用作支撑剂或用于砾石充填料的低温涂布颗粒、其制造和使用方法技术

公开了自由流动的涂布颗粒和制造该自由流动的涂布颗粒的低温方法。每个颗粒具有布置在基材上的可固化的涂层。所述基材为包含无机材料的微粒基材、包含有机材料的微粒基材、包含第一部分至少部分固化的粘结剂和填料颗粒的基本上均匀形成的颗粒的复合颗粒、或具有作为核的无机颗粒以及包含至少部分固化的树脂和填料的复合层的混杂颗粒。所述可固化的涂层包含含有可固化的液体树脂的连续相和包埋或附着至连续相的反应性粉末。所述反应性粉末颗粒典型地包括甲阶酚醛酚-甲醛树脂、线型酚醛酚-甲醛树脂、聚酯树脂、丙烯酸类聚合物树脂、聚氨酯树脂或环氧树脂中的一种或多种。一种方法包括施加涂层，所述涂层包含含有可固化的树脂的连续相和包埋或附着至所述连续相的反应性或非反应性粉末颗粒。

【技术实现步骤摘要】

本公开涉及涂布颗粒及其制造和使用方法。特别地，本公开涉及用于井增产处理中作为支撑剂(proppant)或用于砾石充填料(gravel pack)并且通过下述方法制造的涂布颗粒在环境温度下用可固化的液体树脂涂布颗粒，将反应性粉末(例如，甲阶酚醛树脂 (resole)粉末、线型酚醛树脂(novolak)粉末、聚酯粉末、丙烯酸类聚合物粉末、聚氨酯粉末或环氧粉末)施加至经涂布的颗粒和在低温下混合直到干燥。如果希望的话，所述颗粒也可以用于铸造工业的覆膜砂(coated sand)应用中。
技术介绍
术语“支撑剂”是指如下的微粒材料将其注入油井、气井、水井和其他类似钻孔周围的地层中的裂缝内，从而提供支持以保持(支撑)这些裂缝开放并且容许气体或液体经由该裂缝流入钻孔或者从地层中流出。支撑剂常用于支撑在水力压裂过程中在地层例如油井和天然气井中形成的开放裂缝。未涂布和/或涂布颗粒常用作保持通过水力压裂施加于地层、例如含油或含气地层的开放裂缝的支撑剂，或者用作砾石充填料中的过滤介质。未涂布的支撑剂典型地是如同本领域已知的砂、陶瓷、玻璃珠、胡桃壳等的颗粒。 用于支撑裂缝的颗粒一般包括砂或烧结陶瓷颗粒。砂的优点在于它价格便宜。其缺点是与烧结陶瓷颗粒相比相对较低的强度(高压溃值)以及较低的流动能力。烧结陶瓷颗粒的缺点在于烧结在高温下进行，从而导致用于生产的高能源成本，和使用昂贵的原料。涂布支撑剂具有用树脂涂布的单个颗粒。该单个颗粒典型地是如同本领域已知的砂、陶瓷、玻璃珠、胡桃壳等的颗粒。支撑剂涂层可以是预先固化的或可固化的。预固化的支撑剂包括基材核以及注入地层之前固化的树脂涂层。可固化的支撑剂包括基材核和向下钻进时固化以形成固结(consolidated)支撑剂充填料的树脂涂层。典型地用于支撑剂基材(砂、陶瓷等)上的可固化涂层的树脂配制物在基材表面上产生高度交联的涂层。可固化的树脂涂布的支撑剂和预固化的树脂涂布的支撑剂已经可购得用作支撑试剂。可固化的支撑剂具有树脂涂层，该树脂涂层包括通常至少部分地而不是完全地固化的树脂。相反，“预固化的”支撑剂具有固化的树脂涂层。术语“固化的”和“可固化的”在本说明书中通过本领域过去采用的三种试验来定义。a)温度发粘点试验(Temperature Stick Point Test)将经涂布的材料置于加热的熔点块(melt point bar)上并测定该经涂布的材料附着至熔点块上的最低温度。大于 350° F的“发粘温度”典型地表明固化的材料，这取决于使用的树脂体系。b)丙酮提取试验如下所述的丙酮提取法，溶解未固化的涂层内的树脂级分。 < 5%的重量损失典型地表明颗粒具有预固化的涂层。c)抗压强度试验在IOOOpsi和200° F下湿压缩多达M小时的时间之后，涂布颗粒未粘结、或未固结，这典型地表明在制造过程中已预固化的涂层。除非另有指示，由抗压强度试验定义术语固化的和可固化的。支撑剂一般用于通过在地层中提供传导通道而增加油和/或气的产量。进行地层的压裂以增加油和/或气的产量。压裂通过如下方式引起在高压(下文称作注射压力) 下将粘稠压裂液或泡沫注入井中以产生裂缝。通过以高注射速率泵送稀薄流体(含低浓度聚合物的水)可以实现类似效果。当裂缝形成时，将称为“支撑试剂”或“支撑剂”的微粒材料放入地层中，从而当解除注射压力时将该裂缝维持在受支撑状态下。随着裂缝形成，通过将支撑剂悬浮在附加的流体或泡沫中而将它们传送入裂缝内从而用在该流体或泡沫中的支撑剂淤浆充填该裂缝。在压力解除后，支撑剂形成用于保持裂缝开放的充填料。受支撑的裂缝因此在地层中提供高传导性通道。