具有改進(jìn)強(qiáng)度的支撐劑的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及在用于地層的水力壓裂處理中使用的支撐劑，更具體地設(shè)及用于制備 支撐劑的方法和因此制備的支撐劑，其中支撐劑具有賦予改進(jìn)強(qiáng)度的涂層。
【背景技術(shù)】
[0002] 水力壓裂是用于增強(qiáng)來(lái)自地下地層的控流體的產(chǎn)出的常見(jiàn)的增產(chǎn)技術(shù)。在通常的 水力壓裂處理中，在足W造成地層斷裂或者造成儲(chǔ)層中的天然裂縫擴(kuò)大的足夠高的壓力下 在地層中注入包含固體支撐劑材料的壓裂處理流體。包含支撐劑或支撐試劑的壓裂流體通 常具有通過(guò)膠凝劑(例如聚合物)增加的粘度，所述凝膠劑可W是未交聯(lián)或經(jīng)交聯(lián)的和/或 粘彈性的表面活性劑。在通常的壓裂處理的過(guò)程中，支撐試劑或支撐劑材料沉積在裂縫中， 它們?cè)谔幚硗瓿芍蟊Ａ粼诹芽p中。沉積之后，支撐劑材料用于保持裂縫打開(kāi)，因此增強(qiáng)流 體通過(guò)裂縫從地層遷移至井眼的能力。由于壓裂井的產(chǎn)出力取決于裂縫從地層至井眼導(dǎo)流 流體的能力，因此裂縫導(dǎo)流能力為確定水力壓裂處理的成功度的重要參數(shù)，并且支撐劑的 選擇對(duì)于增產(chǎn)的成功是決定性的。
[0003] 與水力壓裂處理相關(guān)的一個(gè)問(wèn)題是儲(chǔ)層"細(xì)顆粒"的產(chǎn)生和裂縫導(dǎo)流能力的相應(yīng) 降低。當(dāng)支撐劑材料經(jīng)受地層裂縫內(nèi)的儲(chǔ)層閉合應(yīng)力時(shí)可能產(chǎn)生運(yùn)些細(xì)顆粒，所述儲(chǔ)層閉 合應(yīng)力造成支撐劑材料W-定方式壓縮在一起從而由支撐劑材料和/或儲(chǔ)層基質(zhì)產(chǎn)生小顆 粒Γ細(xì)顆粒"）。在一些情況下，在產(chǎn)出/修井操作的過(guò)程中當(dāng)關(guān)井然后開(kāi)井時(shí)，細(xì)顆粒的產(chǎn) 生可能惡化。該現(xiàn)象被稱(chēng)為"應(yīng)力循環(huán)"并且據(jù)信源于在關(guān)井周期之后的流體產(chǎn)出過(guò)程中出 現(xiàn)的增加的壓差和閉合應(yīng)力。由于顆粒產(chǎn)生的問(wèn)題，并且由于儲(chǔ)層基質(zhì)中孔喉的堵塞造成 的儲(chǔ)層滲透性的降低，細(xì)顆粒的產(chǎn)生是不希望的。
[0004] 伴隨地下地層流體的固體顆粒的產(chǎn)生也是通常的問(wèn)題。運(yùn)些固體顆粒的來(lái)源可能 是來(lái)自地層的非固結(jié)材料，來(lái)自壓裂處理的支撐劑和/或由壓碎的裂縫支撐劑產(chǎn)生的細(xì)顆 粒，如上所述。固體支撐劑材料的產(chǎn)生通常被稱(chēng)為"支撐劑流回"。除了造成井下和表面產(chǎn)出 設(shè)備的增加的磨損之外，產(chǎn)出流體中顆粒材料的存在還可能造成與從井眼和/或產(chǎn)出設(shè)備 中除去運(yùn)些材料相關(guān)的顯著開(kāi)支和產(chǎn)出停工期。運(yùn)些材料在井眼中的積累還可能限制或甚 至防止流體產(chǎn)出。此外，由于支撐劑流回造成的支撐劑損失還可能降低裂縫填充物的導(dǎo)流 能力。
[0005] 應(yīng)理解如果可W改進(jìn)支撐劑強(qiáng)度，解決至少兩個(gè)問(wèn)題。首先，具有改進(jìn)強(qiáng)度的支撐 劑可W更好地保持裂縫打開(kāi)從而促進(jìn)控流體的產(chǎn)出。其次，更強(qiáng)的支撐劑不會(huì)碎裂和惡化 細(xì)顆粒的產(chǎn)生。因此，非常希望發(fā)明制備更強(qiáng)支撐劑的方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 在一個(gè)非限制性形式中，提供經(jīng)涂布支撐劑，所述支撐劑包括多個(gè)支撐劑忍部，所 述支撐劑忍部選自白砂、棟砂、陶瓷珠、玻璃珠、侶上礦顆粒、經(jīng)燒結(jié)侶上礦、上漿碳酸巧、胡 桃殼碎片、侶粒料、尼龍粒料、堅(jiān)果殼、砂堿、樹(shù)脂顆粒、氧化侶、礦物、聚合物顆粒及其組合； 和至少部分覆蓋支撐劑忍部的涂層，其中所述涂層選自侶娃酸鹽、憐酸儀、憐酸侶、憐酸錯(cuò) 侶、憐酸錯(cuò)、麟酸錯(cuò)、聚合物水泥、高性能聚合物涂層例如聚酷胺酷亞胺和聚酸酸酬(PEEK) 及其組合。
