具有改进强度的支撑剂制造技术

水泥例如碱活化的铝硅酸盐可以用作支撑剂(例如棕砂和白砂)上的涂层从而改进其强度。所得经涂布支撑剂在10,000psi的闭合应力下显示出增加的强度以及产生的低于约10重量％的细颗粒。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及在用于地层的水力压裂处理中使用的支撑剂，更具体地涉及用于制备支撑剂的方法和因此制备的支撑剂，其中支撑剂具有赋予改进强度的涂层。
技术介绍
水力压裂是用于增强来自地下地层的烃流体的产出的常见的增产技术。在通常的水力压裂处理中，在足以造成地层断裂或者造成储层中的天然裂缝扩大的足够高的压力下在地层中注入包含固体支撑剂材料的压裂处理流体。包含支撑剂或支撑试剂的压裂流体通常具有通过胶凝剂(例如聚合物)增加的粘度，所述凝胶剂可以是未交联或经交联的和/或粘弹性的表面活性剂。在通常的压裂处理的过程中，支撑试剂或支撑剂材料沉积在裂缝中，它们在处理完成之后保留在裂缝中。沉积之后，支撑剂材料用于保持裂缝打开，因此增强流体通过裂缝从地层迁移至井眼的能力。由于压裂井的产出力取决于裂缝从地层至井眼导流流体的能力，因此裂缝导流能力为确定水力压裂处理的成功度的重要参数，并且支撑剂的选择对于增产的成功是决定性的。与水力压裂处理相关的一个问题是储层“细颗粒”的产生和裂缝导流能力的相应降低。当支撑剂材料经受地层裂缝内的储层闭合应力时可能产生这些细颗粒，所述储层闭合应力造成支撑剂材料以一定方式压缩在一起从而由支撑剂材料和/或储层基质产生小颗粒(“细颗粒”)。在一些情况下，在产出/修井操作的过程中当关井然后开井时，细颗粒的产生可能恶化。该现象被称为“应力循环”并且据信源于在关井周期之后的流体产出过程中出现的增加的压差和闭合应力。由于颗粒产生的问题，并且由于储层基质中孔喉的堵塞造成的储层渗透性的降低，细颗粒的产生是不希望的。伴随地下地层流体的固体颗粒的产生也是通常的问题。这些固体颗粒的来源可能是来自地层的非固结材料，来自压裂处理的支撑剂和/或由压碎的裂缝支撑剂产生的细颗粒，如上所述。固体支撑剂材料的产生通常被称为“支撑剂流回”。除了造成井下和表面产出设备的增加的磨损之外，产出流体中颗粒材料的存在还可能造成与从井眼和/或产出设备中除去这些材料相关的显著开支和产出停工期。这些材料在井眼中的积累还可能限制或甚至防止流体产出。此外，由于支撑剂流回造成的支撑剂损失还可能降低裂缝填充物的导流能力。应理解如果可以改进支撑剂强度，解决至少两个问题。首先，具有改进强度的支撑剂可以更好地保持裂缝打开从而促进烃流体的产出。其次，更强的支撑剂不会碎裂和恶化细颗粒的产生。因此，非常希望专利技术制备更强支撑剂的方法。
技术实现思路
在一个非限制性形式中，提供经涂布支撑剂，所述支撑剂包括多个支撑剂芯部，所述支撑剂芯部选自白砂、棕砂、陶瓷珠、玻璃珠、铝土矿颗粒、经烧结铝土矿、上浆碳酸钙、胡桃壳碎片、铝粒料、尼龙粒料、坚果壳、砂砾、树脂颗粒、氧化铝、矿物、聚合物颗粒及其组合；和至少部分覆盖支撑剂芯部的涂层，其中所述涂层选自铝硅酸盐、磷酸镁、磷酸铝、磷酸锆铝、磷酸锆、膦酸锆、聚合物水泥、高性能聚合物涂层例如聚酰胺酰亚胺和聚醚醚酮(PEEK)及其组合。