通过水力压裂处理提供的增产程度在很大程度上取决于地层参数、裂缝的渗透性、受支撑的裂缝长度、受支撑的裂缝高度和裂缝的受支撑宽度。砾石充填处理用于减少疏松地层砂/细粒迁移入井孔中。在砾石充填操作中，将悬浮在载液中的经涂布和/或未涂布的颗粒泵送至其中有待放入砾石充填料的井孔中。载液渗漏至地下区域中和/或返回到地面，而颗粒留在生产管柱与套管之间的环状空间中或者在套管外部邻近井孔的地下区域中。砾石充填操作一般包括将砾石充填滤网放在井孔中和用颗粒充填该滤网和井孔之间的周围环状空间。砾石充填滤网一般是一类过滤器组件，其用于在砾石充填操作期间支撑和保留所放置的颗粒。各种各样的尺寸和滤网构造可用于匹配特定井孔、产出流体和地层砂的特性。这类砾石充填料可以用于稳定地层同时对井生产能力造成最小损害。砾石充填料充当过滤器以从产出的流体中分离地层砂同时允许产出的油和/或气体流入井孔。 所述颗粒用于阻止地层砂堵塞滤网或随产出的流体迁移，滤网用于阻止细粒产生而到达地面和排出井口。通过在孔壁和生产管线之间采用包含砂、砾石或这二者的骨料的紧密充填沉积物，砾石充填也可以用于保护井孔壁生产完整性，从而避免从地面到可能在地面下方数千英尺的生产层设置钢套管的时间和费用。砾石充填固有地可渗透期望的烃流体并为孔壁提供结构性补强以防内部崩溃或流动减低。这类完井体系称作“开孔”完井。将砾石充填沉积物置于钻孔壁和生产管线之间的设备和方法包括在“开孔砾石充填体系”的定义中。遗憾的是，用于沿着烃生产层放置和充填砾石的现有技术开孔砾石充填体系伴有相当大的风险，该风险为由于沿生产层的钻孔压力波动而促成钻孔壁崩溃。这些压力波动由井和完井管柱内的直接流体循环中井下工具的地面操作产生。砾石充填料的更多论述由通过引用并入本文的美国专利6，382，319提供。在某些情形中，将水力压裂和砾石充填过程合并成单一处理从而提供增产和减少地层出砂的环形砾石充填。这类处理常常被称作“压裂充填”操作。在某些情况下，用适当位置上的砾石充填滤网组件完成该处理，水力压裂处理被泵送通过套管与滤网之间的环形空间。在这种情况下，水力压裂处理通常以达到充填设计压力(screen out)的状态结束，从而产生在滤网和套管之间的环形砾石充填。这允许将水力压裂处理和砾石充填二者置于单一操作中。此外，当从陆地的地下地层、从钻入含烃生产层内的钻孔中提取烃类例如天然气和原油时，防砂是另一考虑因素。从未固结或弱固结的地层中生产油、气体和水通常伴随着连同所产出的流体一起的地层砂粒的产出。砂与井产流体一起产出带来严重的问题，例如地下和地面生产设备的腐蚀以及砂在井孔和地面分离器中的积累。诸如砾石充填、滤网和塑料固结的若干方法己经使用多年而且有不同成效。然而，这些方法具有若干技术和成本上的局限性。防砂的更多论述由全部通过引用并入本文的美国专利6，364，019提供。当油田工业使含烃地层“破裂”时，使用支撑剂以维持破裂所产生的高表面积已经成为常见做法。非常希望支撑剂颗粒具有高性能而且可以在高效的工艺(在经济上有吸引力的)中产生。另外希望开发可以在偏远地点、例如在井场或其附近的场地产生的涂布颗粒。专利技术概述在一个实施方案中，提供了粒度范围为约6目到约200目(3360_74μπι)的自由流动的涂布颗粒，每个颗粒包括(1)基材，该基材选自(i)包含无机材料和任选地至少部分固化的涂层的微粒基材(particulate substrate), (ii)包含有机材料和任选地至少部分固化的涂层的微粒基材，(iii)包含基本上均勻形成的颗粒的复合颗粒，所述基本上均勻形本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．粒度范围为约６目到约２００目的自由流动的涂布颗粒，每个颗粒包括：选自下述的基材：包含无机材料和任选地至少部分固化的涂层的微粒基材，包含有机材料和任选地至少部分固化的涂层的微粒基材，包含基本上均匀形成的颗粒的复合颗粒，所述基本上均匀形成的颗粒包含第一部分粘结剂和遍及所述第一部分粘结剂分散的填料颗粒，其中所述第一部分是至少部分固化的，其中所述填料颗粒的粒度范围为约０．５至约６０μｍ；和包含布置在无机微粒核上的复合层的混杂颗粒，所述复合层包含至少部分固化的有机涂层和填料颗粒，其中所述填料颗粒的粒度范围为约０．５至约６０μｍ；和布置在所述基材上的涂层，所述涂层包含含有可固化的液体树脂的连续相和包埋或附着至所述连续相的反应性粉末。

