复合支撑剂、复合过滤介质、其制备方法以及用途技术

本发明专利技术公开了一种由树脂和填料制得的复合颗粒，所述复合颗粒用于地下层。填料为细碎的矿物和可有可无的纤维。所述颗粒是用来支撑打开的地下层裂缝的支撑剂。所述颗粒还可用于过滤水。另外本发明专利技术还公开了所述复合颗粒的制备方法。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

技术介绍
专利
本专利技术涉及过滤时使用的复合介质和在石油和气体生产中用以“支持/支撑”井身附近的液压裂缝的复合支撑剂。所述支撑剂使液压裂缝保持敞开，以便石油和/或天然气流入，并能大大改善每口井的收率。更准确地说，本专利技术涉及复合支撑剂，以及复合过滤介质，它们由与有机和/或无机三维交联剂/粘结剂粘结在一起的适宜的填料组成。另外，本专利技术还涉及这些过滤介质和支撑剂的制备方法和用途。
技术介绍
说明一般来说，为保持通过对地下层，例如地下油层或地下气层进行液压破碎所造成的裂缝敞开，支撑剂是极其有用的。通常，在地下层中的裂缝是希望的，以便增加油或气的产量。破裂是通过在高压下将为形成裂缝的粘性破裂液或泡沫注入井中所造成的。当形成裂缝时，将称之为“支撑剂”的颗粒料装入该地层中，以便当释放注射压力时使裂缝保持被支撑状态。形成裂缝后，当压力释放时，支撑剂形成了一个用于支撑裂缝敞开的填充料。通过将支撑剂悬浮于辅助液体或泡沫中而将其引入井中，以便利用于液体或泡沫中的支撑剂浆液来填充裂缝。使用支撑剂的目的是通过在地层中提供敞通的通道而增加油和/或气的生产。另外，选择支撑剂也是增产措施成功的关键。因此，加撑的裂缝在地层中提供了高度传导的通道。通过液压破碎处理提供的增产措施的程度主要取决于地层参数、裂缝的渗透性以及裂缝的支撑宽度。如果支撑剂是未涂布物质，例如砂，并且经受气/油井中存在的高应力的话，那么，所述物质可能会破碎，从而形成破碎支撑剂的碎屑。随后，碎屑将降低支撑剂填充料内的传导性。然而，树脂涂层将使涂布颗粒的耐破性比单独使用支撑剂的耐破性有所增强。业已将玻璃珠用作支撑材料(参见US4,068,718，在此作为现有技术将其引入作为参考)。其缺点包括如前所述的能量和生产的成本，以及由于其在井下条件下过度的破碎，在高压(约35MPa以上)下其渗透性的严重下降。因此，目前玻璃珠不受欢迎。目前使用三种不同的支撑材料，即支撑剂。第一种支撑剂是烧结的陶瓷颗粒，通常是氧化铝、硅石或铝土矿，常常含有粘土状粘结剂或掺有硬物质如碳化硅(参见在此引入作为参考的Rumpf等人的US4,977,116，；EP0087852，0102761或0207668)。陶瓷颗粒有这样的缺点烧结必须在高温下进行，这将造成高的能量成本。此外，还将使用昂贵的原料。它们具有相当高的堆积密度，并且常常具有类似于金刚砂研磨材料的性能，这将对用来将其引入钻孔中的泵和管线造成很大的磨损。第二种支撑剂由大量已知的支撑材料(天然的、相对粗糙的砂)制成，其颗粒约为圆球形，因此，它们能产生明显的流动(英语“压裂砂”)(参见现有技术US5,188,175)。第三种支撑剂包括可以用一层合成树脂涂布的第一种和第二种样品(授权于Deprawshad等人的US5,420,174；授权于Johnson等人的US 5,218,038和授权于Johnson等人的US5,639,806(在此将这三份专利的公开引入作为参考)；EP0542397)。在树脂涂布的支撑剂中使用的已知树脂包括环氧树脂、呋喃树脂、酚醛树脂以及这些树脂的混合物。所述树脂占涂布颗粒总重量的约1-8重量％。用于树脂涂布的支撑剂的颗粒物质可以是砂、陶瓷或其它颗粒，并且具有在USA标准测试筛孔数目约8-100的范围内(即约0.0937英寸至约0.0059英寸的筛孔)的颗粒大小。树脂涂布的支撑剂有两种预固化的和可固化的。预固化树脂涂布的支撑剂包含涂布有已明显交联树脂的底物。所述预固化支撑剂的树脂涂层将对所述底物提供耐破性。由于在引入井中之前树脂涂层已固化，因此，即使在高压和高温条件下，该支撑剂不会聚集。所述预固化树脂涂布的支撑剂通常通过在其周围的应力而固定在井中。在某些液压破碎的情况下，在井中预固化的支撑剂会由裂缝回流，尤其是在油井和气井的清理或生产期间。