[发明专利]低密度复合材料

说明书

技术领域

本发明涉及基于热塑性聚合物的低密度、高韧性的复合材料，该材料 尤其具有在高温下的高机械性能，尤其是压缩性能。本发明还涉及所述材 料的制备方法及其用途，尤其是在地下储层中存在的污泥、液体和气体的 回收领域中的用途，特别是在烃例如原油或天然气的提取领域中的用途。

背景技术

在很多活动领域中，会需要拥有具有高机械性能的材料，其特征尤其 在于不仅在环境温度下、而且在高温下的很好的抗压缩性和低压缩变形。

根据应用领域，已提出了解决方案并在目前使用。然而，某些技术方 案仍然需要得以改进，因为它们只能部分地或不完美地满足要求。尤其是 由于填料的大量使用，这些材料的密度通常较高。

例如，在地下储层中的存在的污泥、液体和气体的回收领域中，尤其 是在烃例如原油或天然气的提取领域中，更具体地对于钻井的压裂技术， 就存在上文所述的情况。

井的压裂是目前在希望提高地下天然储层中存在的污泥、液体和气体 的提取率时使用的方法。由于在地下岩石中形成的裂缝(破裂)，该技术 使得可以得到更大量的待提取的目标产品。

已使用了多种体系来保持压裂过程中多种污泥、液体和气体尤其是烃 的流动(存在表面活性剂、凝胶和多种聚合物、固体颗粒等的制剂)。压 裂过程包括两个相继的步骤：i)以足以引起地层断裂的流速和压力注入一 种流体，从而在储层(岩石)中形成裂缝(破裂)，以及ii)安置(mise en place)通常为颗粒形式的材料，该材料利用其在地层中破裂处支撑或支持 所述裂缝的能力(英语为“proppant”)。

当流体的压力去除时，存在于地层中的应力倾向于将破裂闭合。这些 颗粒因而应当具有一定的机械强度，该机械强度足以支持破裂的应力(英 语为“fracture closer stress”)并因而保持破裂处的一定程度的开放， 从而保持地层的一定程度的传导性。经过如此处理，破裂具有了足够的渗 透性，使得目标产物如污泥、液体、气体尤其是烃可以流动，并使得可以 进行它们的回收。

一个难题在于这些颗粒在破裂区域中的安置；该安置是通过压裂流体 进行的。这些颗粒应当与该流体相容：良好的分散以及不沉降。与流体的 相容性使得需要具有与所述流体的密度接近的密度(即接近1.2)的产品。

在最常使用的所谓“支撑物”材料中，可以列举分级砂(sable calibré)， 其颗粒尺寸通常位于约1mm到约3mm之间，具有相对较低的尺寸分布(低 分散)，以及在环境温度下接近2.8的密度。还可以列举密度或高或低的 珠状的陶瓷。

这些产品的益处在于它们很高的刚度和机械强度，包括在高温下。然 而这种类型的产品具有低的韧性，这引起在使用过程中、尤其是在压裂中 由于施加的压力的作用下的剥落(断裂)过程而形成细粉。这些细粉因而 可以堵塞破裂处形成的孔隙，这严重降低破裂的传导性并因而降低待提取 产品、尤其是烃、更具体是原油的流动。由于它们的高刚度，这些颗粒还 可以嵌入地层中并因而从破裂平面上消失。

这些产品的另一个缺点在于它们的高密度。这些支撑物的安置通常通 过经由密度约1.2的盐水的泵送/注射而进行：因此需要加入配制剂(表面 活性剂、增稠剂、凝胶等)以便安置颗粒并避免分离或沉降问题，这些配 制剂需要随后除去。

最近开发并作为支撑物上市的其它材料为聚合物或复合物颗粒，尤其 是热固性树脂珠或聚合物覆盖的低密度颗粒。这些材料具有在常温下通常 在约0.9和约2之间的低密度。该低密度特征赋予其在不需要借助添加剂 的情况下与泵送/压裂方法的出色的相容性。然而，这些材料具有缺点，尤 其是它们的相当高的制备成本(这是由于制备方法)，以及它们的机械强 度的限制，尤其是在高温以及高约束压力下。

发明内容

本发明的目标因而在于提出具有低密度和在高温下良好的机械性能、 尤其是压缩性能的材料，特别是在污泥、液体和/或气体的提取井、尤其是 烃、原油或天然气的钻井的压裂过程中形成的破裂中能够经受住压碎作用 的材料。

更具体地说，本发明的目的在于克服目前存在的材料的多个缺点，尤 其是在地下储层中存在的化石材料的提取井的压裂中使用的支撑物的缺 点。

本发明的另一个目的在于提出在高温下具有良好的机械性能、尤其是 压缩性能，以及良好的水力传导性能的材料。

其它目的将在以下对本发明的说明过程中呈现。