[发明专利]通过颗粒疏水化制造可运输的含水淤浆的方法

说明书

发明背景

发明领域

本发明涉及含水淤浆组合物以及制造所述组合物的方法。

现有技术的讨论

在包括石油、管线、建筑以及清洁在内的许多工业中通常使用或遇到含水颗粒淤浆。淤浆是通常由颗粒和含水液体组成的混合物，并且在许多工业操作中起必要的作用。例如，在将颗粒在地面上运输、从地表运输至地层或从地层运输至地表时，使用淤浆。最常使用的颗粒包括砂、陶粒、碳酸盐颗粒、玻璃球、铝土矿(氧化铝)、树脂包衣的颗粒以及煤颗粒。颗粒大小通常为约10至约100目(美国筛)，并且所述颗粒的密度显著大于水的密度。例如，砂的密度约为2.6g/cm³，而水的密度为1g/cm³。迄今为止砂是最常用的颗粒。

为了制备相对稳定的淤浆，必须将颗粒于静态和/或动态条件下长时间悬浮在液体介质中。常识告诉我们，液体介质的粘性或粘弹性必须足够高以便能够悬浮颗粒。增加液体介质的粘性或粘弹性的最常用的方法是向液体介质中加入增粘剂，例如天然或合成聚合物或粘弹性表面活性剂。为了利用粘弹性和发泡性质而在使用聚合物时还使用发泡剂是常见的。然而，在淤浆中使用聚合物增加了成本并且导致操作困难。在特殊的操作中，例如在地层水力压裂中，由于在地层中剩余大量的残余物，在淤浆中使用聚合物阻碍油气的产生。至于粘弹性表面活性剂，虽然与常规的聚合物相比其残余物较少，但是其成本通常更高。在许多其它应用中，例如在砾石充填层、完井以及通过管线运输砂的应用中，更加期望不使用增粘剂而使颗粒淤浆稳定。

水力压裂操作广泛应用于石油工业以提高油气的产量。在水力压裂中，通过井筒在足以引起压裂的压力下将压裂液注入地层，这提高了油气的产量。通常，被称为支撑剂的颗粒悬浮在压裂液中并作为淤浆被输送至裂缝处。支撑剂包括砂、陶粒、玻璃球、铝土矿颗粒、树脂包衣的砂以及其它工业中已知的颗粒。其中，砂是迄今为止最为常用的支撑剂。常用的压裂液包括水基的流体和烃基的流体。在水基的压裂液中，通常使用聚合物或粘弹性表面活性剂以增加流体的粘弹性。在大多数情况下，流体的粘弹性性质对于将支撑剂输送至地层深处是重要的。在压裂处理的最后阶段，压裂液回流至表面并且支撑剂留在裂缝中，形成支撑剂填充层以防止裂缝在压力释放后闭合。填充支撑剂的裂缝提供传导性较高的通道，其使得油和/或气更加有效地渗入井筒。支撑剂填充层的传导性在增产中起重要作用。已知来自压裂液的聚合物残余物显著降低了支撑剂填充层的传导性。与聚合增粘剂相比，粘弹性表面活性剂对地层和支撑剂填充层的造成较小的损害。然而，它们更加昂贵得多。因此，亟需将支撑剂以低成本有效运地输至较深地层深处的低成本组合物，同时又对地层和支撑剂填充层造成较少的损害的组合物。在确定传导性时，支撑剂的粒度、浓度和填充方式也是决定传导性的重要因素。虽然最近几年进行了广泛的研究，但是在有限的进展实现了将裂缝中支撑剂填充层的传导性最大化方面仅实现了有限的进展。因此，亟需制备用于具有改善的传导性的支撑剂填充层的组合物制造方法。

压裂处理后的支撑剂回流长期困扰石油工业。回流降低了地层中支撑剂的量，从而导致传导性较低的裂缝。如诸如美国专利第6,047,772号所公开的那样，已经尝试了多种方法解决回流问题。在一方法中，使用树脂包衣支撑剂并使其非常粘。这样，支撑剂颗粒趋于凝聚以减少回流。该方法不仅非常昂贵，而且在支撑剂填充层中引入的粘性树脂趋于降低其传导性。因此，亟需用于制造能够形成稳定的支撑剂填充层的淤浆的组合物和方法，所述支撑剂填充层阻止支撑剂回流而且同时具有高传导性。

当为了开采油气而对地层进行钻孔时，通常使用水基钻井液。在钻井时产生大量颗粒，即所谓的切削。切削具有从细粒至砾石的不同尺寸。钻井液通过井筒循环以便与切削就地形成淤浆并将其运出井筒。在大多数情况下，向钻井液中添加聚合物和粘土以便为了有效输送切削而提高其粘性/粘弹性。然而，聚合物和粘土能够容易地穿透地层中的孔隙或较薄的裂缝并显著降低地层的渗透性，尤其是接近井筒时。降低的地层渗透性阻碍油和/或气的生产。因此，非常期望提供能够与切削就地形成稳定淤浆并将其运出井筒，同时对地层造成极小的损害的钻井液。

油价格的上升及其令人担忧的枯竭速率已经引起人类思考使用煤来作为油的替代物。若干因素减缓了煤对油的替代。一个因素是难以节省成本地长距离通过管线运输煤。因此，非常期望提供用于制造稳定的、高度流动性的并且节省成本地进行运输的煤淤浆的组合物。