【技术特征摘要】
2009.10.26 US 12/605,9901.粒度范围为约6目到约200目的自由流动的涂布颗粒， 每个颗粒包括选自下述的基材包含无机材料和任选地至少部分固化的涂层的微粒基材， 包含有机材料和任选地至少部分固化的涂层的微粒基材，包含基本上均勻形成的颗粒的复合颗粒，所述基本上均勻形成的颗粒包含第一部分粘结剂和遍及所述第一部分粘结剂分散的填料颗粒，其中所述第一部分是至少部分固化的， 其中所述填料颗粒的粒度范围为约0. 5至约60 μ m ；和包含布置在无机微粒核上的复合层的混杂颗粒，所述复合层包含至少部分固化的有机涂层和填料颗粒，其中所述填料颗粒的粒度范围为约0. 5至约60 μ m ；和布置在所述基材上的涂层，所述涂层包含含有可固化的液体树脂的连续相和包埋或附着至所述连续相的反应性粉末。2.权利要求1的涂布颗粒，其中所述可固化的液体树脂包括选自甲阶酚醛酚-甲醛树脂、聚酯和不饱和聚酯树脂、丙烯酸类聚合物树脂、聚氨酯树脂、环氧树脂、三聚氰胺树脂和酸酐树脂中的至少一种。3.权利要求1的涂布颗粒，其中所述反应性粉末包括选自甲阶酚醛酚-甲醛树脂、线型酚醛酚-甲醛树脂、聚酯树脂、丙烯酸类聚合物树脂、聚氨酯树脂和环氧树脂中的至少一种。4.权利要求3的涂布颗粒，其中所述反应性粉末具有通过TMA(热机械分析法)测定的≥150° F的起始软化点。5.权利要求3的涂布颗粒，其中所述反应性粉末具有通过TMA(热机械分析法)测定的≥200° F的起始软化点。6.权利要求1的涂布颗粒，其进一步包含表面处理剂。7.粒度范围为约6目到约200目的自由流动的涂布颗粒，每个颗粒包含 选自下述的基材包含无机材料和任选地至少部分固化的涂层的微粒基材， 包含有机材料和任选地至少部分固化的涂层的微粒基材，包含基本上均勻形成的颗粒的复合颗粒，所述基本上均勻形成的颗粒包含第一部分粘结剂和遍及所述第一部分粘结剂分散的填料颗粒，其中所述第一部分是至少部分固化的， 其中所述填料颗粒的粒度范围为约0. 5至约60 μ m ；和包含布置在无机微粒核上的复合层的混杂颗粒，所述复合层包含至少部分固化的有机涂层和填料颗粒，其中所述填料颗粒的粒度范围为约0. 5至约60 μ m ；和布置在所述基材上的涂层，所述涂层包含含有可固化的液体树脂的连续相和包埋或附着至连续相的反应性粉末，其中所述涂布颗粒进一步包含表面处理剂。8.权利要求7的涂布颗粒，其中所述表面处理剂包含选自甲阶酚醋酚-甲醛树脂、聚酯和不饱和聚酯树脂、丙烯酸类聚合物树脂、聚氨酯树脂、环氧树脂、三聚氰胺树脂、酸酐树脂和它们的组合中的反应性液体，以及固化剂。9.权利要求8的涂布颗粒，其中所述表面处理剂包含液体环氧树脂，并且其中所述固化剂能够在小于60秒内基本上固化该树脂。10.权利要求9的涂布颗粒，其中所述固化剂包括四氟硼酸。11.权利要求7的涂布颗粒，其中所述可固化的液体树脂包括选自甲阶酚醛酚-甲醛树脂、聚酯和不饱和聚酯树脂、丙烯酸类聚合物树脂、...

【专利技术属性】
技术研发人员：A·L·麦克拉利，R·R·麦克丹尼尔，J·W·格林，
申请(专利权)人：禾逊专业化学公司，
类型：发明
国别省市：US