有些支撑剂将通过井所产生的液体迁移出裂缝区并进入井身中。这种迁移称之为回流。从裂缝处支撑剂的回流是不希望的，并且通过使用涂有可固化树脂的支撑剂在某些场合已得到一定程度的控制，所述可固化树脂将在地下固结和固化。酚醛树脂涂布的支撑剂已出售了一段时间并用于所述用途。因此，树脂涂布的可固化支撑剂可以用来“覆盖”裂缝，从而防止所述的回流。在注入油井或气井之前，可固化支撑剂的树脂涂层不会明显地发生交联或固化。更确切地说，将涂层设计成在井结构层中存在的应力和温度条件下可发生交联。这将使支撑剂颗粒粘结在一起，形成三维基体并防止支撑剂的回流。这些可固化酚醛树脂涂布的支撑剂在高至能够固结并固化酚醛树脂的温度环境中使用最佳。然而，地质结构层的状态千变万化。在某些气/油井中，高温(＞180°F)和高压(＞6,000psi)存在于井下。在这些条件下，绝大多数可固化的支撑剂将发生有效固化。此外，在这些井中使用的支撑剂必需是热和物理稳定的，即在这些温度和压力条件下不会明显破碎。可固化树脂包括(I)在地下结构层中完全固化的树脂和(II)在注入地下结构层中之前部分固化，剩余部分在地下结构层中固化的树脂。许多浅井的井下温度常常低于130°F，甚至低于100°F。在这些温度下，常规可固化支撑剂将不会适当地固化。有时，可使用活化剂来促进在低温下的固化。另一种方法是在后冲洗工艺中，利用酸性催化剂使支撑剂进行低温催化固化。这种可固化支撑剂体系披露于Armbruster的US4,785,884中，在此将其全文引入作为参考。在后冲洗工艺中，在可固化支撑剂装入裂缝之后，将酸性催化剂体系泵送通过该支撑剂填充料，并且甚至可以在低至约70°F的温度下引发固化。这将使支撑剂颗粒发生粘结。由于不同油井和气井地质特性的种种变化，没有一种支撑剂拥有能满足在各种条件下所有操作要求的所有性能。选择预固化支撑剂还是可固化支撑剂或者两者全选，这些是本领域普通技术人员已知的经验和知识。使用时，将支撑剂悬浮于破裂液中。因此，支撑剂和破裂液的相互作用将明显地影响其中悬浮支撑剂的液体的稳定性。所述破裂液需要保持粘性并能将支撑剂带至裂缝中并使支撑剂沉积在适当的位置以供使用。然而，如果破裂液过早地丧失其携带能力，支撑剂可能会沉积在裂缝或井身不适当的位置。这可能要求对井身进行彻底清理并除去错位的支撑剂。另外也重量的是，在适当安置支撑剂之后的适当时间，液体发生分离(粘度下降)。在将支撑剂置于裂缝中之后，由于存在于液体中破乳剂(粘度下降剂)的作用，液体的粘性将下降。这将使释放的、可固化的支撑剂颗粒聚集到一起，使颗粒间紧密地接触，从而在固化之后形成固体支撑剂填充料。没有这样的接触将使得支撑剂填充料变得很弱。除粘性液体以外，可以使用泡沫将支撑剂带至裂缝处并使支撑剂沉积在适当的使用位置。所述泡沫是能悬浮支撑剂直至它被置于裂缝中为止的稳定泡沫，在处于裂缝中时，泡沫将破裂。除泡沫或粘性液体以外还可以使用其他制剂，将支撑剂带入适当的裂缝中。另外，树脂涂布的颗粒材料，例如砂，可以用于井身中进行“含砂量控制”。在这种用途中，用支撑剂，例如树脂涂布的颗粒材料填充圆柱结构，并插入井身中用作过滤剂或筛，以便控制或消除砂、其它支撑剂、或地下层颗粒的回流。通常，圆柱结构为网状物制成的带有内壁和外壁由圆管形结构。网状物的筛孔大小足以将树脂涂布的颗粒材料包含在圆柱结构内，并让地层中的液体从其通过。尽本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种复合颗粒，包含： 基本均匀的成形颗粒，该颗粒包含： 第一部分粘结剂和在整个所述第一部分粘结剂中分布的填料颗粒，其中所述的第一部分粘结剂至少是部分固化的； 所述填料颗粒的粒径从约０．５微米至约６０微米，所述复合颗粒的球形度至少约０．７；和 可有可无的用于涂布成形颗粒的第二部分粘结剂； 后述复合颗粒的６０－８５体积％为所述的填料颗粒。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：罗伯特R麦克丹尼尔，约翰尼斯A杰雷德茨，
申请(专利权)人：博登化学公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]