[0007] 此外在一個(gè)非限制性實(shí)施方案中，提供制備增強(qiáng)支撐劑的方法，包括在水中一起 混合堿金屬氨氧化物和侶娃酸鹽粘合劑從而形成水溶液，用水溶液涂布多個(gè)支撐劑忍部， 和加熱經(jīng)溶液涂布的支撐劑忍部從而使侶娃酸鹽聚合。
[0008] 此外在一個(gè)非限制性實(shí)施方案中，提供通過(guò)包括如下的方法制備的經(jīng)涂布支撐 劑:一起混合堿金屬氨氧化物和侶娃酸鹽粘合劑從而形成水溶液，用水溶液涂布多個(gè)支撐 劑忍部，和加熱經(jīng)溶液涂布的支撐劑忍部從而使侶娃酸鹽聚合。
[0009] 此外在一個(gè)不同的非限制性版本中，提供用于控制來(lái)自地下地層的細(xì)顆粒產(chǎn)生的 方法，所述方法包括在地層中設(shè)置至少一個(gè)井眼，和通過(guò)井眼通過(guò)產(chǎn)生至少一個(gè)裂縫的壓 裂流體水力壓裂地層。所述方法進(jìn)一步包括在裂縫中設(shè)置經(jīng)涂布支撐劑，其中經(jīng)涂布支撐 劑包括多個(gè)支撐劑忍部，所述支撐劑忍部選自白砂、棟砂、陶瓷珠、玻璃珠、侶上礦顆粒、經(jīng) 燒結(jié)侶±礦、上漿碳酸巧、胡桃殼碎片、侶粒料、尼龍粒料、堅(jiān)果殼、砂堿、樹(shù)脂顆粒、氧化侶、 礦物、聚合物顆粒及其組合;和至少部分覆蓋支撐劑忍部的涂層，所述涂層選自侶娃酸鹽、 憐酸儀、憐酸侶、憐酸錯(cuò)侶、憐酸錯(cuò)、麟酸錯(cuò)、憐酸儀鐘、碳化物材料例如碳化鶴、聚合物水 泥、高性能聚合物涂層例如聚酷胺酷亞胺和聚酸酸酬(PEEK)及其組合，其中所述涂層為支 撐劑忍部的約2重量％至約30重量％。所述方法還包括從至少一個(gè)裂縫中除去壓裂流體，其 中裂縫的閉合應(yīng)力為約5000 (34MPa)至約12，OOOpsi (83MPa)。最后，所述方法包括從地層產(chǎn) 出流體，其中在應(yīng)力下獲得的細(xì)顆粒少于約10重量％。
【附圖說(shuō)明】
[0010] 如下描述不應(yīng)W任何方式視為限制性的。
[0011] 圖1為本文描述的經(jīng)涂布支撐劑的示意性橫截面圖；
[0012] 圖2A為具有5重量％的堿活化的侶娃酸鹽涂層的白砂支撐劑的顯微照片；
[0013] 圖2B為用于形成圖2A中所示的經(jīng)涂布支撐劑的白砂支撐劑的顯微照片；
[0014] 圖3A-3D為圖2的經(jīng)涂布白砂支撐劑在50倍放大倍數(shù)下的掃描電子顯微鏡(SEM)圖 像；
[0015] 圖4A-4D為圖2的經(jīng)涂布白砂支撐劑在80倍放大倍數(shù)下的掃描電子顯微鏡(SEM)圖 像；
[0016] 圖5A為具有8重量％的堿活化的侶娃酸鹽涂層的棟砂支撐劑的顯微照片；
[0017] 圖5B為用于形成圖5A中的經(jīng)涂布支撐劑的棟砂支撐劑的顯微照片；
[0018] 圖6為具有15重量％的堿活化的侶娃酸鹽涂層的棟砂支撐劑的顯微照片;和
[0019] 圖7的圖線(xiàn)顯示相比于一些常規(guī)支撐劑作為經(jīng)地質(zhì)聚合物涂布的砂的閉合應(yīng)力的 函數(shù)的產(chǎn)生的細(xì)顆粒的重量％。
[0020] 應(yīng)理解圖1為示意圖，并且不必按比例繪制，并且出于清楚起見(jiàn)可能夸大一些比例 和特征。例如，圖1中顯示的支撐劑顯示為精確球形的，而圖2A-6的顯微照片顯示了支撐劑 實(shí)際上僅為大致球形。
【具體實(shí)施方式】
[0021] 已經(jīng)發(fā)現(xiàn)堿活化的侶娃酸鹽和其它材料可W用作涂層從而改進(jìn)支撐劑的強(qiáng)度，所 述支撐劑包括但不必限于棟砂和白砂。所得的經(jīng)涂布支撐劑材料顯示出白砂和棟砂兩者的 強(qiáng)度的顯著改進(jìn)。在兩種情況下，在l〇,〇〇〇psi(69MPa)閉合應(yīng)力下使用API標(biāo)準(zhǔn)獲得的細(xì)顆 粒流回低于約10重量％。
[0022] 更特別地，描述了涂布支撐劑砂的方法和組合物，從而顯著增加其強(qiáng)度，因此將其 使用延伸至至少約5000(34MPa)，替代性地至少約10,000(69MPa)，和在其它非限制性實(shí)施 方案中至少約12，OOOps i (83MPa)的地層閉合應(yīng)力/'承受"該范圍內(nèi)的閉合應(yīng)力意指經(jīng)涂布 支撐劑在運(yùn)些閉合應(yīng)力下不會(huì)壓碎或碎裂。
[0023] 經(jīng)涂布支撐劑比砂略微更輕并且其表觀(guān)密度預(yù)期在約2.3獨(dú)立地至約2.63g/cm3 之間，替代性地在約2.55獨(dú)立地至約2.6g/cm3之間的范圍內(nèi)。本文關(guān)于參數(shù)范圍使用的術(shù) 語(yǔ)"