[发明专利]具有复合材料涂层的支撑剂

说明书

相关申请的交叉引用

本申请是于2012年9月25日提交的第13/626,055号共同未决的申请 的部分继续申请；第13/626,055号共同未决申请是于2011年7月22日提 交的第13/188,530号申请的部分继续申请；第13/188,530号申请是于2011 年5月3日提交的第13/099,893申请的部分继续申请。本申请还是2011 年9月2日提交的第13/224,726号共同未决申请的部分继续申请。这些申 请中的每个的公开内容在此通过引用并入本文。

发明领域

本发明涉及用于生产具有在中高压井下压裂地层条件下呈现增强的 导流能力的涂层的支撑剂的组合物和方法。

发明背景

涂覆的支撑剂通常用于水力井压裂，以提高井的生产率。商业上“标 准”的涂层通常是酚醛树脂热固性涂层的形式的。对于高温井，如井底温度 在约200°F(93℃)以上的那些，预固化的酚醛树脂涂层由于它们的高载荷 性能而通常被使用。高裂纹闭合应力通常在6,000psi以上并且往往在10,000 psi以上，因此支撑剂必须抵抗这样的力以保持裂缝裂纹打开并且维持裂缝 导流能力。

然而，在实践中，多种因素可能会不利地影响酚醛树脂支撑剂涂层的性 能。这些中最重要的是，涂层中的部分固化的酚醛树脂由于在压裂的地层已 关闭至其迫使颗粒与颗粒接触的程度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 前就实现涂层的固化。

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”)的美国专利申请中，将其公开内容通过引用并入本文。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理 想的。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，用于提高导流能力以及在井投产后使支撑剂的返排最小 化。使用这样的涂层的可商购支撑剂可以从PA的Radnor的PreferredSands, Inc.获得，商品名为PEARL和GARNET。

还参见Tanguay等人的关于由砂上的聚碳二亚胺涂层制成的高温支撑剂 涂层的2011/0297383以及Tanguay等人的涉及用于高温应用的聚酰胺酰亚胺 支撑剂涂层的2012/0018162。

尽管在聚氨酯和聚脲支撑剂涂层中看到了颗粒间结合的潜在益处，但行 业中仍存在对呈现更高的压碎强度和对10,000psi或更高的裂纹闭合应力的 抗性的支撑剂涂层的持续需求。支撑剂涂层在存在于高温/高压井中的非常高 的裂纹闭合应力下的变形可足以改变孔道并降低压裂地层的导流能力。

甚至还更期望的是，如果在不使用健形成或聚合物软化剂，或不将健形 成或聚合物软化剂引入压裂的地层的情况下，适用于高温/高压地层的支撑剂 也会呈现一定水平的颗粒间结合强度。这样的颗粒间结合将提供将涂覆的支 撑剂保留在压裂的地层中的进一步效果，而不管可以逐出支撑剂微粒并将它 们从地层中冲走的流体和气体的流出。

其他人已经考虑向支撑剂芯上的涂层中加入各种材料以解决一个或多 个问题。例如，第US4,493,875号美国专利涉及一种复合材料支撑剂，该复 合材料支撑剂具有砂芯以及在“粘合剂”中的中空玻璃微球，所述粘合剂将 微球粘合至该芯。甲阶酚醛树脂/甲醛树脂在这些例子中被用作支撑剂的砂芯 上的涂层。

第US5,422,183和US5,597,784号美国专利教导了一种支撑剂，该支撑 剂具有基本上固化的内部树脂涂层、外部树脂涂层以及散布在内部涂层/外部 涂层边界处的补强剂，该支撑剂用于在地下地层中裂缝的支撑。该支撑剂的 芯据说是玻璃微珠；各种有机材料如胡桃壳、美洲山核桃壳和合成聚合物； 或金属微粒如钢或铝小球。