[发明专利]具有增强的颗粒间结合的支撑剂

说明书

发明领域

本发明涉及用于生产具有促进颗粒间结合的外涂层的支撑剂的组合物和方法。

发明背景

经涂覆的支撑剂通常用于水力井压裂中，以提高井的生产率。商业化的“标准”涂层通常是酚醛树脂热固性涂层的形式。部分固化的酚醛树脂支撑剂通常用于低温井中(即，具有小于约150°F(66℃)的井底温度的那些)，其通常显示低的裂缝闭合应力(例如，2000-6000psi)。支持其应用的理论是部分固化的酚醛树脂涂层的残留反应性连同表面活性剂活化剂(其像塑化剂一样起作用)以及在大多数井中发现的存在的水将允许涂层软化和流动，从而在“关井”期期间使支撑剂固结并形成颗粒间结合。认为井下条件的地层温度会在支撑的地层中原位完成固化反应。外部活化剂流体被用于软化这些部分固化的涂覆的支撑剂的外表面，以试图促进固结和颗粒间结合。然而，活化剂本身产生与压裂流体和破胶流体的相容性的另外问题，以及对支撑剂填充的压裂地层的持续传导率的不良影响的可能性。

对于高温井，如井底温度在约200°F(93℃)以上的那些，通常使用部分固化的酚醛树脂涂覆的支撑剂(以及活化剂)或预固化的酚醛树脂涂层。在预固化的涂覆的支撑剂的情况下，裂缝/裂纹闭合应力通常在6,000psi以上，用作用于将支撑剂保留在破裂的地层中的主要机理。

然而，在实践中，多种因素可以不利地影响该部分固化的酚醛树脂涂层的性能和有效性。这些中最重要的是，涂层中的部分固化的酚醛树脂由于在引入压裂的地层之前暴露于高温而过早固化。即使是在装货码头上和在船运集装箱中存在的地上高温也足以在期望的涂层固化之前早就实现涂层的固化。当在高温深井中使用部分固化的酚醛树脂涂层时，这尤其是个造成影响的问题。在低温应用中，部分固化的酚醛树脂涂层只不过是用太长的时间来固化以产生粘合强度。如果活化剂与部分固化的涂覆的支撑剂连用，则粘合强度可在合理的时间范围内形成。然而，使用活化剂需要在正确的时间下以受控的方式计量地加入到压裂流体中。这增加了压裂处理的复杂性。即使在适当的浓度和时间下加入该活化剂，也仍然存在压裂流体相容性和前述的降低裂缝传导率的问题。

两项已公布的专利申请讨论了异氰酸酯用于支撑剂涂层的用途。Tanguay等人的2011/0297383提出了由砂上的聚碳二亚胺涂层制成的高温支撑剂涂层的实例。据说该涂层由单体异氰酸酯和聚合异氰酸酯的反应制成。催化剂为磷基催化剂，在实施例1中由3-甲基-l-苯基-2-环磷烯氧化物例示。

Tanguay等人的2012/0018162涉及用于高温应用的聚酰胺酰亚胺支撑剂涂层。实施例描述了使用聚合二苯基甲烷二异氰酸酯、偏苯三甲酸酐、三种不同类型的胺中的一种、作为催化剂的三乙胺、助粘剂和润湿剂。描述的涂层/反应过程持续约10分钟，接着是1-3小时的固化后加热。

最近已发现，可以采用多元醇和异氰酸酯的聚氨酯或聚脲反应产物来将固化的、商业上可接受的涂层施加至支撑剂。这些方法的细节公开于共同未决的申请号为13/099,893(名称为“涂覆和固化的支撑剂”)、13/188,530(名称为“涂覆和固化的支撑剂”)、13/626,055(名称为“涂覆和固化的支撑剂”)、13/224,726(名称为“双功能支撑剂”)、13/355,969(名称为“聚合物涂覆的支撑剂的制备”)以及13/837,396(名称为“具有聚脲型涂层的支撑剂”)的美国专利申请，将其公开内容引入本文作为参考。使用这样的涂层的可商购支撑剂可以商品名PEARL和GARNET从PreferredSands,Inc.获得。出于许多理由，这样的基于聚氨酯和聚脲的支撑剂涂层在经济和环境方面都是期望的。重要的是，出于处理、运输和引入压裂的油田内的目的，每种均像完全固化的涂层一样起作用，而且呈现出在井下温度和压力下形成颗粒间结合的固有能力，用于提高传导率和支撑剂返排控制。

尽管在新近的支撑剂涂层中已经看到了由颗粒间结合带来的益处，但在行业内仍存在对这样的支撑剂涂层的不断需要，即该支撑剂涂层将在很多种预期的井下温度和压力条件下可控地形成颗粒间结合强度，而不会因过早地暴露于升高的温度或高温而对形成这样的颗粒间结合强度造成损害。

发明概述