，其他裂缝性质不能用基本模型来确定。目前用于检测、定位、和表征位于与套管井眼超过数英寸距离的水力裂缝中的支撑剂位置的方法是不可用的，而这种方法将是有益的。因此，需要可以在水力裂缝中检测和定位的支撑剂颗粒。特别希望获得适于撑开裂缝并且在一段时间后在裂缝中被检测到的支撑剂颗粒。还需要获得制造这种可检测的支撑剂颗粒的经济方法。附图简要说明通过参考用于说明本专利技术的实施例的以下描述和附图，可以最好地理解本专利技术。在图中：图1是如本文所述的用于由浆料制备基本上圆球形的颗粒的系统的示意图。图2是示出导电材料在支撑剂基材上的无电涂布方法的流程图。图3是示出导电材料在支撑剂基材上的无电涂布方法的替代步骤的另一流程图。图4是如本文所述的用于由浆料制备基本上圆球形的颗粒的系统的另一示意图。图5是如本文所述的用于由浆料制备基本上圆球形的颗粒的系统的又一示意图。图6是如本文所述的用于由浆料制备基本上圆球形的颗粒的系统的又一示意图。图7是如本文所述的用于由浆料制备基本上圆球形的颗粒的系统的又一示意图。图8是如本文所述的用于由浆料制备基本上圆球形的颗粒的滴落铸造(dripcast)系统的示意图。图9是如本文所述的用于由浆料制备基本上圆球形的颗粒的滴落铸造系统的另一示意图。图10是包括设置在处理喷嘴(treatmentnozzle)内的滴落铸造喷嘴的喷嘴装置的图示。图11是包括设置在具有入口的处理喷嘴内的滴落铸造喷嘴的另一喷嘴装置的图示。图12示出了图11的喷嘴装置的俯视图。图13是垂直或偏斜井的几何布局图，其中描绘了具有变化的电性能和机械性能的地球层。图14是穿过具有支撑剂填充裂缝的含碳氢化合物区域安装的水平井眼套管柱的示意图，其中描绘了具有变化的电性能和机械性能的地球层。图15是水力压裂测绘系统的示意性横截面图，其描绘了将电流引入井眼中的两个实施方式，即在表面给井眼通电，并通过在井眼中的穿孔附近的沉降杆经由钢丝绳通电。图16是水力压裂测绘系统的示意图。图17是水力压裂测绘系统的示意透视图。图18A是电绝缘套管接头的示意图。图18B是电绝缘套管套环的示意图。图19是用于测量支撑剂电阻的测试系统的示意图。图20是各种支撑剂样品的电阻率(Ohm-cm)与封闭压力(psi)的曲线图。图21是涂有铝的CARBOLITE20/40和标准ECONOPROP20/40样品的混合物的电阻率(Ohm-cm)与封闭压力(psi)的曲线图。图22是涂有铝的HYDROPROP40/80和标准HYDROPROP40/80样品的混合物的电阻率(Ohm-cm)与封闭压力(psi)的曲线图。图23是涂有镍的CARBOLITE20/40和涂有铜的CARBOLITE20/40的电导率(西门子/m)与本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制造导电支撑剂颗粒的方法，包括：制备包含水、粘合剂、和含氧化铝原料的浆料；将所述浆料雾化成液滴；用所述液滴涂覆含氧化铝的种子，以形成多个生球团；使所述多个生球团与包含至少一种催化活性材料的活化溶液接触，以提供包含所述至少一种催化活性材料的经活化的生球团；烧结所述经活化的生球团以提供多个支撑剂颗粒，其中，所述烧结使所述催化活性材料氧化；以及使所述多个支撑剂颗粒与包含一种或多种导电材料的镀液接触，以提供导电支撑剂颗粒。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.08.14 US 14/826,9651.一种制造导电支撑剂颗粒的方法，包括：制备包含水、粘合剂、和含氧化铝原料的浆料；将所述浆料雾化成液滴；用所述液滴涂覆含氧化铝的种子，以形成多个生球团；使所述多个生球团与包含至少一种催化活性材料的活化溶液接触，以提供包含所述至少一种催化活性材料的经活化的生球团；烧结所述经活化的生球团以提供多个支撑剂颗粒，其中，所述烧结使所述催化活性材料氧化；以及使所述多个支撑剂颗粒与包含一种或多种导电材料的镀液接触，以提供导电支撑剂颗粒。2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述导电支撑剂颗粒包括在每个所述支撑剂颗粒的外表面上形成的厚度为至少10nm的所述导电材料的基本上均匀的涂层。3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述至少一种催化活性材料选自包括铁、锡、钯、银、及其组合的组。4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述多个生球团与所述活化溶液的所述接触包括：用所述活化溶液喷涂所述生球团，其中所述活化溶液是水溶液。5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述多个生球团在与所述活化溶液接触之前与pH大于8的碱性溶液接触。6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述导电材料包括从包括铝、锡、锌、铜、银，镍、金、铂、钯、和铑的组中选择的金属。7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述镀液是包含镍的碱性溶液。8.一种制造导电支撑剂颗粒的方法，包括：制备包含水、粘合剂、和含氧化铝原料的浆料；将所述浆料雾化成液滴；用所述液滴涂覆含氧化铝的种子，以形成多个生球团；烧结所述生球团，以提供多个支撑剂颗粒；使所述多个支撑剂颗粒与包含至少一种催化活性材料的活化溶液接触，以提供包含所述至少一种催化活性材料的经活化的支撑剂颗粒；以及使多个经活化的支撑剂颗粒与包含一种或多种导电材料的镀液接触，以提供导电支撑剂颗粒。9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述导电支撑剂颗粒包括在每个所述支撑剂颗粒的外表面上形成的厚度为至少10nm的所述导电材料的基本上均匀的涂层。10.根据权利要求8所述的方法，其中，所述至少一种催...

【专利技术属性】
技术研发人员：查德·坎南，托德·罗珀，史蒂夫·萨沃伊，丹尼尔·R·米切尔，克里斯·迪比昂斯，
申请(专利权)人：卡博陶粒有限公司，
类型：发明
国别省市：美国,US