此外在一个非限制性实施方案中，提供制备增强支撑剂的方法，包括在水中一起混合碱金属氢氧化物和铝硅酸盐粘合剂从而形成水溶液，用水溶液涂布多个支撑剂芯部，和加热经溶液涂布的支撑剂芯部从而使铝硅酸盐聚合。此外在一个非限制性实施方案中，提供通过包括如下的方法制备的经涂布支撑剂：一起混合碱金属氢氧化物和铝硅酸盐粘合剂从而形成水溶液，用水溶液涂布多个支撑剂芯部，和加热经溶液涂布的支撑剂芯部从而使铝硅酸盐聚合。此外在一个不同的非限制性版本中，提供用于控制来自地下地层的细颗粒产生的方法，所述方法包括在地层中设置至少一个井眼，和通过井眼通过产生至少一个裂缝的压裂流体水力压裂地层。所述方法进一步包括在裂缝中设置经涂布支撑剂，其中经涂布支撑剂包括多个支撑剂芯部，所述支撑剂芯部选自白砂、棕砂、陶瓷珠、玻璃珠、铝土矿颗粒、经烧结铝土矿、上浆碳酸钙、胡桃壳碎片、铝粒料、尼龙粒料、坚果壳、砂砾、树脂颗粒、氧化铝、矿物、聚合物颗粒及其组合；和至少部分覆盖支撑剂芯部的涂层，所述涂层选自铝硅酸盐、磷酸镁、磷酸铝、磷酸锆铝、磷酸锆、膦酸锆、磷酸镁钾、碳化物材料例如碳化钨、聚合物水泥、高性能聚合物涂层例如聚酰胺酰亚胺和聚醚醚酮(PEEK)及其组合，其中所述涂层为支撑剂芯部的约2重量％至约30重量％。所述方法还包括从至少一个裂缝中除去压裂流体，其中裂缝的闭合应力为约5000(34MPa)至约12,000psi(83MPa)。最后，所述方法包括从地层产出流体，其中在应力下获得的细颗粒少于约10重量％。附图说明如下描述不应以任何方式视为限制性的。图1为本文描述的经涂布支撑剂的示意性横截面图；图2A为具有5重量％的碱活化的铝硅酸盐涂层的白砂支撑剂的显微照片；图2B为用于形成图2A中所示的经涂布支撑剂的白砂支撑剂的显微照片；图3A-3D为图2的经涂布白砂支撑剂在50倍放大倍数下的扫描电子显微镜(SEM)图像；图4A-4D为图2的经涂布白砂支撑剂在80倍放大倍数下的扫描电子显微镜(SEM)图像；图5A为具有8重量％的碱活化的铝硅酸盐涂层的棕砂支撑剂的显微照片；图5B为用于形成图5A中的经涂布支撑剂的棕砂支撑剂的显微照片；图6为具有15重量％的碱活化的铝硅酸盐涂层的棕砂支撑剂的显微照片；和图7的图线显示相比于一些常规支撑剂作为经地质聚合物涂布的砂的闭合应力的函数的产生的细颗粒的重量％。应理解图1为示意图，并且不必按比例绘制，并且出于清楚起见可能夸大一些比例和特征。例如，图1中显示的支撑剂显示为精确球形的，而图2A-6的显微照片显示了支撑剂实际上仅为大致球形。具体实施方式已经发现碱活化的铝硅酸盐和其它材料可以用作涂层从而改进支撑剂的强度，所述支撑剂包括但不必限于棕砂和白砂。所得的经涂布支撑剂材料显示出白砂和棕砂两者的强度的显著改进。在两种情况下，在10,000psi(69MPa)闭合应力下使用API标准获得的细颗粒流回低于约10重量％。更特别地，描述了涂布支撑剂砂的方法和组合物，从而显著增加其强度，因此将其使用延伸至至少约5000(34MPa)，替代性地至少约10,000(69MPa)，和在其它非限制性实施方案中至少约12,000psi(83MPa)的地层闭合应力。“承受”该范围内的闭合应力意指经涂布支撑剂在这些闭合应力下不会压碎或碎裂。经涂布支撑本文档来自技高网...

