用于二氧化碳基压裂液中的自悬浮支撑剂以及其制备和使用方法技术

提供了包含涂覆有亲CO

Self suspension proppant for carbon dioxide based fracturing fluid and its preparation and Application

Co coating is provided

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于二氧化碳基压裂液中的自悬浮支撑剂以及其制备和使用方法相关申请的交叉引用本申请要求于2017年2月13日提交的美国临时申请序列号62/458,132和于2017年9月12日提交的美国专利申请序列号15/702,310的优先权权益，这两个美国临时申请通过引用以其整体并入。
本公开的实施例总体上涉及自悬浮支撑剂系统。具体地说，本公开的实施例涉及自悬浮支撑剂和其制备方法，以及二氧化碳基水力压裂液和使用其来处理地层的方法。
技术介绍
因为一些地层可能对水敏感，所以二氧化碳(CO2)可以用于水力压裂液中以向常规水基流体提供非水性替代物。此外，‘无水’流体更加环保，使通常在压裂应用中消耗的天然来源的淡水的损耗最小化。然而，常规的CO2基流体的粘性不足以使如“支撑剂(proppant)”等支撑剂(proppingagent)悬浮，将所述支撑剂添加到压裂液中以在压裂处理期间和之后使地下裂缝保持张开。因为此使支撑剂悬浮的能力降低，所以尚未广泛考虑将CO2基流体用于压裂液中。因此，需要足以支撑并且使支撑剂颗粒悬浮的非水性水力压裂液。从历史上看，因为CO2并非是高分子量聚合物的良好溶剂，所以使用添加剂使CO2基流体增稠一直是非常困难的。虽然水基流体由于易于溶解于水的多种可用的增稠剂而可以易于增粘，但是由于缺乏可溶解于CO2的可用材料，因此CO2基流体不容易增粘。
技术实现思路
本公开的一些实施例涉及包含涂覆有亲CO2涂层的支撑剂颗粒的自悬浮支撑剂。所述亲CO2涂层是轻度交联的并且具有约束CO2分子或者由CO2分子溶剂化的物理结构。本公开的进一步实施例包含由CO2基流体和自悬浮支撑剂构成的水力压裂液。所述自悬浮支撑剂是涂覆有亲CO2涂层的支撑剂颗粒。所述亲CO2涂层是轻度交联的并且具有约束CO2分子的物理结构。本公开的仍进一步实施例包含产生自悬浮支撑剂的方法。所述产生自悬浮支撑剂的方法包含用包含亲CO2组分的可聚合前体材料涂覆支撑剂颗粒以形成经过涂覆的支撑剂，以及使所述可聚合前体材料聚合以形成所述自悬浮支撑剂。所述自悬浮支撑剂是涂覆有亲CO2涂层的支撑剂颗粒。所述亲CO2涂层是轻度交联的并且具有约束CO2分子的物理结构。本公开的仍进一步实施例包含用于处理地层的方法。所述用于处理地层的方法包含使地层与包括自悬浮支撑剂颗粒的水力压裂液接触，并且延伸所述地层中的至少一个地下裂缝。所述水力压裂液由CO2基流体和自悬浮支撑剂构成。所述自悬浮支撑剂是涂覆有亲CO2涂层的支撑剂颗粒。所述亲CO2涂层是轻度交联的并且具有约束CO2分子的物理结构。附图说明当结合以下附图阅读时，可最好地理解本公开的具体实施例的以下详细描述。图1是根据所示出和所描述的实施例的支撑剂、经过涂覆的支撑剂和自悬浮支撑剂的示意图。图2A是包括未经过涂覆的支撑剂的水力压裂液的示意图。图2B是根据所示出和所描述的实施例的水力压裂液的示意图。图3是根据所示出和所描述的实施例的与水力压裂液接触的地下裂缝的示意图。具体实施方式本公开的实施例涉及包含涂覆有亲CO2涂层的支撑剂颗粒的自悬浮支撑剂。所述亲CO2涂层可以是轻度交联的并且可以具有约束CO2分子的物理结构。例如，涂覆有亲CO2涂层的支撑剂颗粒可以悬浮在如水力压裂液等CO2基流体中。