[发明专利]热强度增大的聚合物支撑剂及其制备方法

说明书

本发明涉及与使用高分子量化合物材料的油气生产技术相关的热强度增大的聚合物支撑剂及其制备方法，尤其涉及对物理和力学特性具有高要求的聚合物材料支撑剂，所述支撑剂以支撑粒的形式用于水力压裂法的油气生产中。支撑剂由低聚环戊二烯与甲基羧基降冰片烯酯的易位‑自由基交联混合物制成。支撑剂为微球，不少于80重量％的该微球的圆度和球形度为至少0.9，并且该微球的平均尺寸为0.25‑1.1mm并且堆积密度为0.5‑0.7g/cm3。技术效果在于增大了支撑剂材料的热强度，其在不低于100℃的温度下提供至少150MPa的抗压强度。

技术领域

本发明涉及使用高分子量化合物材料的油气生产技术，即涉及对物理和力学性质具有高要求的聚合物材料支撑剂，其以支撑粒形式用于使用地层水力压裂技术的油气生产中。

背景技术

地层水力压裂法(HFF)包括向含有油和气的地层中高压泵注流体从而促进地层中裂缝的产生，油或气将通过所述裂缝流动。为防止裂缝愈合，向被泵注的流体中混入称为支撑剂的硬颗粒(其通常为球形丸/粒)，该硬颗粒将与载体流体一起填充所产生的裂缝。支撑剂应能承受高的地层压力、耐受恶劣环境并在高温下保持物理和力学性质。同时，支撑剂应具有接近于载体流体密度的密度以便以悬浮状态存在于流体中并被递送至最远的裂缝位置。考虑到水是最常用于水力压裂的流体，故支撑剂密度应接近于水的密度。

天然来源的矿物材料(如铝土矿、高岭土和砂)常被用作制备支撑剂的起始材料(美国专利第4068718号和第4668645号)。

已知使用各种材料如硼硅酸盐或煅烧玻璃、黑色(ferrous)金属和有色金属或其合金、金属氧化物、硅的氧化物、氮化物和碳化物来制备具有空心丸形状的支撑剂(美国专利申请第2012/0145390号)。

这些材料的缺点在于由其制备空心丸的技术复杂性高、由于空心结构和材料易碎性故其抗压强度不够、裂缝中支撑剂分解程度高、以及颗粒和其碎片的反向夹带。

制备具有聚合物涂层的支撑剂的技术解决方案以消除这些缺点为目标。这样的覆盖物充当点应力的补偿者，从而在整个支撑剂的表面和体积上更均匀地分配压力并还减小支撑剂的平均密度。广为人知的是使用环氧树脂和酚醛树脂形式的各种有机聚合物型支撑剂涂层和非有机型支撑剂涂层(美国专利申请第2012/0205101号、第2012/247335号)。

这些技术解决方案的缺点在于制备此类支撑剂的复杂性、涂层的耐热性不够、由于矿物支撑剂芯的形状而较低的椭圆度和球形度系数以及物理和力学特性的高度传播。

已知使用广泛的具有交联的热固性聚合物如环氧、乙烯基和酚类化合物、聚氨酯、聚酯、三聚氰胺等作为制备支撑剂的材料(美国专利申请第2013/0045901号)。

已知使用聚酰胺作为制备支撑剂的材料(美国专利第7931087号)。

已知材料的一个缺点在于，这些材料的物理和力学性质不能同时与支撑剂材料适用的所有组合要求相一致。例如，其指对恶劣环境的耐受性不够、耐热性不够和热强度不够、在液态烃介质中的溶胀程度和抗压强度不够。

与所提出的技术方案最接近的技术解决方案是使用聚双环戊二烯作为支撑剂材料(RU专利第2386025号)。

使用聚双环戊二烯的缺点在于耐温性和抗压强度不够以及耐油性不够。

发明公开

本发明的一个目的是获得具有在严酷条件下工作的支撑剂所需性质集合的材料。

通过实施本发明而取得的技术成果在于使支撑剂材料的热强度增强(其在不低于100℃的温度下提供至少150MPa的抗压强度)并且还改善支撑剂的几何结构特性，该改善表现为支撑剂粒子的球形度为不低于0.9和平均尺寸为0.25-1.1mm，并且还表现为其堆积密度为0.5-0.7g/cm3。