[发明专利]具有玻璃-陶瓷材料的支撑剂

说明书

根据35U.S.C.§119(e)，本申请要求2009年12月22日提交的在先美国临时专利申请No.61/289,014的优选权，其全部内容通过引用并入本文。

本发明涉及支撑剂以及该支撑剂的制备方法和该支撑剂的用途。在本发明中，支撑剂或其一部分存在有玻璃-陶瓷材料。玻璃-陶瓷材料的存在可以提供一个或多个益处，例如提高的刚度(stiffness)(或者刚性(rigid)模量“MOR”)、合意的热膨胀系数和/或其它益处。

支撑剂是在水力压裂(hydrofracturing)过程期间，在载体溶液(典型地为盐水)中以极端压力泵送至油井或气井中的材料。一旦除去泵送引起的压力，支撑剂“撑”开岩层(rock formation)中的裂缝(fracture)，从而阻止所述裂缝闭合(close)。结果，增大暴露于井眼(well bore)的地层(formation)表面积的量，提高开采速度。

陶瓷支撑剂广泛地用作保持石油和天然气地层中的透气性的支撑用试剂。高强度陶瓷支撑剂已经用于地下地层(earth)的水力压裂以改进天然气和/或石油的生产。对于钻入地层10,000英尺或者更深的井来说，支撑剂珠粒需要承受10kpsi或者更高的压力以有效支撑水力压裂过程产生的裂缝。目前仅有由高强度材料(例如烧结的铝土矿和矾土)形成的支撑剂具有足以用于深井的压缩和挠曲强度。然而，这些常规的高强度材料由于原料的有限供应、对纯度的高要求和制造工艺的复杂性而是昂贵的。此外，这样的高强度材料具有超过3.0的高比重，这对于支撑剂应用是非常不合意的。生产具有低比重的高强度支撑剂也是挑战。在田场(field)应用中，支撑剂和载流体的比重差异妨碍支撑剂在井中的输送能力。虽然轻质氧化物材料(例如堇青石)具有低的比重，但它们具有相对弱的挠曲强度和刚度。

发明内容

本发明的特征是提供具有改进的热膨胀系数的支撑剂。本发明的另一个特征是提供能够提供提高的刚度(刚性模量)的支撑剂。

本发明的另外的特征是提供具有更好的抗压裂性的支撑剂。

本发明的进一步特征是提供在可形成支撑剂的各个层之间可具有较少离散界面的支撑剂。

本发明的另外的特征和优点将在以下的说明书中部分地阐述，并将从说明书部分地明晰，或者可通过本发明的实践而学到。本发明的目的和其它优点将通过在说明书和所附权利要求中特别指出的要素和组合而实现和达到。

为了实现这些和其它优点，并且根据本发明的目的，如本文具体化的和大致描述的，本发明涉及具有模板球的支撑剂。所述支撑剂任选地具有可围绕模板球的整个外表面烧结的壳。所述任选的壳可包含玻璃-陶瓷。所述任选的壳可包含一层或多层，可含有一种或多种金属氧化物、陶瓷材料或其氧化物，和/或其它合适的材料。所述模板球的外表面可包括或者具有玻璃-陶瓷材料。除具有玻璃-陶瓷材料的模板球的外表面之外，或者代替该具有玻璃-陶瓷材料的模板球的外表面，含玻璃-陶瓷的层可存在于所述模板球的外表面上。本发明进一步涉及使用一种或多种本发明支撑剂来撑开地下地层裂隙(fraction)的方法，所述支撑剂可包含于支撑剂制品(formulation)中。

本发明进一步涉及制备根据本发明的各种支撑剂的方法。例如，一种方法包括使模板材料的至少外表面结晶以形成玻璃-陶瓷，和用包含陶瓷材料或其氧化物和/或一种或多种金属氧化物和/或其它材料的制品涂覆所述模板材料以形成围绕模板的壳，然后通过例如烧结或者锻烧使所述壳硬化。进一步描述其它方法。

应理解的是，前面的总体描述和以下的详细描述都只是示例性的和说明性的，并且旨在提供如要求保护的本发明的进一步解释。

附图说明

图1是显示了本发明的得自空心微珠(cenosphere)粉末的玻璃-陶瓷的密度随TiO₂含量变化的图。全部样品均在1200℃下烧结4h。

图2是显示了本发明的得自空心微珠的玻璃-陶瓷的径向劈裂(splitting)抗张强度随TiO₂含量变化的图。全部样品均在1200℃下烧结4h。

图3是显示了本发明的得自空心微珠的玻璃-陶瓷的比径向劈裂抗张强度随TiO₂含量变化的图。

图4是显示了由25%空心微珠(d₅₀=6μm)和75%堇青石在没有TiO₂(左)和具有7%TiO₂(右)的情况下制得的复合物的断裂表面的两张SEM。样品均在1260℃下烧结6h。

具体实施方式