[发明专利]具有预成型异氰脲酸酯的支撑剂涂层

说明书

技术领域

实施例涉及用于包括预成型脂肪族或环脂族类异氰脲酸酯三异氰酸酯的支撑剂的涂层、在其上具有涂层的支撑剂、制备涂层的方法，和用涂层涂布支撑剂的方法。

背景技术

一般来说，井压裂为在高压力下将压裂流体注入到地下石头、钻孔等中的过程，以便迫使打开现有裂缝并且从其提取油或气体。支撑剂为用于井压裂的呈颗粒形式的固体材料。支撑剂应足够强保持支撑的压裂在深烃地层中打开，例如在(诱导的)水力压裂处理期间或在其之后。因此，支撑剂(proppants)在井压裂期间充当“支撑剂(propping agent)”。支撑剂可在压裂流体内引入到地下石头、钻孔等中。高水平的涂层硬度和抗压碎性两者为用于较深层的支撑剂寻求的，由于在使用条件中(例如包括工艺条件和环境条件)的较高压力和温度。

发明内容

实施例可通过提供经涂布的支撑剂实现，所述经涂布的支撑剂包括固体芯支撑剂粒子、第一树脂涂层和在第一树脂涂层上的第二涂层。第二涂层包括一种或多种固化剂和衍生自脂肪族二异氰酸酯、环脂族二异氰酸酯，或脂肪族和环脂族二异氰酸酯的组合的一种或多种预成型脂肪族或环脂族类异氰脲酸酯三异氰酸酯的反应产物。实施例还可通过提供制备这类经涂布的支撑剂的方法实现。

附图说明

本领域的普通技术人员参照附图，根据示例性实施例的详细描述将更清楚实施例的特征，其中：

图1示出用于工作实例1的经涂布支撑剂的动态机械热分析(DMTA)数据曲线；

图2示出用于未涂布支撑剂(即，砂)的对照实例的DMTA数据曲线；

图3示出用于比较实例A的经涂布支撑剂的DMTA数据曲线；

图4示出用于比较实例B的经涂布支撑剂的DMTA数据曲线；

图5示出用于工作实例1和比较实例B的FT-红外光谱数据曲线，其证实与用于工作实例1的芳香族三聚体和比较实例B的芳香族三聚体的存在相比提高存在的脂肪族三聚体；和

图6示出用于工作实例1的涂层的SEM图像。

具体实施方式

聚氨基甲酸酯类涂层已经用作树脂涂层，例如基于聚氨基甲酸酯化学性质已经建议用于在支撑剂(如砂和陶瓷)上形成涂层。如本文所用，术语聚氨基甲酸酯涵盖多元醇(例如聚醚多元醇和/或聚酯多元醇)与在所有可能异氰酸酯指数(例如50到1000)的范围内的异氰酸酯的反应产物。聚氨基甲酸酯在树脂涂布的支撑剂应用中提供多种优点，例如，如易于加工、基础稳定，和/或实现用于形成涂层的短循环时间的快速固化速率。另外，聚氨基甲酸酯组分可相对于酚-甲醛树脂较少有害。

可调配呈涂层形式的聚氨基甲酸酯聚合物以甚至当曝露于高温，例如到至少70℃的温度时维持其特性。然而，存在另外通过设计在高达至少175℃的温度(这可通常在深地层的水力压裂期间遇到)下保持高储能模量提高用于支撑剂的涂层的性能的机会，尤其在较高温度(如高于120℃)和高压(如超过6000psig)的井下应用中。涂层的玻璃化转变温度可大于至少140℃，例如可不获得在低于160℃、低于200℃、低于220℃、低于240℃和/或低于250℃的温度下的玻璃化转变温度。全部涂层可包括两个或更多个分别形成的层。举例来说，涂层可基本上由直接在彼此上的两个分别形成的层组成。

在实施例中，涂层包括衍生自脂肪族二异氰酸酯、环脂族二异氰酸酯或脂肪族和环脂族二异氰酸酯的组合的一种或多种脂肪族或环脂族类异氰脲酸酯三异氰酸酯(在本文中也被称作预成型异氰脲酸酯三异氰酸酯)。预成型异氰脲酸酯三异氰酸酯在本文中还可被称作异氰酸酯三聚体和/或异氰脲酸酯三聚体。通过预成型意指在制备在其内包括异氰脲酸酯三异氰酸酯的涂层之前制备异氰脲酸酯三异氰酸酯。因此，异氰脲酸酯三异氰酸酯不在形成涂层期间经由原位三聚制备。具体来说，制备多异氰酸酯三聚体的一种方式为通过在形成聚氨基甲酸酯聚合物的过程期间在存在合适的三聚催化剂的情况下实现异氰酸酯基的原位三聚。举例来说，原位三聚可如下文关于示意图(a)所示进行，其中二异氰酸酯在存在氨基甲酸酯催化剂和三聚(即促进由异氰酸酯官能团形成异氰脲酸酯部分)催化剂两者的情况下与二醇(仅借助于实例)反应。所得聚合物包括聚氨基甲酸酯聚合物和聚异氰脲酸酯聚合物两者，如在下示意图(a)中所示。

示意图(a)和(b)