[发明专利]用于减少粉尘的支撑剂砂涂层

说明书

发明领域

本发明大体上涉及油气钻探，更特别涉及具有含树脂分散体以减少粉尘的支撑剂砂涂层。

发明背景

水力压裂（或破碎）砂的涂层并不新鲜。在石油和天然气行业每年使用数百万吨的砂或支撑剂来刺激油井并由此改善生产率。此类砂可以被涂覆以便在井下环境中使用时提供专门的功能。砂“撑开”井中的裂缝，以使流体和气体可以更有效地逸出。典型的砂涂层被热或化学活化，以使砂“粘附”至其自身，形成具有开放通道的离散的“填充”或海绵状地层（formation）以便于流体与气体逸出。一旦油井耗尽，该填充砂可以被“打碎”或溶解，以使砂可从油井流出并被回收。但是，未涂覆的砂占了该行业中所用压裂砂的最大百分比。

未涂覆的砂在处理操作过程中会压裂，产生非常细的粒子或粉尘。这种粉尘主要由结晶二氧化硅组成，所述结晶二氧化硅是一种已知的致癌物质。来自采矿、运输和处理的砂处理可以产生大量含有结晶二氧化硅的粉尘，该粉尘在低吸入水平下是有毒的。降低处理水力压裂砂中涉及的人的风险是尽责和持久的目标。

在本领域中大量参考文献涉及用多种材料涂覆水力压裂砂，如使用热塑性涂层。

授予McDaniel等人的美国专利6,582,819提供了用于地层的由粘合剂和填料材料制成的低密度复合粒子。该填料包含低密度填料和任选的其它填料。该粘合剂包含聚合物和任选的水泥。该粘合剂据称是环氧树脂、聚氨酯树脂、可以用酯固化的碱改性可溶酚醛树脂（phenolic resole）、三聚氰胺树脂、脲醛树脂、脲-酚-醛树脂、呋喃类、合成橡胶、聚酯树脂中的至少一种，并进一步包含交联剂和常规添加剂。该粒子据称可用作支撑剂以撑开地层裂缝。该粒子还据称可用于地层中的砾石充填、水过滤和运动场的人造草皮。还公开了制造该复合粒子的方法。

McDaniel等人在美国专利6,632,527中公开了用于地层的由粘合剂和填料材料制成的复合粒子。该填料是细碎的矿物和任选的纤维。该粘合剂据称是无机粘合剂、环氧树脂、酚醛清漆（novolak）树脂、可溶酚醛树脂、聚氨酯树脂、可以用酯固化的碱改性可溶酚醛树脂、三聚氰胺树脂、脲醛树脂、脲-酚-醛树脂、呋喃类、合成橡胶、聚酯树脂中的至少一种，并进一步包含交联剂和常规添加剂。该粒子是据称可用于撑开地层裂缝的支撑剂。该粒子还可用于水过滤和运动场的人造草皮。还公开了制造该复合粒子的方法。

授予Anderson等人的美国专利7,153,575教导了涂覆的颗粒物质，其中粒子分别涂覆有第一组一个或多个可固化树脂的层，例如在支撑剂如砂上的酚/呋喃树脂的组合或呋喃树脂或酚-呋喃-甲醛三元共聚物，第一组的层涂覆有第二组一个或多个可固化树脂的层，例如具有固化剂的酚醛清漆树脂。还公开了制造并使用这种涂覆产品作为支撑剂、砾石充填和用于防砂的方法。

McCrary等人在美国专利7,624,802中教导了自由流动的涂覆粒子和制造其的低温方法。各粒子具有设置在基底上的可固化涂层。该基底是包含无机材料的颗粒基底、包含有机材料的颗粒基底、包含至少部分固化的粘合剂与填料粒子的第一部分的基本均匀成型的复合粒子、或具有作为核的无机粒子和包含至少部分固化的树脂与填料的复合涂层的杂化粒子。该可固化涂层包含含有可溶酚醛树脂的连续相和嵌入或粘附至该连续相的反应性粉末粒子。该反应性粉末粒子通常包含可溶酚醛树脂、酚醛清漆树脂、聚酯、丙烯酸类和/或聚氨酯。方法包括施加包含连续相和嵌入或粘附至该连续相的反应性或非反应性粉末粒子的涂层，所述连续相包含可溶酚醛树脂。

授予Rediger等人的美国专利8,133,587公开了热塑性塑料涂覆的支撑剂和制备该热塑性塑料涂覆的支撑剂的方法。还公开了在地下井地层中使用这些支撑剂的方法和水力压裂操作。该热塑性塑料选自聚乙烯、聚丙烯、乙烯-乙酸乙烯酯、乙酸-丙烯酸乙酯、苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯、聚苯乙烯、聚氨酯、丙烯酸类聚合物、聚氯乙烯、氟塑料、松香（例如妥尔油松香、木松香和脂松香）、改性松香（例如歧化松香、氢化松香、聚合或低聚松香、Diels-Alder松香加合物）、松香酯（例如氢化松香酯、聚合松香酯、酚改性松香酯、二元酸改性松香酯；该松香酯可以衍生自妥尔油松香、木松香和/或脂松香）、多硫化物、苯乙烯-丙烯腈、尼龙、酚醛清漆树脂或其组合。