[发明专利]支撑剂

说明书

发明领域

本发明通常涉及一种支撑剂(proppant)及形成该支撑剂的方法。更具体的，本发明涉及包含颗粒和置于所述颗粒上的涂料的支撑剂，其在地层的水力劈裂过程中使用。

背景技术

美国国内的能源需求目前超过了可获得的能源，其被迫增加对国外石油燃料如油和气的依赖。同时，现存美国能源严重的未充分利用，部分是归因于效率低的油和气开采方法和原料如未精致石油燃料的质量下降。

石油燃料通常经由钻井孔从地下储油层中开采。石油燃料目前通过水力劈裂地层如具有不同程度孔隙率和渗透率的岩石块而从低渗透性储油层中开采。水力劈裂通过产生从地下储油层或钻井孔发散的裂面而提高产量，并为石油燃料提供增加的流动通道。在水力劈裂过程中，特殊设计的载液以高压和高速泵入地下储油层中以引起地层劈裂。将支撑试剂(即支撑剂)与载液混合以当水力劈裂完成时保持裂面打开。支撑剂通常包含颗粒和置于颗粒上的涂料。一旦除去高压，支撑剂保留在裂面位置，从而撑开裂面以增加石油燃料流入钻井孔中。因此，支撑剂通过产生石油燃料可流过的高渗透性、支撑通道而增加石油燃料的开采。

然而，许多现存支撑剂在高温和高压应用如温度高于70°F和压力，即闭合应力高于7,500psi的钻井孔和地下储油层中显示出不足的热稳定性。作为高温应用的实例，全世界的某些钻井孔和地下储油层具有约375°F和540°F的温度。作为高压应用的实例，全世界的某些钻井孔和地下储油层具有超过12,000psi或甚至14,000psi的闭合应力。因此，包含涂层如环氧或酚类涂层的许多现存支撑剂当暴露于这种高温和高压时以不可控方式熔融、降解和/或切断颗粒。而且，许多现存支撑剂不包含改进从地下储油层中回收的石油燃料的质量的活性剂如微生物和催化剂。

另外，许多现存支撑剂包含具有不足抗碾性的涂层。即，许多现存支撑剂包含含有缺陷如裂口或凹陷的非均匀涂层，该缺陷导致涂层早期断裂和/或破裂。因为涂层通常为支撑剂提供缓冲作用和在支撑剂周围均匀分配高压，涂层早期断裂和/或破裂会破坏支撑剂的抗碾性。压碎的支撑剂不能有效撑开裂面且通常导致未精致石油燃料中粉尘颗粒形式的杂质。

此外，许多现存支撑剂还显示出不可预期的固结形式且在钻井孔中渗透性(即支撑剂允许石油燃料流动的程度)不足。即，许多现存支撑剂具有较低渗透性并妨碍石油燃料流动。此外，许多现存支撑剂固结成聚集的、近固体的不可渗透性支撑剂包且妨碍石油燃料从地下储油层中充分流动和开采。

而且，许多现存支撑剂与在80°C下粘度低于约3,000cps的低粘度载液不相容。低粘度载液通常在高于高粘度载液的压力下泵入钻井孔中以确保地层的适当劈裂。结果，许多现存涂层当暴露于高压时在机械上不合格，即切断颗粒，或与低粘度载液化学反应和降解。

最后，许多现存支撑剂经由不经济的涂覆方法涂覆且因此导致增加的生产成本。即，许多现存支撑剂要求多层涂层，其导致费时且昂贵的涂覆方法。

由于现存支撑剂的不相适应，仍然有机会提供改进的支撑剂。

发明概述和有益效果

本发明提供用于水力劈裂地层的支撑剂。本发明还提供形成包含颗粒和置于所述颗粒上的聚酰胺-酰亚胺涂料的支撑剂的方法。所述方法包括提供颗粒、提供聚酰胺-酰亚胺涂料和用聚酰胺-酰亚胺涂料涂覆所述颗粒的步骤。还提供水力劈裂地层的方法。

本发明支撑剂有利地改进了现存支撑剂的性能。支撑剂的性能归因于聚酰胺-酰亚胺涂层。另外，本发明支撑剂需要很少资源地有效形成。

发明详述

本发明包括支撑剂，形成或制备支撑剂的方法，水力劈裂地层的方法和过滤流体的方法。支撑剂通常与载液结合使用，用于水力劈裂限定地下储油层(例如钻井孔或储油层本身)的地层。这里，在水力劈裂之后，支撑剂撑开地层中的裂面。在一个实施方案中，支撑剂还可以用于在裂面中过滤未精制的石油燃料如原油以改进精炼厂的原料质量。然而，应理解本发明支撑剂还可以具有水力劈裂和原油过滤之外的应用，包括但不限于水过滤和人工草皮(artificial turf)。