在地下地层的水力压裂中使用的支撑剂制造技术

一种用于井处理流体的支撑剂包括一种基质（例如砂砾）的离散颗粒，该基质涂有一种树脂，该树脂包含一种碳水化合物与一种胺和/或一种铵化合物之间的美拉德反应的产物。多种不同树脂，尤其是多种热塑性或热固性树脂可以与多种美拉德反应产物掺合或作为单独的层施加于该基质上。该支撑剂可以被包括于一种压裂液中，将该压裂液注入一个地下地层中并且用于刺激从该地下地层中产生烃。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及在地下地层的水力压裂中使用的支撑剂。背景水力压裂是一个术语，已被应用于多种用于刺激从地下地层中产生多种流体(例如油、天然气)的方法。在水力压裂中，经由一个井孔并且朝向地层表面以至少足以克服上覆压力并且引起和/或扩大地层断裂的一个压力和流动速度来注射一种压裂液，通常是一种含水流体。该压裂液通常携带有悬浮于该压裂液中的一种支撑剂(例如砂砾、铝土矿、玻璃珠等)并且它被运送到一个裂缝内。当释放压力时，该支撑剂可防止地层闭合而回到其原来样子。已填充有支撑剂的裂缝提供了多个可渗透的通道，这些地层流体可经由这些可渗透的通道流到井孔并且随后被抽出。在水力压裂中，处于高闭合应力下的支撑剂颗粒倾向于碎裂和崩解。举例来说，在超过约5000磅/平方英寸(34，500千帕)的闭合应力下，通常不使用硅砂(即最常用的支撑剂)，这是因为它可能发生崩解。由这种崩解产生的细粒使所支撑的地层中的间隙流道发生迁移并且堵塞这些流道。这些迁移的细粒显著地降低所支撑的裂缝的渗透性。已尝试使用其他支撑剂来解决此问题。已通过使用多种有机材料(例如胡桃、椰子以及山核桃的外壳)取得一些成功。当一个裂缝在上覆负载下闭合时，这些有机材料发生变形而不是碎裂。铝支撑剂是另一种在负载下发生变形而不是失效的支撑剂。尽管多种支撑剂(例如上文所述的这些支撑剂)避免了产生细粒的问题，但由于支撑剂随时间被越压越平，因此它们具有允许所支撑的裂缝闭合的缺点。此外，随着这些颗粒被压平，颗粒之间的空间变小。裂缝宽度减小和颗粒间空间减小的这种组合引起了流动能力降低。另一类型的支撑剂包括球形的高强度玻璃球粒。这些高强度玻璃支撑剂呈玻璃状、是刚性的并且具有高抗压强度，这使得它们能够承受适度量级的上覆压力。此外，其均匀的球形形状有助于置放这些颗粒并且提供流经裂缝的最大流量。尽管这些珠粒在以单层使用时具有高强度，但它们在多层填料中不太令人满意。在250° F (121° C)的盐水中，高强度玻璃珠粒在5000磅/平方英寸(34，500千帕)与6000磅/平方英寸(41，400千帕)之间的应力水平下可能发生崩解，由此产生的渗透性不及在相当条件下由砂砾产生的渗透性，如果不是更差的话。已尝试使用涂有树脂的颗粒来改良支撑剂在高闭合应力下的稳定性。举例来说，美国专利号3，492，147描述了适用于压裂操作的多种支撑剂，其中这些支撑剂是通过用一种不熔树脂涂布一种微粒固体而产生的。要被涂布的微粒包括砂砾、坚果外壳、玻璃珠以及铝球粒，而所用树脂包括脲醛树脂、酚醛树脂、环氧树脂、糠醇树脂以及聚酯或醇酸树脂。尽管已证明涂有树脂的颗粒在多项应用中令人满意，但在高闭合应力下使用这些颗粒仍存在问题。举例来说，先前技术中的一些自身固结的、涂有树脂的颗粒直到树脂涂层在地层中固化方显出其全部强度。当裂缝快速闭合时，支撑剂可能在树脂固化前被压碎，从而引起渗透性降低。因此，提出使用如美国专利号4，585，064中所描述的双重树脂涂布的颗粒作为一种缓解此问题的方法。具体来说，在‘064专利中，支撑剂基质具有一种实质上固化的树脂的内涂层以提高所述基质的抗粉碎性并且具有一种可熔性可固化树脂的外涂层，该可熔性可固化树脂在被注射入一个地层中时熔融并且固化以产生一种粘着性的可渗透物质。关于使用自身固结的、涂有树脂的颗粒的一个问题是与用于将这些颗粒运送到地层中的井处理流体的相容性。