[发明专利]支撑剂

说明书

本发明公开了一种支撑剂，其包括基于支撑剂的总重量计以90至99.5重量％的量存在的粒子和位于粒子周围并以0.5至10重量％的量存在的聚合物涂层。所述聚合物涂层由包含异氰酸酯、丙烯酸酯或盐、和多元醇的可固化组合物形成。一种形成支撑剂的方法包括合并异氰酸酯、丙烯酸酯或盐、和多元醇以形成可固化组合物、用所述可固化组合物涂布粒子和固化所述可固化组合物以形成聚合物涂层的步骤。

技术领域

本公开内容一般地涉及支撑剂和形成支撑剂的方法。本公开内容更具体涉及包括粒子和位于所述粒子上的聚合物涂层并在地层的水力压裂过程中使用的支撑剂。

背景技术

美国的国内能源需求目前超过易得的能源资源，这导致越来越依赖外国石油燃料，如油和天然气。同时，部分由于油气获取方法低效和原材料，如未精炼的石油燃料的质量变差，现有的美国能源资源明显未充分利用。

石油燃料通常经井筒取自地下储层。石油燃料目前经地层，如具有不同程度的孔隙率和渗透性的岩体的水力压裂取自低渗透性储藏。水力压裂通过制造发源自地下储层或井筒的裂缝来增产并为石油燃料提供增加的流道。在水力压裂过程中，将专门设计的载液在高压高速下泵入地下储层以在地层中制造裂缝。将支撑性试剂，即支撑剂，与载液混合以使裂缝在水力压裂完成时保持开放。支撑剂通常包括粒子和位于所述粒子上的涂层。支撑剂在一旦移除高压后原位留在裂缝中，由此撑开裂缝以增强石油燃料流入井筒中。因此，支撑剂通过制造可供石油燃料流经的高渗透性的受支撑通道而提高石油燃料的获取量。

但是，许多现有支撑剂的热稳定性不足以用于高温和高压用途，例如具有高于21.1℃(70℉)的温度和高于51.7MPa(7,500psi)的压力，即闭合应力的井筒和地下储层。作为高温用途的一个实例，全世界某些井筒和地下储层具有大约190.6℃(375℉)至282.2℃(540℉)的温度。作为高压用途的一个实例，全世界某些井筒和地下储层具有超过82.7MPa(12,000psi)或甚至96.5MPa(14,000psi)的闭合应力。因此，许多含涂层的现有支撑剂具有如环氧或酚醛涂层之类的涂层，其暴露在这样的高温高压下时以不受控的方式熔融、降解和/或从粒子上滑脱。另外，许多现有支撑剂不包括活性剂，如微生物和催化剂，以改进从地下储层中回收的石油燃料的质量。

此外，许多现有支撑剂包括抗压碎性不足的涂层。也就是说，许多现有支撑剂包括有缺陷，如间隙或压痕(这造成该涂层过早破裂和/或失效)的不均匀涂层。由于该涂层通常为支撑剂提供缓冲作用并使高压均匀分布在支撑剂周围，该涂层的过早破裂和/或失效有损支撑剂的抗压碎性。压碎的支撑剂无法有效撑开裂缝并常在未精炼的石油燃料中带来尘粒形式的杂质。

此外，许多现有支撑剂还表现出不可预测的固结模式并受困于在井筒中不足的渗透性，即支撑剂允许石油燃料流过的程度。也就是说，许多现有支撑剂具有较低的渗透性并阻碍石油燃料流动。此外，许多现有支撑剂固结成聚集的、近固体、不可渗透的支撑剂充填层并阻碍从地下储层充分流出和获取石油燃料。

许多现有支撑剂也与具有在80℃下小于大约3,000cps的粘度的低粘度载液不相容。通常在比高粘度载液高的压力下将低粘度载液泵入井筒以确保地层的适当压裂。因此，当暴露在高压下或与低粘度载液化学反应并降解时，许多现有涂层在机械上失效，即从粒子上滑脱。

最后，许多现有支撑剂通过不经济的涂布法涂布，因此导致提高生产成本。也就是说，许多现有支撑剂需要多层涂层，这造成耗时昂贵的涂布过程。

由于现有支撑剂的不足，仍有机会提供改进的支撑剂。

发明内容

公开内容概述和优点

本公开内容提供一种用于水力压裂地层的支撑剂。基于支撑剂的总重量计，所述支撑剂包括以90至99.5重量％的量存在的粒子和位于粒子周围并以0.5至10重量％的量存在的聚合物涂层。所述聚合物涂层由包含异氰酸酯、丙烯酸酯或盐和多元醇的可固化组合物形成。