CN105408445A - 被覆粒子、注入剂和填充方法 - Google Patents
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Abstract
本发明的被覆粒子被填充于在地下层中形成的裂缝。各被覆粒子具备具有外表面的核粒子和对核粒子的外表面的至少一部分进行被覆的表面层,表面层含有酸固化剂和在酸的存在下进行固化的酸固化性树脂,酸固化剂由具备酸性基团的酸性化合物构成,且酸性化合物的至少一部分酸性基团被对酸性基团具有反应性的嵌段化合物嵌段化。由此,本发明能提供被填充到地下层形成的裂缝且可确保其高的流体渗透性的被覆粒子、含有被覆粒子的注入剂、和将上述注入剂注入到裂缝的填充方法。
Description
技术领域
本发明涉及被覆粒子、注入剂和填充方法。
背景技术
近年来,正在积极进行从地下层回收油状或气体状的烃(流体)。具体而言,形成到达含有烃的地下层(页岩层)的钻孔,介由该钻孔回收烃。这种情况下,地下层必须具备允许流体流入钻孔的充分的流体渗透性(传导性)。
为了确保该地下层的流体渗透性,例如,进行水力压裂。在水力压裂的作业中,首先,将粘性流体介由钻孔以足够的速度和压力注入到地下层而使地下层形成裂缝。其后,将含有粒子的注入剂注入到地下层,向形成的裂缝内填充粒子来防止裂缝的闭塞。
作为这样的粒子,例如已知用环氧树脂、酚醛树脂等热固化性树脂被覆硅砂、玻璃珠这样的核粒子而得的被覆粒子(例如,参照专利文献1、2)。
由于所述被覆粒子用树脂被覆核粒子,所以即使核粒子因地中的压力而崩解,也会阻止其碎片散逸。因此,能够防止被覆粒子彼此之间的空间因碎片而闭塞,能够确保地下层的流体渗透性。
然而,从提高烃的回收量的观点考虑,要求开发在地下层中可确保更高的流体渗透性的被覆粒子。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:美国专利第3935339号公报
专利文献2:美国专利第4336842号公报
发明内容
本发明的目的在于提供被填充到地下层形成的裂缝且可确保其高的流体渗透性的被覆粒子、含有被覆粒子的注入剂、和将上述注入剂注入到裂缝的填充方法。
这样的目的通过下述(1)~(21)记载的本发明来实现。
(1)一种被覆粒子,是被填充到在地下层中形成的裂缝内的多个被覆粒子,其特征在于,
各上述被覆粒子具备具有外表面的核粒子、和被覆该核粒子的上述外表面的至少一部分的表面层,
上述表面层含有酸固化剂和在酸的存在下进行固化的酸固化性树脂,
上述酸固化剂由具备酸性基团的酸性化合物构成,该酸性化合物的至少一部分上述酸性基团被对该酸性基团具有反应性的嵌段化合物嵌段化。
(2)根据上述(1)所述的被覆粒子,其中,上述嵌段化合物具备官能团,该官能团与上述酸性化合物的上述酸性基团进行化学键合而将上述酸性化合物嵌段化。
(3)根据上述(2)所述的被覆粒子,其中,上述嵌段化合物的上述官能团含有选自羟基和氨基中的至少1种。
(4)根据上述(2)或(3)所述的被覆粒子,其中,上述嵌段化合物是具备羟基作为所述官能团的烷基醇。
(5)根据上述(4)所述的被覆粒子,其中,上述烷基醇为一元烷基醇。
(6)根据上述(2)或(3)所述的被覆粒子,其中,上述嵌段化合物是具备氨基作为上述官能团的烷基胺。
(7)根据上述(2)~(6)中任一项所述的被覆粒子,其中,将上述酸固化剂的上述酸性基团的数量计为1时,以上述嵌段化合物的上述官能团的数量为0.1~1.9的方式在上述表面层中含有上述嵌段化合物。
(8)根据上述(1)~(7)中任一项所述的被覆粒子,其中,上述酸性化合物的上述酸性基团含有磺酸基。
(9)根据上述(8)所述的被覆粒子,其中,上述酸性化合物含有选自对甲苯磺酸、苯磺酸、十二烷基苯磺酸、苯酚磺酸、萘磺酸、二壬基萘磺酸和二壬基萘二磺酸中的至少1种。
(10)根据上述(1)~(9)中任一项所述的被覆粒子,其中,上述表面层中含有的上述酸固化剂的量相对于上述酸固化性树脂100质量份为0.1质量份~20质量份。
(11)根据上述(1)~(10)中任一项所述的被覆粒子,其中,上述酸固化性树脂通过上述酸性化合物的作用在100℃以下的温度下进行固化。
(12)根据上述(1)~(11)中任一项所述的被覆粒子,其中,上述酸固化性树脂含有选自呋喃树脂和酚醛树脂中的至少1种。
(13)根据上述(1)~(12)中任一项所述的被覆粒子,其中,上述酸固化性树脂为固化状态、半固化状态或未固化状态。
(14)根据上述(1)~(13)中任一项所述的被覆粒子,其中,上述表面层的平均厚度为0.5μm~20μm。
(15)根据上述(1)~(14)中任一项所述的被覆粒子,其中,上述表面层被覆上述核粒子的上述外表面的50%~100%。
(16)根据上述(1)~(15)中任一项所述的被覆粒子,其中,上述多个核粒子包含砂粒子和陶瓷粒子中的至少1种。
