[發(fā)明專利]制備支撐劑的組合物及方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200680004151.8
• 申請(qǐng)日: 2006-02-03
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN101115906A
• 公開(kāi)（公告）日: 2008-01-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 拉塞爾·J·史密斯;約翰·R·洛斯庫(kù)托瓦;伊麗莎白·A·惠齊特;克里斯托弗·E·科克爾;安德魯·R·巴倫;馬克·韋斯納;斯蒂芬·A·科斯坦蒂諾;雷杰·博迪亞
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 烷材料股份有限公司
• 主分類號(hào): E21B43/04
• 分類號(hào): E21B43/04;C09K8/64
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務(wù)所
• 代理人: 宋莉

本申請(qǐng)要求于2005年2月4日提交的美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)60/649,594按 照35?U.S.C§119(e)規(guī)定的權(quán)益，該專利申請(qǐng)?jiān)诖巳募{入作為參考。

發(fā)明背景

材料的宏觀性質(zhì)不僅取決于其化學(xué)組成，而且還取決于其尺寸、形狀和 結(jié)構(gòu)，這樣的認(rèn)識(shí)引發(fā)了對(duì)各種材料的上述參數(shù)進(jìn)行控制的研究。在這方面， 均勻中空球的制造近來(lái)已經(jīng)獲得了強(qiáng)烈的興趣。納米和微米尺度的中空囊提 供了多種的潛在應(yīng)用領(lǐng)域，包括用作各種物質(zhì)如藥物、染料、蛋白質(zhì)和化妝 品的控制釋放的膠囊材料(encapsulant)。當(dāng)用作涂層、復(fù)合材料、絕緣材料 或顏料的填料時(shí)，中空球由于其帶來(lái)的低密度而具有優(yōu)于常規(guī)實(shí)心顆粒的優(yōu) 點(diǎn)。中空球還可用于諸如分級(jí)過(guò)濾膜(hierarchical?filtration?membrane)和支撐 地層中開(kāi)放斷面(open?fracture)的支撐劑(proppant)的多種應(yīng)用中。

陶瓷支撐劑被廣泛用作保持油層和氣體層中的滲透性的支撐劑。市售的 常規(guī)支撐劑具有優(yōu)異的壓碎強(qiáng)度但還具有極高的密度。陶瓷支撐劑的常見(jiàn)密 度超過(guò)100磅每立方英尺。支撐劑為在壓裂操作期間在極高的壓力下以載體 溶液(通常為鹽溶液)的形式被泵入油井或氣井的材料。當(dāng)除去由泵入引起的 壓力時(shí)，支撐劑“支撐”巖層中的開(kāi)放斷面，從而避免該斷面閉合。結(jié)果， 提高了暴露于井的鉆孔的地層表面積的量，增加了回收率。支撐劑還可增強(qiáng) 所述巖層的機(jī)械強(qiáng)度，從而幫助保持長(zhǎng)時(shí)間的流動(dòng)速率。通常采用三個(gè)級(jí)別 的支撐劑：沙子、涂覆樹(shù)脂的沙子和陶瓷支撐劑。支撐劑主要用在氣井中， 但在油井中也有應(yīng)用。

相關(guān)的質(zhì)量參數(shù)包括：顆粒密度(低密度是期望的)、壓碎強(qiáng)度和硬度、 粒度(該值取決于地層的類型)、粒度分布(緊密分布是期望的)、顆粒形狀(球 形是期望的)、孔徑分布(緊密分布是期望的)、表面平滑度、耐腐蝕性、溫度 穩(wěn)定性和親水性(水中性的到疏水性的是期望的)。

在壓碎強(qiáng)度和硬度的臨界尺寸方面，陶瓷支撐劑優(yōu)于沙子和涂覆樹(shù)脂的 沙子。其在最大可獲得粒度、耐腐蝕性和溫度性能方面提供某些優(yōu)點(diǎn)。眾多 理論模型和實(shí)際案例的經(jīng)驗(yàn)表明，對(duì)大多地層來(lái)說(shuō)常規(guī)陶瓷支撐劑提供相對(duì) 于沙子或涂覆樹(shù)脂的沙子更引人注目的優(yōu)點(diǎn)。相對(duì)于常規(guī)沙子溶液，陶瓷驅(qū) 動(dòng)的流動(dòng)速率和回收率具有20％或更高的改進(jìn)是常見(jiàn)的。

陶瓷支撐劑最初是為深井(例如深于7500英尺的)中的應(yīng)用而開(kāi)發(fā)的， 在該深井中沙子的壓碎強(qiáng)度不足。為拓展其可應(yīng)用的市場(chǎng)，陶瓷支撐劑生產(chǎn) 商已引入面向中等深度井的產(chǎn)品。

相對(duì)于常規(guī)沙子，涂覆樹(shù)脂的沙子提供了一些優(yōu)點(diǎn)。首先，由于樹(shù)脂涂 層將負(fù)載的應(yīng)力分散在更寬廣的面積上，涂覆樹(shù)脂的沙子表現(xiàn)出與未涂覆的 沙子相比更高的壓碎強(qiáng)度。第二，涂覆樹(shù)脂的沙子具有粘性，從而相對(duì)于常 規(guī)沙子支撐劑表現(xiàn)出下降的“支撐劑回流”(例如該支撐劑更好地停留在地 層中)。第三，樹(shù)脂涂層通常增加球度和圓度，從而降低了通過(guò)該支撐劑部 分的流阻。

陶瓷通常應(yīng)用在中等到較深深度的井中。淺井通常采用沙子或不采用支 撐劑。如將在以下部分中描述的，從陶瓷市場(chǎng)的規(guī)模來(lái)看，淺的“水力壓裂 (water?frac)”代表了大致與目前的陶瓷市場(chǎng)相當(dāng)?shù)臐撛谑袌?chǎng)。

由于具有合計(jì)超過(guò)3千萬(wàn)噸的年產(chǎn)量，鋁的氧化物和氫氧化物無(wú)疑是工 業(yè)上最重要的化學(xué)品之一(K.Wefers和C.Misra，“鋁的氧化物和氫氧化物 (Oxides?and?Hydroxides?of?Aluminum)”，Alcoa?Laboratories，1987)。其用途 包括：制備金屬鋁、催化劑和吸收劑的前體；結(jié)構(gòu)陶瓷材料；塑料和橡膠的 增強(qiáng)劑，制藥工業(yè)的抗酸劑和粘合劑；和作為電子工業(yè)中低介電損失的絕緣 體。由于如此多樣化的應(yīng)用領(lǐng)域，很多研究已集中于開(kāi)發(fā)和理解制備這些材 料的方法是不奇怪的。