水力压裂液可以在用于处理地层的方法中使用。实施例还包含制备自悬浮支撑剂和制备包括自悬浮支撑剂的水力压裂液的方法。进一步实施例包含使用水力压裂液处理地层的方法。通过将含有支撑剂的水力压裂液泵送到层中的开口中以帮助延伸裂缝来处理如岩石、煤或页岩等地层。注入的流体的压力造成地层压裂，并且当允许流体流回到表面时，支撑剂保留在裂缝中并且防止层闭合或坍塌。常规地，CO2基压裂液具有使得添加到流体的支撑剂颗粒立即下沉并且不泵送到裂缝中直到使用了最后的流体的低粘度。结果，裂缝可能过早地关闭。本公开的实施例通过提供用于CO2基流体的自悬浮支撑剂颗粒以及用于用含有悬浮于CO2基流体中的自悬浮支撑剂颗粒的水力压裂液处理地层的简化、经济的方法来解决这些困难。自悬浮支撑剂是涂覆有亲CO2材料的支撑剂颗粒，所述亲CO2材料是轻度交联的并且具有可以约束CO2分子的物理结构。如贯穿本公开所使用的，“亲CO2”是指对CO2具有亲和力或吸引力的分子、离子、聚合物或组合物。术语“CO2基流体”是指包含CO2的流体。现在将参考附图描述具体实施例。只要可能，将贯穿附图使用相同附图标记来指代相同或相似的部分。如贯穿本公开所使用的，除非上下文另有明确说明，否则单数形式“一个(a)”、“一种(an)”和“所述(the)”包含复数指示物。因此，例如，除非上下文另有明确指示，否则对“一个/一种”组分的提及包含具有两个或更多个这种组分的方面。图1示意性地描绘了支撑剂颗粒110的三种状态。在左侧，将未经过涂覆的支撑剂颗粒110描绘为第一未经过涂覆的状态。然后，在中间，描绘了经过涂覆的支撑剂颗粒142，其中支撑剂颗粒110处于第二经过涂覆的状态。最后，在右侧是溶胀的自悬浮支撑剂140，其中支撑剂颗粒110处于第三溶胀状态。在第一状态下，支撑剂颗粒110未经过涂覆并且，当放置于CO2基流体中时，所述支撑剂颗粒可能会由于CO2基流体的低粘度而下沉到流体的底部。在第二状态下，所述支撑剂颗粒110已经经历了用于涂覆有亲CO2涂层120的涂覆步骤310，形成经过涂覆的支撑剂颗粒142。在第三状态下，经过涂覆的支撑剂颗粒142已经经历了用于与CO2分子接触的接触步骤320，形成涂覆有现在溶胀的亲CO2涂层121的溶胀的自悬浮支撑剂140。当在接触步骤320期间与CO2分子接触时，亲CO2涂层120已经在体积上膨胀到溶胀状态，将经过涂覆的支撑剂颗粒142转换成溶胀的自悬浮支撑剂140。如图1所示，在一些实施例中，经过涂覆的支撑剂颗粒142和溶胀的自悬浮支撑剂140均包含涂覆有亲CO2涂层120、121的至少一种支撑剂颗粒110。支撑剂颗粒110可以选自适用于水力压裂应用中的任何类型的支撑剂。如先前所描述的，支撑剂是用于水力压裂液的支撑剂颗粒，以在地下处理期间或之后维护和保持打开地下裂缝。在一些实施例中，支撑剂颗粒110可以包括如氧化物、硅酸盐、砂、陶瓷、树脂、塑料、矿物、玻璃或其组合等材料的颗粒。例如，支撑剂颗粒110可以包括级配砂、经过处理的砂、树脂涂覆砂、陶瓷支撑剂、塑料支撑剂、低密度支撑剂或其它树脂涂覆颗粒。支撑剂颗粒110可以包括铝土矿颗粒或烧结铝土矿颗粒。支撑剂颗粒110可以包括玻璃颗粒或玻璃珠。本公开的实施例可以使用至少一种支撑剂颗粒110并且在使用多于一种的支撑剂颗粒110的实施例中，支撑剂颗粒110可以含有两种或更多种不同材料的混合物或者三种或更多种不同材料的混合物。可以基于特定应用和溶胀的自悬浮支撑剂140中期望的特性选择支撑剂颗粒110的材料。例如，陶瓷支撑剂材料可以适用于期望高强度、均匀的尺寸和形状、高耐热性和高导电性的实施例中。在实施例中可本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种自悬浮支撑剂，其包括涂覆有亲CO