(17)根据上述(1)~(16)中任一项所述的被覆粒子,其中,上述多个核粒子的平均粒子尺寸为100μm~3000μm。
(18)一种注入剂,是被注入到在地下层中形成的裂缝内的注入剂,其特征在于,含有:上述(1)~(17)中任一项所述的被覆粒子和用于分散该被覆粒子并将上述被覆粒子输送到上述裂缝的流体。
(19)根据上述(18)所述的注入剂,其中,上述流体含有溶剂、粘度调节剂、表面活性剂、破乳剂、粘度稳定剂、胶凝剂和稳定剂中的至少1种。
(20)根据上述(18)或(19)所述的注入剂,其中,该注入剂中含有的上述被覆粒子的量为1重量%~99重量%。
(21)一种填充方法,其特征在于,将上述(18)~(20)中任一项所述的注入剂介由到达上述地下层的钻孔输送到在地下层中形成的裂缝,将上述注入剂注入到上述裂缝,由此将上述粒子填充于上述裂缝。
根据本发明,被覆粒子具备的表面层中含有的酸固化剂和酸固化性树脂中,构成酸固化剂的酸性化合物的至少一部分酸性基团通过与对该酸性基团具有反应性的嵌段化合物例如进行化学键合而被嵌段化,阻止酸性化合物在不必要的位置与酸固化性树脂作用。由此,能够在必要的位置使酸固化性树脂可靠地固化。其结果,在将被覆粒子注入到填充部位(地下层的裂缝)时,能够确实地抑制或防止被覆粒子破碎,因此,被覆粒子在填充部位中的流体渗透性提高。
附图说明
图1是表示本发明的被覆粒子的实施方式的局部截面图。
图2是表示对图1所示的被覆粒子赋予压力的状态的局部截面图。
图3是用于说明从地下层回收烃的方法的概念图。
图4是用于说明测定流体渗透性的方法的图。
具体实施方式
以下,基于附图所示的优选的实施方式,对本发明的被覆粒子、注入剂和填充方法进行详细说明。
图1是表示本发明的被覆粒子的实施方式的局部截面图,以及图2是表示对图1所示的被覆粒子赋予压力的状态的局部截面图。
本发明的被覆粒子被填充到在地下层中形成的裂缝,防止该裂缝闭塞,并且确保地下层的被覆粒子填充部位(地下层的裂缝)的流体渗透性。由此,能够提高地下层含有的烃(页岩气或页岩油)向形成于地下层的钻孔的流入效率。
如图1所示,各被覆粒子1具有核粒子2和被覆核粒子2的外表面的至少一部分的表面层3。
在被覆粒子1被填充于裂缝时,核粒子2在裂缝内作为支撑材料而发挥功能。
该核粒子2可以使用具有较高机械强度的各种粒子,不限定于特定的种类。作为核粒子2的具体例,例如可举出砂粒子、陶瓷粒子、二氧化硅粒子、金属粒子、有机物粒子等。
其中,多个核粒子2优选含有砂粒子和陶瓷粒子中的至少1种。砂粒子和陶瓷粒子具有高的机械强度,同时较廉价且容易获得。
多个核粒子2的平均粒子尺寸优选为100μm~3000μm左右,更优选为200μm~1000μm左右。通过使用这样的尺寸的核粒子2,能够防止得到的被覆粒子1彼此凝聚。另外,能够充分确保填充有被覆粒子1的裂缝的流体渗透性。
此外,多个核粒子2的粒子尺寸可以存在偏差,可以含有粒子尺寸差10倍左右的不同的粒子。即,测定多个核粒子2的粒度分布时,由山形函数表示的粒度分布曲线的峰的半峰宽可以是较大的值。
应予说明,图1中,核粒子2的截面形状显示成大致圆形,但可以为椭圆形、多边形、异形等。这些情况下,核粒子2的粒子尺寸规定为截面中的最大长度。
使用陶瓷粒子作为核粒子2时,优选截面形状尽量接近圆形。上述陶瓷粒子具有特别高的机械强度。另外,通过使用上述陶瓷粒子来制造被覆粒子1,能够提高制得的被覆粒子1的圆球度。因此,在将被覆粒子1填充于裂缝时,被覆粒子1彼此进行点接触。因此,也能够增加形成于它们之间的空间(流路)的容积。
另外,作为核粒子2,还可以直接使用自然产出的砂粒子。通过使用上述砂粒,能够实现注入剂的生产率提高和成本减少。并且,作为核粒子2,也可以使用陶瓷粒子与砂粒子的混合物。该情况下,陶瓷粒子与砂粒子的混合比以质量比计优选为1:9~9:1左右,更优选为3:7~7:3左右。
各核粒子2的外表面的至少一部分被表面层3被覆。如图2所示,即使被填充到地下层的裂缝的核粒子2因地中的压力而崩解,该表面层3也会发挥防止核粒子2的碎片散逸的作用。因此,能够防止被覆粒子1彼此之间的空间(流路)被核粒子2的碎片堵塞。由此,能够更可靠地确保填充有被覆粒子1的裂缝的流体渗透性。
表面层3优选被覆核粒子2的外表面的整体。然而,只要表面层3在核粒子2因地中的压力而崩解时能够防止核粒子2的碎片散逸,就可以仅被覆核粒子2的外表面的一部分。由此,表面层3优选被覆核粒子2的外表面的50%~100%,更优选被覆70%~100%,进一步优选被覆90%~100%。
另外,表面层3的平均厚度不限定于特定值,优选为0.5μm~20μm,更优选为1μm~10μm。通过将表面层3的平均厚度设定为上述数值范围内的值,从而抑制被覆粒子1的尺寸不必要地变大,并且充分发挥核粒子2的碎片的散逸防止效果。