为了解决此问题，美国专利号5，837，656披露了一种双重树脂涂布的支撑剂，它同时具有预固化树脂涂布的颗粒的井处理流体相容性优点以及自身固结的支撑剂的强度和抗迁移性。该支撑剂包含一种微粒基质，该微粒基质涂有一种可熔性可固化树脂的内涂层和一种实质上热固化的树脂的外涂层，其中该内涂层的树脂是选自下组，该组由以下各项组成酚醛树脂、脲醛树脂、三聚氰胺-醛树脂、环氧树脂、糠醇树脂以及这些树脂的共聚物；该外涂层的树脂是选自下组，该组由以下各项组成酚醛树脂、脲醛树脂、三聚氰胺-醛树脂、环氧树脂、糠醇树脂以及这些树脂的共聚物，并且该外涂层的树脂在保持该内涂层的该树脂未固化的条件下是可热固化的。尽管涂有树脂的颗粒作为用于井处理流体的支撑剂具有多个显著优点，但当前所用的树脂总体上来源于石油，使得它们遇到同样的供应限制并且价格随其基本原料上升。 此外，许多当前所用的树脂(例如酚醛树脂)含有多种杂质，例如游离酚和/或游离甲醛，它们会与用于使已被涂布的支撑剂悬浮的这种压裂液在它被泵送入地层中时不良地相互作用。此外，已证实未反应的六亚甲基四胺(它通常用于使酚醛清漆酚醛树脂固化或部分固化)亦会浸出并且同样不利地影响压裂液。2008年8月28日公开的美国专利申请公开号2008/0202750披露了多种涂有热塑性塑料的支撑剂。这些涂有热塑性塑料的支撑剂在多种环境条件下是自由流动的并且是不粘的。然而，在地下地层中经常遇到的高温和高压下，这些已被涂布的支撑剂呈现潜在粘性，这引起已被涂布的支撑剂聚结而形成聚结的支撑剂颗粒的稳定构架。聚结的支撑剂颗粒的这种稳定构架或网状结构使固体颗粒的回流和来自地下地层的地层细粒的输送减少。可以用于对支撑剂进行涂布的热塑性材料的实例包括聚乙烯、聚丙烯、乙烯乙酸乙烯酯、乙烯丙烯酸乙酯、苯乙烯-异戍二烯-苯乙烯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯、聚苯乙烯、聚氨酯、丙烯酸聚合物、聚氯乙烯、氟塑料、聚硫化物、苯乙烯-丙烯腈、尼龙、苯酚-甲醛酚醛清漆树脂或其任何组合。另一方面，该热塑性材料是松香、改性松香、松香酯或其任何组合。这些热塑性材料的其他实例包括萜烯树脂、香豆酮-茚树脂、C5烃的寡聚物、C9烃的寡聚物、萜烯与酚的寡聚反应产物、萜烯与苯乙烯类的寡聚反应产物或其组合。总体而言，这些寡聚材料的数均分子量小于约10，000并且更经常小于约5000。萜烯树月旨、香豆酮-茚树脂、C5烃的寡聚物、C9烃的寡聚物、萜烯与酚的寡聚反应产物以及萜烯与苯乙烯类的寡聚反应产物的数均分子量可以在从约100到约4000的范围内。这些材料的数均分子量可以在从约125到约3000、从约150到约2000、或从约200到约1000的范围内。根据本专利技术，现已发现作为一种碳水化合物与一种胺或一种铵化合物之间的美拉德反应的产物获得的一种树脂系统提供了有效且有利的支撑剂颗粒涂层。本专利技术可以单层形式使用以增强抗粉碎性并且当用作被多重涂布的支撑剂颗粒的外部固化涂层时尤其如此，例如在美国专利号5，837，656中所描述。因此，该树脂系统不仅是来源于多种可再生生物资源的，而且该系统不含有会使多种压裂液降解的游离酚和/或游离甲醛。2007年2月I日公开的美国专利申请公开号2007/0027283披露了一种粘合剂，包含多种美拉德反应物，这些美拉德反应物包括(i) 一种胺和(ii) 一种碳水化合物，其中该粘合剂是(i)未固化并且(ii)不含甲醛。然而，该粘合剂是用于由未装配的物质或松散装配的物质(例如玻璃或纤维素纤维)来制造多种材料。用于木材颗粒的一种类似粘合剂已披露于国际专利公开号WO 2008089847中。概述一种用于井处理流体的支撑剂包含一种基质的离散颗粒，该基质涂有一种树脂，该树脂包含一种碳水化合物与一种胺和/或一种铵化合物之间的美拉德反应的一种产物。该碳水化合物可以是一本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：R·A·雷迪格尔，
申请(专利权)人：佐治亚太平洋化工品有限公司，
类型：
国别省市：