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170213 US 62/458,132;20170912 US 15/702,3101.一种自悬浮支撑剂，其包括涂覆有亲CO2涂层的支撑剂颗粒，其中所述亲CO2涂层是轻度交联的并且具有约束CO2分子的物理结构。


2.根据权利要求1所述的自悬浮支撑剂，其中当CO2分子被约束在所述物理结构内时，所述自悬浮支撑剂在体积上从非溶胀状态膨胀到溶胀状态。


3.根据权利要求2所述的自悬浮支撑剂，其中所述亲CO2涂层的所述物理结构从所述非溶胀状态到所述溶胀状态在体积上膨胀了至少20％。


4.根据权利要求2或3所述的自悬浮支撑剂，其中所述亲CO2涂层的所述物理结构从所述非溶胀状态到所述溶胀状态在体积上膨胀了至少100％。


5.根据权利要求2到4中任一项所述的自悬浮支撑剂，其中所述亲CO2涂层的所述物理结构从所述非溶胀状态到所述溶胀状态在体积上膨胀了至少300％。


6.根据前述权利要求中任一项所述的自悬浮支撑剂，其中所述支撑剂颗粒具有粗糙表面，所述粗糙表面的算术平均粗糙度(Ra)大于或等于1纳米(nm)。


7.根据前述权利要求中任一项所述的自悬浮支撑剂，其中所述亲CO2涂层包括亲CO2材料，所述亲CO2材料选自多糖乙酸酯、聚乙二醇、部分氟化的含氧聚合物、氧化聚合物、交联含氧聚苯乙烯、聚乙酸乙烯酯以及这些材料中的任何材料的组合。


8.根据前述权利要求中任一项所述的自悬浮支撑剂，其中所述支撑剂颗粒是选自由以下组成的组的材料的颗粒：氧化物、硅酸盐、砂、陶瓷、树脂、塑料、矿物、玻璃、级配砂、经过处理的砂、树脂涂覆砂、其它树脂涂覆颗粒、铝土矿、烧结铝土矿、玻璃颗粒、玻璃珠以及其组合。


9.根据前述权利要求中任一项所述的自悬浮支撑剂，其中当将所述自悬浮支撑剂添加到水基流体中时，所述亲CO2涂层不会从所述支撑剂颗粒中解离。


10.一种水力压裂液，其包括：
包括CO2的流体，以及
悬浮在所述流体中的自悬浮支撑剂，所述自悬浮支撑剂包括涂覆有亲CO2涂层的支撑剂颗粒，其中所述亲CO2涂层是轻度交联的并且具有约束CO2分子的物理结构。


11.根据权利要求10所述的水力压裂液，其中所述流体包括液体CO2、超临界CO2、临界CO2、次临界CO2或其组合。


12.根据权利要求10或11中任一项所述的水力压裂液，其中所述流体进一步包括N2。


13.根据权利要求10到12中任一项所述的水力压裂液，其中所述亲CO2涂层的所述物理结构包括受约束的CO2分子，所述受约束的CO2分子使所述自悬浮支撑剂在体积上膨胀到溶胀状态。


14.根据权利要求13所述的水力压裂液，其中所述亲CO2涂层的所述物理结构从非溶胀状态到所述溶胀状态在体积上膨胀了至少20％。


15.根据权利要求13或14所述的水力压裂液，其中所述亲CO2涂层的所述物理结构从所述非溶胀状态到所述溶胀状态在体积上膨胀了至少100％。


16.根据权利要求13到15中任一项所述的水力压裂液，其中所述亲CO2涂层的所述物理结构从所述非溶胀状态到所述溶胀状态在体积上膨胀了至少300％。


17.根据权利要求10到16中任一项所述的水力压裂液，其中所述溶胀状态下的所述自悬浮支撑剂的密度是所述流体的所述密度的25％到200％。


18.根据权利要求10到17中任一项所述的水力压裂液，其中所述溶胀状态下的所述自悬浮支撑剂的密度小于或等于所述流体的所述密度的200％。


19.根据权利要求10到18中任一项所述的水力压裂液，其中所述支撑剂颗粒具有粗糙表面，所述粗糙表面的算术平均粗...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁枫，盖伊赞·A·阿尔蒙塔谢里，李雷鸣，B·拉加瓦·雷迪，乔治·约翰，维迪亚萨加尔·阿迪亚拉，
申请(专利权)人：阿拉姆科服务公司，纽约城市大学研究基金会，
类型：发明
国别省市：美国;US