这样的表面层3含有酸固化剂和酸固化性树脂,上述酸固化剂由具备酸性基团的酸性化合物构成,该酸性化合物的至少一部分酸性基团被嵌段化,所述酸固化性树脂在酸的存在下即通过酸性化合物的作用而固化。酸固化性树脂通过利用酸性化合物的作用进行固化而对表面层3赋予高的机械强度,并且即使在核粒子2崩解的情况下也可靠地防止核粒子2的碎片散逸。
应予说明,酸固化性树脂在被覆粒子1被填充于地下层的裂缝的状态下进行固化即可。
因此,在将被覆粒子1填充于裂缝前,酸固化性树脂可以为固化状态、半固化状态或未固化状态中的任一状态。在被覆粒子1被填充于地下层的裂缝时,在地中的热和压力的条件下半固化状态或未固化状态的酸固化性树脂利用酸性化合物的作用进行固化。
以下,对酸性化合物与酸固化性树脂发生反应、酸固化性树脂进行固化的过程进行说明。
本发明中,在该表面层3中,对酸固化性树脂具有反应性的酸性化合物的至少一部分酸性基团通过对该酸性基团具有反应性的嵌段化合物的化学键合而被嵌段化。而且,嵌段化合物被设计成在规定的条件下从酸性化合物脱离。
在此,在将被覆粒子1填充于裂缝前,酸固化性树脂为固化状态的情况下,嵌段化合物从表面层3中含有的大量酸性化合物脱离。与此相对,在将被覆粒子1填充于裂缝前,酸固化性树脂为半固化状态或未固化状态的情况下,嵌段化合物不从表面层3中含有的大部分酸性化合物脱离,而是通过与酸性化合物具备的酸性基团进行化学键合而将酸性化合物嵌段化。
由此,能够抑制或防止酸性化合物与酸固化性树脂在不必要的位置进行接触(反应)而使酸固化性树脂固化。另一方面,通过在必要的位置(即地下层中形成的裂缝)使嵌段化合物从酸性化合物脱离,从而酸性化合物与酸固化性树脂进行接触(反应)而能够使酸固化性树脂固化。即,通过酸性化合物在不必要的位置被嵌段化合物嵌段化,使酸固化性树脂固化的功能(反应性)失去活性,通过嵌段化合物在必要的位置脱离而活化,能够使酸固化性树脂固化。
这样,能够在必要的位置(即地下层中形成的裂缝)选择性地使酸固化性树脂固化,能够提高表面层3的强度。由此,能够更可靠地确保地下层的被覆粒子1填充部位(地下层的裂缝)的流体渗透性。因此,能够提高烃向与裂缝连通的钻孔的流入效率。
应予说明,本说明书中,“嵌段化”是指嵌段化合物所具有的官能团与酸性化合物具备的酸性基团进行化学键合,使酸固化性树脂利用该酸性基团进行固化的反应性(对酸固化性树脂的反应性)失去活性。另外,“嵌段化的解除”是指,嵌段化合物具有的官能团从酸性化合物具备的酸性基团脱离,变为酸固化性树脂利用该酸性基团进行固化的反应性被活化的状态。
另外,作为“化学键合”,只要通过嵌段化合物具有的官能团与酸性化合物具备的酸性基团的反应使酸固化性树脂进行固化的反应性失去活性即可,例如可举出共价键、配位键这样的分子键、离子键、范德华键这样的分子间的化学键。
酸性化合物在基于嵌段化合物的嵌段化被解除而与酸固化性树脂接触时,作为促进酸固化性树脂的固化反应的催化剂发挥功能。
作为这样的酸性化合物,只要具备酸性基团并可利用该酸性基团的作用发挥作为上述催化剂的功能就可以是任何化合物。作为酸性化合物的具体例,例如可举出对甲苯磺酸、苯磺酸、十二烷基苯磺酸、苯酚磺酸、萘磺酸、二壬基萘磺酸、二壬基萘二磺酸、二甲苯磺酸和甲磺酸这样的具有磺酸基作为酸性基团的化合物、乙酸、乳酸、马来酸、苯甲酸、氟代乙酸这样的具有羧基作为酸性基团的化合物等,可以使用它们中的1种或组合使用2种以上。
其中,酸性化合物优选含有磺酸基作为酸性基团的化合物。这样的具有磺酸基作为酸性基团的酸性化合物是酸固化性树脂的极好的催化剂,并且能够用嵌段化合物使酸性基团可靠地嵌段化。
此外,含有磺酸基作为酸性基团的酸性化合物优选含有选自对甲苯磺酸、苯磺酸、十二烷基苯磺酸、苯酚磺酸和萘磺酸、二壬基萘磺酸、二壬基萘二磺酸中的至少1种。这些酸性化合物可以利用嵌段化合物使酸性基团更可靠地嵌段化。
另外,表面层3中含有的酸固化剂的量相对于表面层3中含有的酸固化性树脂100质量份,优选为0.1质量份~20质量份左右,更优选为0.5质量份~15质量份左右,进一步优选为1质量份~10质量份左右。通过将表面层3中含有的酸固化剂的量设定为上述范围内的值,在解除酸性化合物的嵌段化而利用其作用使酸固化性树脂固化时,由于某些原因,即使在酸性化合物基于嵌段化合物的嵌段化一半左右都没有解除的情况下,也能够确保能够使酸固化性树脂固化的足够量的酸性化合物。
另外,对酸性化合物具备的酸性基团具有反应性的嵌段化合物将酸性化合物具备的酸性基团嵌段化。由此,在将被覆粒子1填充于裂缝前,酸固化性树脂为半固化状态或未固化状态的情况下,嵌段化合物具有抑制或防止酸性化合物与酸固化性树脂在不必要的位置发生反应而使酸固化性树脂固化的功能。另一方面,嵌段化合物具有在必要的位置从酸性化合物脱离,由此使酸性化合物与酸固化性树脂反应而使酸固化性树脂固化的功能。
这样的嵌段化合物具备官能团,该官能团通过与酸性化合物具备的酸性基团进行化学键合而将酸性化合物嵌段化。