【技术保护点】
经涂布支撑剂，包括：多个支撑剂芯部，所述芯部选自白砂、棕砂、陶瓷珠、玻璃珠、铝土矿颗粒、经烧结铝土矿、上浆碳酸钙、胡桃壳碎片、铝粒料、尼龙粒料、坚果壳、砂砾、树脂颗粒、氧化铝、矿物、聚合物颗粒及其组合；和至少部分覆盖支撑剂芯部的涂层，其中涂层选自铝硅酸盐、磷酸镁、磷酸铝、磷酸锆铝、磷酸锆、膦酸锆、磷酸镁钾、碳化物材料、碳化钨、聚合物水泥、高性能聚合物涂层、聚酰胺酰亚胺、聚醚醚酮(PEEK)及其组合。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.10.30 US 14/066,8931.经涂布支撑剂，包括：
多个支撑剂芯部，所述芯部选自白砂、棕砂、陶瓷珠、玻璃珠、
铝土矿颗粒、经烧结铝土矿、上浆碳酸钙、胡桃壳碎片、铝粒料、尼
龙粒料、坚果壳、砂砾、树脂颗粒、氧化铝、矿物、聚合物颗粒及其
组合；和
至少部分覆盖支撑剂芯部的涂层，其中涂层选自铝硅酸盐、磷酸
镁、磷酸铝、磷酸锆铝、磷酸锆、膦酸锆、磷酸镁钾、碳化物材料、
碳化钨、聚合物水泥、高性能聚合物涂层、聚酰胺酰亚胺、聚醚醚酮
(PEEK)及其组合。
2.根据权利要求1所述的经涂布支撑剂，其中所述涂层为支撑剂
芯部的2重量％至30重量％。
3.根据权利要求1或2所述的经涂布支撑剂，其中经涂布支撑剂
具有在2.3和2.63g/cm3之间的表观密度。
4.根据权利要求1所述的经涂布支撑剂，其中经涂布支撑剂可以
承受至多12,000psi的闭合应力。
5.根据权利要求1或2所述的经涂布支撑剂，其通过包括如下的
方法制备：在水中一起混合碱金属氢氧化物和铝硅酸盐粘合剂从而形
成水溶液；
用水溶液至少部分涂布多个支撑剂芯部；和
加热经水溶液涂布的支撑剂芯部从而使铝硅酸盐聚合。
6.根据权利要求5所述的经涂布支撑剂，其中水溶液具有1至30
的SiO2/Al2O3摩尔比例。
7.根据权利要求5所述的经涂布支撑剂，其中水溶液中的硅酸盐
与碱金属氢氧化物或碱金属氧化物的比例为0.1:1至6:1。
8.根据权利要求5所述的经涂布支撑剂，其中水溶液进一步包含
填料，所述填料选自硅砂，Kevlar纤维，飞灰，淤泥，炉渣，废纸，
稻壳，锯屑，火山骨料，膨胀珍珠岩，浮石，矿渣，黑曜石，矿物，
硅藻土，云母，硼硅酸盐，粘土，金属氧化物，金属氟化物，植物和
动物残骸，海贝壳，珊瑚，大麻纤维，制得的填料，二氧化硅，矿物
纤维，矿物垫，短切玻璃纤维，纺织玻璃纤维，金属棉，屑，刨花，
钙硅石，纳米粘土，碳纳米管，碳纤维和纳米纤维，氧化石墨烯，石
墨及其组合。
9.根据权利要求5所述的经涂布支撑剂，其中在所述方法中在用
水溶液涂布之前加热支撑剂芯部。
10.根据权利要求9所述的经涂布支撑剂，其中在20至300℃之
间进行加热。
11.制备增强支撑剂的方法，包括：
在水中一起混合碱金属氢氧化物或碱金属氧化物和铝硅酸盐粘合
剂从而形成水溶液；
用水溶液至少部分涂布多个支撑剂芯部；和
加热经水溶液涂布的支撑剂芯部从而使铝硅酸盐聚合。
12.根据权利要求11所述的方法，其中水溶液具有1至30的
SiO2/Al2O3摩尔比例。
13.根据权利要求11所述的方法...

【专利技术属性】
技术研发人员：N·贝斯塔奥伊斯普尔，渠祁，C·J·斯蒂文森，
申请(专利权)人：贝克休斯公司，
类型：发明
国别省市：美国;US