[发明专利]纳米颗粒增强型树脂包覆的压裂砂组合物

说明书

本发明提供了一种纳米颗粒‑树脂包覆的压裂砂组合物。纳米颗粒‑树脂包覆的压裂砂组合物包含硅砂、环氧树脂、甲醇、固化剂和纳米颗粒。纳米颗粒可为二氧化硅纳米颗粒、氧化铝纳米颗粒、氧化锌(ZnO)纳米颗粒或氧化钛(TiO₂)纳米颗粒。甲醇用作环氧树脂的稀释剂。纳米颗粒‑树脂包覆的压裂砂组合物可在水力压裂作业中用作支撑剂，如通过将具有该组合物的水力压裂液注入地下地层中。本发明还提供了制造该组合物的方法以及地下地层的水力压裂的方法。

技术领域

本公开主要涉及油气井的水力压裂。更具体而言，本公开的实施方案涉及水力压裂中所用的支撑剂。

背景技术

水力压裂(也被称为“水致压裂”)用于通过使用材料来破坏(“压裂”)地层并释放诸如油和气之类的烃类，从而促进含烃地层中的生产。钻井后，可将诸如水或化学品之类的压裂液注入井中以达到足以使地层破裂的压力。压裂液可包含支撑剂，如砂(被称为“压裂砂”)或陶瓷珠，以使地层中产生的裂缝保持张开。压裂砂等支撑剂已用于水力压裂数十年。然而，由于压裂砂的易碎特性，现有的压裂砂限于压力相对较低的常规井。

发明内容

本公开的实施方案主要涉及用作水力压裂中的支撑剂的纳米颗粒和树脂压裂砂组合物。与常规的压裂砂产品相比，纳米颗粒和树脂压裂砂组合物具有提高的机械性能，并且可使用较少的包覆材料(即，较少的树脂)进行制造。纳米颗粒-树脂包覆的压裂砂可保持相对较高的裂缝导流能力，以在压力下完井。通过使用较少的包覆材料(如树脂)，纳米颗粒-树脂包覆的压裂砂可使得在压力下由此类包覆材料的变形所致的裂缝导流能力的降低最小化。

在一个实施方案中，提供了纳米颗粒-树脂包覆的压裂砂。纳米颗粒-树脂包覆的压裂砂包含被交联环氧树脂和纳米颗粒基质至少部分包封的硅砂颗粒。基质包含通过交联树脂粘附的至少一种纳米颗粒。在一些实施方案中，硅砂颗粒被交联环氧树脂和纳米颗粒基质完全包封。在一些实施方案中，环氧树脂为双酚A环氧氯丙烷。在一些实施方案中，交联环氧树脂为用固化剂交联的环氧树脂聚合物。在一些实施方案中，固化剂为二亚乙基三胺。在一些实施方案中，至少一种纳米颗粒包括二氧化硅纳米颗粒。

在另一个实施方案中，提供了用于形成水力压裂砂颗粒的组合物。该组合物包含硅砂、环氧树脂、用作环氧树脂的稀释剂的甲醇、固化剂和多个纳米颗粒。在一些实施方案中，固化剂为二亚乙基三胺。在一些实施方案中，硅砂的筛分粒度为20/40。在一些实施方案中，环氧树脂为双酚A环氧氯丙烷。在一些实施方案中，多个纳米颗粒为多个二氧化硅纳米颗粒，并且其平均直径可在10纳米(nm)至70nm的范围内。在一些实施方案中，多个纳米颗粒的浓度在总重量的4％重量百分率(w/w％)至约5w/w％的范围内。