作为官能团,可以是与酸性基团发生反应而能使嵌段化合物与酸性化合物连接(化学键合)的任何基团。具体而言,作为官能团,例如可举出羟基和氨基等中的1种或2种以上的组合。具有这样的官能团的嵌段化合物对酸性化合物具有的酸性基团具备优异的反应性。因此,能够使官能团与酸性基团发生反应(化学键合)而可靠地用嵌段化合物使酸性化合物嵌段化。
作为具有羟基作为官能团的嵌段化合物,可举出醇类或苯酚类。作为醇类,例如可举出一元烷基醇、多元烷基醇这样的烷基醇、烯基醇、芳香醇和含有杂环的醇等。其中,作为具有羟基的嵌段化合物,优选烷基醇。由此,能够更可靠地用嵌段化合物使酸性化合物嵌段化。
另外,作为一元烷基醇,可以是具备直链型的烷基的一元烷基醇(直链型的一元烷基醇)、具备支链型的烷基的一元烷基醇(支链型的一元烷基醇)或具备环状型的烷基的一元烷基醇(环状型的一元烷基醇)中的任一种。
具体而言,作为直链型或支链型的一元烷基醇,例如可举出甲醇、乙醇、1-丙醇、2-丙醇这样的丙醇、1-丁醇、2-丁醇、2-甲基-1-丙醇、2-甲基-2-丙醇这样的丁醇、1-戊醇、2-戊醇、3-戊醇、2-甲基-1-丁醇、3-甲基-1-丁醇、2-甲基-2-丁醇、2,2-二甲基-1-丙醇这样的戊醇、1-己醇、2-己醇、3-己醇、2-甲基-1-戊醇、2-甲基-2-戊醇、2-甲基-3-戊醇、3-甲基-1-戊醇、3-甲基-2-戊醇、3-甲基-3-戊醇、4-甲基-1-戊醇、4-甲基-1-戊醇、4-甲基-2-戊醇、2,3-二甲基-2-丁醇、3,3-二甲基-2-丁醇、2-乙基-1-丁醇这样的己醇、1-庚醇、2-庚醇、3-庚醇、2-甲基-1-己醇、2-甲基-1-己醇、2-甲基-2-己醇、2-甲基-3-己醇、5-甲基-2-己醇、3-乙基-3-戊醇、2,2-二甲基-3-戊醇、2,4-二甲基-3-戊醇、4,4-二甲基-2-戊醇、3-甲基-1-己醇这样的庚醇、1-辛醇、2-辛醇、3-辛醇、4-甲基-3-庚醇、6-甲基-2-庚醇、2-乙基-1-己醇、2-丙基-1-戊醇、2-甲基-1-庚醇、2,2-二甲基-1-己醇这样的辛醇、1-壬醇、2-壬醇、3,5,5-三甲基-1-己醇、2,6-二甲基-4-庚醇、3-乙基-2,2-二甲基-3-戊醇这样的壬醇、1-癸醇、2-癸醇、4-癸醇、3,7-二甲基-1-辛醇、2,4,6-三甲基庚醇这样的癸醇、十一醇、十二醇、十三醇、十四醇、十七醇、十七醇这样的十八醇、十九醇、二十醇、二十一醇、二十三醇、二十四醇等,可以使用它们中的1种或组合使用2种以上。
另外,作为环状型的一元烷基醇(环烷基醇),例如可举出环戊醇、环庚醇、甲基环戊醇、环戊基甲醇、环己基甲醇、1-环己基乙醇、2-环己基乙醇、3-环己基丙醇、4-环己基丁醇、环己醇、甲基环己醇、二甲基环己醇、四甲基环己醇、羟基环己醇、(1S,2R,5S)-2-异丙基-5-甲基环己醇、丁基环己醇、4-叔丁基环己醇这样的环己醇类等,可以使用它们中的1种或组合使用2种以上。
此外,作为多元烷基醇,例如可举出乙二醇(1,2-乙二醇)、1,2-丙二醇、1,3-丙二醇等二元醇、甘油等三元醇、季戊四醇等四元醇等,可以使用它们中的1种或组合使用2种以上。
应予说明,使用酸性基团为磺酸基的酸性化合物时,在与官能团为羟基的嵌段化合物之间形成磺酸酯键,由此,酸性化合物被嵌段化合物嵌段化。即,作为酸性基团被嵌段化合物嵌段化的酸性化合物,形成磺酸酯。
另外,作为具有氨基作为官能团的嵌段化合物,例如可举出一元烷基胺、多元烷基胺这样的烷基胺、烯基胺、芳香胺和含有杂环的胺等。其中,作为具有氨基的嵌段化合物,优选烷基胺。由此,可以更可靠地用嵌段化合物使酸性化合物嵌段化。
另外,作为一元烷基胺,例如可举出己胺、庚胺、辛胺、壬胺、癸胺、十一胺、十二胺、十三胺、十四胺、十五胺、十六胺、十八胺、异丙胺、异戊胺、3,3-二甲基丁基胺这样的单烷基胺;N-乙基丁基胺、二丁胺、二戊胺、二己胺、二庚胺、二辛胺、二壬胺、二癸胺、N-甲基环己胺、二环己基胺这样的二烷基胺;三甲胺、三乙胺、三丙胺、三丁胺、三辛胺这样的三烷基胺等,可以使用它们中的1种或组合使用2种以上。
另外,作为多元烷基胺,例如可举出乙二胺、己二胺、二亚乙基三胺、三亚乙基四胺、四亚乙基五胺、五亚乙基六胺等二胺、双(六亚甲基)三胺等三胺等,可以使用它们中的1种或组合使用2种以上。
应予说明,使用酸性基团为磺酸基的酸性化合物时,在与官能团为碱性的氨基的嵌段化合物之间,通过中和(离子键)而形成盐,由此,酸性化合物被嵌段化合物嵌段化。即,作为酸性基团被嵌段化合物嵌段化的酸性化合物,形成磺酸胺盐。
另外,将酸固化剂具备的酸性基团的数量计为1时,优选以嵌段化合物的官能团的数量为0.1~1.9的方式在表面层3中含有嵌段化合物,更优选以0.3~1.7的方式在表面层3中含有嵌段化合物,进一步以0.5~1.5的方式在表面层3中含有嵌段化合物。
应予说明,酸性基团被嵌段化合物嵌段化的酸性化合物的制造方法没有特别限定。在酸性化合物为具有羧基的羧酸类、嵌段化合物为具有羟基的醇类或苯酚类的情况下,例如,可以通过将羧酸类与醇类或苯酚类混合,将浓硫酸等作为催化剂进行加热,从而发生脱水缩合反应,生成酸性基团被嵌段化的酸性化合物即羧酸酯。
另外,在酸性化合物为具有磺酸基的磺酸类、嵌段化合物为具有羟基的醇类或苯酚类的情况下,例如,可以通过将吡啶等作为溶剂使磺酰氯与醇类或苯酚类作用,生成酸性基团被嵌段化的酸性化合物即磺酸酯。
另一方面,在酸性化合物为具有羧基的羧酸类或具有磺酸基的磺酸类、嵌段化合物为具有氨基的胺类的情况下,例如,可以通过将羧酸类或磺酸类与胺类加热混合,发生中和反应,生成酸性基团被嵌段化的酸性化合物即羧酸类的盐或磺酸类的盐。
另外,作为酸固化性树脂,可举出呋喃树脂、酚醛树脂、三聚氰胺树脂、尿素树脂、氧杂环丁烷树脂等,可以使用它们中的1种或组合使用2种以上。其中,酸固化性树脂优选含有选自呋喃树脂和酚醛树脂中的至少1种。这些酸固化性树脂大多被认为在酸性化合物这样的酸(酸性化合物具备的酸性基团)的存在下,在室温程度的温度下容易固化,因此,特别适合在本发明中使用。另外,通过使用这些树脂,能够对表面层3赋予特别高的机械强度。
作为呋喃树脂,例如可举出糠醛树脂、糠醛酚醛树脂、糠醛酮树脂、糠醇树脂、糠醇酚醛树脂等。
作为酚醛树脂,可举出甲阶型酚醛树脂、亚烷基醚化甲阶型酚醛树脂、二亚甲基醚型酚醛树脂、氨基甲基型酚醛树脂、清漆型酚醛树脂、芳烷基型酚醛树脂、双环戊二烯型酚醛树脂等。
另外,在上述构成的被覆粒子1中,酸固化性树脂优选利用未进行由嵌段化合物引起的嵌段化的酸性化合物(酸性化合物的未嵌段物)的作用在100℃以下的温度下进行固化,更优选在75℃以下的温度下进行固化,进一步优选在25℃(室温)以下的温度下进行固化。通过使用上述酸固化性树脂,可以特别适合用于使用含有被覆粒子1的注入剂从位于较浅位置的地下层回收烃的情况。
另外,这样,即使酸固化性树脂在比较低的温度下利用酸性化合物的作用进行固化,在上述注入剂中,酸固化剂与酸固化性树脂中构成酸固化剂的酸性化合物的至少一部分酸性基团也被嵌段化合物嵌段化。因此,在嵌段化合物从酸性化合物脱离前,能够确实地抑制或防止酸固化性树脂的固化。
应予说明,优选酸性化合物的几乎全部酸性基团被嵌段化合物嵌段化,但也可以是酸性化合物的仅一部分(例如,优选为60%以上,更优选为75%以上,进一步优选为90%以上)的酸性基团被嵌段化合物嵌段化。
表面层3除了上述酸固化剂和酸固化性树脂的成分以外,还可以含有其它成分。
作为其它成分,例如可举出润滑剂(蜡)、偶联剂、强化剂等。例如,润滑剂具有提高流体与树脂(表面层3)的融合性(なじみ性)的功能、偶联剂具有提高核粒子2与表面层3的密合性的功能。
作为润滑剂,例如可举出亚乙基双硬脂酰胺、亚甲基双硬脂酰胺、羟基硬脂酰胺、硬脂酰胺、羟甲基硬脂酰胺、烃蜡、硬脂酸等。另一方面,作为偶联剂,例如可举出氨基硅烷、环氧硅烷、乙烯基硅烷这样的硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂等。
应予说明,在图1所示的本实施方式中,以核粒子2与表面层3直接接触的方式示出。然而,也可以在核粒子2与表面层3之间设置至少1层具有任意功能的中间层。作为上述中间层的功能,例如可举出提高核粒子2与表面层3的密合性的功能等。
上述构成的被覆粒子1例如可以使用以下所示的I~III的被覆粒子的制造方法来制造。
即,在I的被覆粒子的制造方法中,准备含有上述的酸固化性树脂和酸固化剂的树脂组合物,上述酸固化剂由酸性化合物构成,且该酸性化合物的至少一部分酸性基团被嵌段化,通过将该树脂组合物与核粒子2混合,将树脂组合物涂布于核粒子2的外表面、喷雾等操作,从而用含有树脂组合物的层被覆核粒子2的外表面的至少一部分,之后进行冷却,由此制造在核粒子2的外表面的至少一部分形成有表面层3的被覆粒子1。
另外,在I的被覆粒子的制造方法中,上述操作可以反复进行多次。这种情况下,在多次操作中,树脂组合物的组成可以相同也可以不同。应予说明,在I的被覆粒子的制造方法中,表面层3在其厚度方向以几乎均匀地混合有酸固化性树脂和酸固化剂(酸性化合物和酸性基团被嵌段化的酸性化合物)的状态形成于核粒子2的外表面的至少一部分。
另外,在II的被覆粒子的制造方法中,分别准备含有酸固化性树脂的第1树脂组合物和含有酸固化剂的第2树脂组合物,上述酸固化剂由酸性化合物构成,且该酸性化合物的至少一部分酸性基团被嵌段化,首先,在将第1树脂组合物和核粒子2混合后,进一步添加第2树脂组合物进行混合,从而用含有第1树脂组合物和第2树脂组合物的层被覆核粒子2的外表面的至少一部分,之后进行冷却,由此制造在核粒子2的外表面的至少一部分形成有表面层3的被覆粒子1。
另外,在II的被覆粒子的制造方法中,用上述含有第1树脂组合物和第2树脂组合物的层进行被覆的操作可以反复进行多次。这种情况下,在多次操作中,各树脂组合物的组成可以相同也可以不同。应予说明,在II的被覆粒子的制造方法中,表面层3在其厚度方向以酸固化性树脂与酸固化剂(酸性化合物和酸性基团被嵌段化的酸性化合物)中酸固化性树脂的含量从核粒子2侧向表面侧递减的状态形成于核粒子2的外表面的至少一部分。
此外,在III的被覆粒子的制造方法中,分别准备含有酸固化性树脂的第1树脂组合物和含有酸固化剂的第2树脂组合物,上述酸固化剂由酸性化合物构成,且该酸性化合物的至少一部分酸性基团被嵌段化,首先,将第1树脂组合物与核粒子2混合,之后进行冷却,其后,通过进一步添加第2树脂组合物进行混合(涂抹),从而用含有第1树脂组合物的层与含有第2树脂组合物的层的层叠体被覆核粒子2的外表面的至少一部分,制造在核粒子2的外表面的至少一部分形成有表面层3的被覆粒子1。
另外,在III的被覆粒子的制造方法中,用上述含有第1树脂组合物的层和含有第2树脂组合物的层进行被覆的操作可以反复进行多次。这种情况下,在多次操作中,各树脂组合物的组成可以相同也可以不同。应予说明,在III的被覆粒子的制造方法中,表面层3在其厚度方向以从核粒子2侧依次层叠含有酸固化性树脂的层与含有酸固化剂(酸性化合物和酸性基团被嵌段化的酸性化合物)的层而得的层叠体的形式形成于核粒子2的外表面的至少一部分。
应予说明,在I~III的被覆粒子的制造方法中使用的酸固化性树脂的重均分子量优选为200~50000,更优选为2000~30000。含有上述重均分子量的酸固化性树脂的树脂组合物(第1树脂组合物)具有较低的粘度。因此,能够容易且可靠地进行树脂组合物与核粒子2的混合。
由于树脂组合物(第1树脂组合物)中含有的酸固化性树脂的量根据表面层3中的酸固化性树脂的目标量进行设定,因此不限定于特定值,但优选为70质量%~99质量%,更优选为85质量%~99质量%。
另外,树脂组合物(第2树脂组合物)中含有的酸固化剂的量根据表面层3中的酸固化剂的目标量进行设定,因此不限定于特定值,但优选为0.001质量%~15质量%,更优选为0.05质量%~6质量%。
应予说明,通过将树脂组合物中含有的酸固化性树脂和酸固化剂的量设定为上述范围内的值,能够防止树脂组合物的粘度变高。其结果,能够容易地处理树脂组合物。
树脂组合物(第1和第2树脂组合物)可以含有能够溶解或分散上述各成分的液剂。由此,能够容易地调整树脂组合物的粘度。树脂组合物含有液剂时,用树脂组合物被覆核粒子2的外表面的至少一部分后,例如,优选利用风干等从树脂组合物除去液剂。由此,能够防止树脂组合物(表面层3)从核粒子2脱落,并且也能够使表面层3的厚度均匀。
作为上述液剂,例如可举出水、甲醇、乙醇、丙醇这样的醇系液剂、丙酮、甲乙酮这样的酮系液剂、乙酸甲酯、乙酸乙酯这样的酯系液剂等。应予说明,液剂也可以使用这些化合物的1种或组合使用2种以上。
应予说明,在应用I~III的被覆粒子的制造方法而制造的被覆粒子1中,在使表面层3中含有的酸固化性树脂为固化状态或半固化状态的情况下,对形成于核粒子2的外表面的表面层3进行加热,由此能够容易地进行该酸固化性树脂的固化。
此时,在本发明中,设计成:表面层3中含有的酸性化合物的至少一部分以通过嵌段化合物与其酸性基团进行化学键合而被嵌段化的状态存在,通过加热表面层3而脱离。因此,可以将该加热时的加热温度设定得较低,从而能够实现减少加热所需的能量。
加热表面层3的加热温度优选为30℃~250℃,更优选为60℃~200℃。
另外,加热表面层3的加热时间优选为0.1分钟~60分钟,更优选为0.1分钟~5分钟。
通过将加热表面层3的条件设定在上述范围内,能够可靠地使表面层3中含有的酸固化性树脂为固化状态或半固化状态。
另外,作为加热表面层3的方法,没有特别限定。例如,可以在核粒子2的外表面形成表面层3后,加热表面层3,也可以通过预先加热核粒子2,其后,在该核粒子2上形成表面层3,加热表面层3。
如上所述的多个被覆粒子1在填充于在地下层中形成的裂缝时,被分散于用于将被覆粒子1输送至裂缝的流体中而制备注入剂。上述注入剂介由到达地下层的钻孔被输送并被注入到裂缝。
作为用于制备注入剂的流体,优选与在地下层形成裂缝时使用的流体相同的流体。上述流体在25℃的粘度优选为10mPa·s~500mPa·s,更优选为15mPa·s~300mPa·s,进一步优选为20mPa·s~100mPa·s。通过使用这样的粘度的流体,能够可靠地形成裂缝。而且能够提高被覆粒子1在注入剂中的分散性,能够高效地将被覆粒子1输送和填充至裂缝。
这样的流体以水为主成分,优选含有选自溶剂、粘度调节剂、表面活性剂、破乳剂、粘度稳定剂、胶凝剂和稳定剂中的至少1种化合物。通过使用这样的化合物,能够将液体的粘度容易且可靠地调节到上述范围内的值。
注入剂中含有的被覆粒子1的量优选为1重量%~99重量%左右,更优选为5重量%~90重量%。对于含有上述量的被覆粒子1的注入剂,无论流体的粘度如何,都能够稳定地分散被覆粒子1。
接下来,对从地下层回收烃的方法进行说明。
图3是用于说明从地下层回收烃的方法的概念图。
[1]首先,如图3所示,从地表S沿垂直方向挖掘钻孔91直到含有烃的目标地下层L。其后,在钻孔91到达地下层L后,改变挖掘方向,沿地下层L内的水平方向按规定的距离挖掘钻孔91。
[2]接下来,将流体以规定的速度和压力介由钻孔91注入到地下层L。此时,流体逐渐破坏地下层L的脆弱部分,在地下层L中形成与钻孔91连通的多个裂缝92。
[3]接着,代替流体将注入剂以规定的速度和压力介由钻孔91注入到地下层L。此时,注入剂被注入到各裂缝92,多个被覆粒子1被填充于各裂缝92。即,本工序[3]相当于本发明的填充方法(将注入剂注入到裂缝92的方法)。
应予说明,优选使注入剂中的被覆粒子1的量逐渐增加地进行该工序[3]。由此,能够将被覆粒子1可靠且高密度地填充于各裂缝92。
这样,通过将被覆粒子1填充于各裂缝92,能够防止各裂缝92因地中的压力而闭塞。特别是在将被覆粒子1填充于裂缝前,酸固化性树脂为固化状态的情况下,能够在将被覆粒子1填充于各裂缝92的同时可靠地发挥作为表面层3的功能。因此,即使核粒子2因地中的压力而崩解,也能够确实地抑制或防止核粒子2的碎片散逸。另外,在将被覆粒子1填充于各裂缝92之后,嵌段化合物从残留于表面层3中的被嵌段化的酸性化合物中脱离,能够使相互接触的存在于被覆粒子1的表面层3的表面附近的酸固化性树脂彼此发生反应。因此,能够使被覆粒子1彼此早期固定在各裂缝92中,能够抑制或防止被覆粒子1从各裂缝92流出。
另外,在将被覆粒子1填充于裂缝前,酸固化性树脂为半固化状态或未固化状态的情况下,嵌段化合物不从表面层3中含有的大部分酸性化合物中脱离,而是与酸性化合物所具备的酸性基团进行化学键合,由此将酸性化合物嵌段化。由此,能够抑制或防止酸性化合物与酸固化性树脂在不必要的位置进行接触(反应)而使酸固化性树脂固化。另一方面,在必要的位置(即裂缝92),通过嵌段化合物从酸性化合物脱离,酸性化合物与酸固化性树脂进行接触(反应)而能够使酸固化性树脂固化。这样,能够在必要的位置(即裂缝92)选择性地使酸固化性树脂固化,能够提高表面层3的强度。由此,能够更可靠地确保地下层的被覆粒子1填充部位(地下层的裂缝)的流体渗透性。
[4]接下来,利用设置于地表S的泵P并介由各裂缝92和钻孔91,从地下层L回收烃。
以上,基于实施方式对本发明的被覆粒子、注入剂和填充方法进行了说明,但本发明不限定于此。
实施例
以下,基于实施例更具体地说明本发明。
1.被覆粒子的制造
[实施例1]
首先,分别准备对甲苯磺酸甲酯(通过形成磺酸酯键而被嵌段化的酸性化合物;东京化成工业公司制,“Methylp-Toluenesulfonate”)作为酸性基团被嵌段化的酸性化合物,准备糠醇树脂作为酸固化性树脂,准备平均粒子尺寸为400μm的压裂砂(砂粒子)作为核粒子。
接下来,将该压裂砂100重量份加热至100℃,投入到混合机后,添加糠醇树脂3重量份,进行120秒混合,用含有糠醇树脂的层被覆压裂砂的各粒子。接着,向其中添加0.3重量份的对甲苯磺酸甲酯,进行300秒混合,使上述层充分含浸对甲苯磺酸甲酯,并且通过对甲苯磺酸甲酯的脱甲基化(嵌段化的解除)使糠醇树脂固化而得到被覆粒子。
应予说明,表面层覆盖压裂砂的各粒子的外表面的整体(100%),其平均厚度为10μm。应予说明,该被覆粒子表面的状态(表面层的状态)利用光学显微镜进行观察。
[实施例2]
使用对甲苯磺酸胺盐(通过形成磺酰胺键而被嵌段化的酸性化合物;楠本化成公司制,“NACURE2500”)作为酸性基团被嵌段化的酸性化合物,除此以外,与上述实施例1同样地制成被覆粒子。
[比较例]
代替酸性基团被嵌段化的酸性化合物,使用对甲苯磺酸作为酸固化剂(酸性基团未被嵌段化的酸性化合物),除此以外,与上述实施例1同样地制成被覆粒子。
2.评价
2-1.破碎试验
将各实施例和比较例中得到的被覆粒子40g投入砂破坏模具(有限公司奥山金型制作所制),以转速14000psi升压1分钟,保压2分钟,由此进行破碎试验。
2-2.流体渗透性
流体渗透性使用图4所示的测定装置进行测定。
该测定装置10具备:可送液的泵11、可收纳被覆粒子且能对收纳的被覆粒子进行加压的加压机12、连接泵11与加压机12的导管13、以及同加压机12的与泵11相反的一侧连接的导管14。另外,在导管13、14分别设有能够测定在其内部流通的液体的压力的压力传感器15、16。
在这样的测定装置10中,将液体从泵11介由导管13输送至加压机12,通过加压机12内的液体介由导管14被排出。此时,利用压力传感器15、16测定在导管13、14的内部流通的液体的压力,求出其压力差,由此可以将该压力差作为加压机12的内部(被覆粒子填充部位)的液体渗透性。
应予说明,在实际测定流体渗透性时,使用2%氯化钾水溶液作为液体,将从泵11输送的液体的压力设定为10Kpsi。
在这些结果中,各实施例中得到的被覆粒子在破碎试验中的微粉产生量没有差别,另外,比较例中得到的被覆粒子也没有差别。
另一方面,各实施例中得到的被覆粒子与比较例中得到的被覆粒子相比,结果显示明显高的流体渗透性。认为这是由于,比较例中使用酸性基团未被嵌段化的酸性化合物即对甲苯磺酸,因此仅被覆粒子的表面层的表面附近为固化状态。认为这样的状态因如下原因而产生,即,在制成被覆粒子时,在对甲苯磺酸与含有糠醇树脂的层接触的同时使存在于其表面附近的糠醇树脂固化,另一方面,对甲苯磺酸不能渗透到层的内部而不能使糠醇树脂的固化反应充分进行。
产业上的可利用性
根据本发明,被填充于在地下层中形成的裂缝内的被覆粒子具备:具有外表面的核粒子、和对核粒子的外表面的至少一部分进行被覆的表面层,表面层含有酸固化剂和在酸的存在下进行固化的酸固化性树脂,酸固化剂由具备酸性基团的酸性化合物构成,且酸性化合物的至少一部分酸性基团被对酸性基团具有反应性的嵌段化合物嵌段化。由此,能够提供被填充于地下层形成的裂缝且可确保其高的流体渗透性的被覆粒子、含有被覆粒子的注入剂、和将上述注入剂注入到裂缝的填充方法。因此,本发明具有产业上的可利用性。
Claims (21)
1.一种被覆粒子,是被填充到在地下层中形成的裂缝内的多个被覆粒子,其特征在于,
各所述被覆粒子具备:具有外表面的核粒子和被覆该核粒子的所述外表面的至少一部分的表面层,
所述表面层含有酸固化剂和在酸的存在下进行固化的酸固化性树脂,
所述酸固化剂由具备酸性基团的酸性化合物构成,该酸性化合物的至少一部分所述酸性基团被对该酸性基团具有反应性的嵌段化合物嵌段化。
2.根据权利要求1所述的被覆粒子,其中,所述嵌段化合物具备官能团,该官能团与所述酸性化合物的所述酸性基团进行化学键合而将所述酸性化合物嵌段化。
3.根据权利要求2所述的被覆粒子,其中,所述嵌段化合物的所述官能团含有选自羟基和氨基中的至少1种。
4.根据权利要求2或3所述的被覆粒子,其中,所述嵌段化合物是具备羟基作为所述官能团的烷基醇。
5.根据权利要求4所述的被覆粒子,其中,所述烷基醇为一元烷基醇。
6.根据权利要求2或3所述的被覆粒子,其中,所述嵌段化合物是具备氨基作为所述官能团的烷基胺。
7.根据权利要求2~6中任一项所述的被覆粒子,其中,将所述酸固化剂的所述酸性基团的数量计为1时,以所述嵌段化合物的所述官能团的数量为0.1~1.9的方式在所述表面层中含有所述嵌段化合物。
8.根据权利要求1~7中任一项所述的被覆粒子,其中,所述酸性化合物的所述酸性基团含有磺酸基。
9.根据权利要求8所述的被覆粒子,其中,所述酸性化合物含有选自对甲苯磺酸、苯磺酸、十二烷基苯磺酸、苯酚磺酸、萘磺酸、二壬基萘磺酸和二壬基萘二磺酸中的至少1种。
10.根据权利要求1~9中任一项所述的被覆粒子,其中,所述表面层中含有的所述酸固化剂的量相对于所述酸固化性树脂100质量份为0.1质量份~20质量份。
11.根据权利要求1~10中任一项所述的被覆粒子,其中,所述酸固化性树脂通过所述酸性化合物的作用在100℃以下的温度下进行固化。
12.根据权利要求1~11中任一项所述的被覆粒子,其中,所述酸固化性树脂含有选自呋喃树脂和酚醛树脂中的至少1种。
13.根据权利要求1~12中任一项所述的被覆粒子,其中,所述酸固化性树脂为固化状态、半固化状态或未固化状态。
14.根据权利要求1~13中任一项所述的被覆粒子,其中,所述表面层的平均厚度为0.5μm~20μm。
15.根据权利要求1~14中任一项所述的被覆粒子,其中,所述表面层被覆所述核粒子的所述外表面的50%~100%。
16.根据权利要求1~15中任一项所述的被覆粒子,其中,所述多个核粒子包含砂粒子和陶瓷粒子中的至少1种。
17.根据权利要求1~16中任一项所述的被覆粒子,其中,所述多个核粒子的平均粒子尺寸为100μm~3000μm。
18.一种注入剂,是被注入到在地下层中形成的裂缝内的注入剂,其特征在于,含有:
权利要求1~17中任一项所述的被覆粒子、和
用于分散该被覆粒子并将所述被覆粒子输送到所述裂缝的流体。
19.根据权利要求18所述的注入剂,其中,所述流体含有溶剂、粘度调节剂、表面活性剂、破乳剂、粘度稳定剂、胶凝剂和稳定剂中的至少1种。
20.根据权利要求18或19所述的注入剂,其中,该注入剂中含有的所述被覆粒子的量为1重量%~99重量%。
21.一种填充方法,其特征在于,将权利要求18~20中任一项所述的注入剂介由到达所述地下层的钻孔输送到在地下层中形成的裂缝,将所述注入剂注入到所述裂缝,由此将所述粒子填充于所述裂缝。
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