RU2621239C2 - Self-suspending proppants for hydraulic fracturing - Google Patents

Self-suspending proppants for hydraulic fracturing Download PDF

Info

Publication number
RU2621239C2
RU2621239C2 RU2014145131A RU2014145131A RU2621239C2 RU 2621239 C2 RU2621239 C2 RU 2621239C2 RU 2014145131 A RU2014145131 A RU 2014145131A RU 2014145131 A RU2014145131 A RU 2014145131A RU 2621239 C2 RU2621239 C2 RU 2621239C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
proppant
polymer
hydrogel
sand
modified
Prior art date
Application number
RU2014145131A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2014145131A (en
Inventor
Роберт П. МАХОНИ
Дэвид С. СОУН
Мари К. ХЭРРИНГ
Кевин П. КИНКЕЙД
Роза Касадо ПОРТИЛЛА
Филип ВУТРИХ
Original Assignee
Селф-Саспендинг Проппант Ллс
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from US13/599,828 external-priority patent/US9315721B2/en
Application filed by Селф-Саспендинг Проппант Ллс filed Critical Селф-Саспендинг Проппант Ллс
Publication of RU2014145131A publication Critical patent/RU2014145131A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2621239C2 publication Critical patent/RU2621239C2/en

Links

Images

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C09DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09KMATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K8/00Compositions for drilling of boreholes or wells; Compositions for treating boreholes or wells, e.g. for completion or for remedial operations
    • C09K8/60Compositions for stimulating production by acting on the underground formation
    • C09K8/80Compositions for reinforcing fractures, e.g. compositions of proppants used to keep the fractures open
    • C09K8/805Coated proppants
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C09DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09KMATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K8/00Compositions for drilling of boreholes or wells; Compositions for treating boreholes or wells, e.g. for completion or for remedial operations
    • C09K8/60Compositions for stimulating production by acting on the underground formation
    • C09K8/62Compositions for forming crevices or fractures
    • C09K8/66Compositions based on water or polar solvents
    • C09K8/68Compositions based on water or polar solvents containing organic compounds
    • C09K8/685Compositions based on water or polar solvents containing organic compounds containing cross-linking agents
    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E21EARTH DRILLING; MINING
    • E21BEARTH DRILLING, e.g. DEEP DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B43/00Methods or apparatus for obtaining oil, gas, water, soluble or meltable materials or a slurry of minerals from wells
    • E21B43/25Methods for stimulating production
    • E21B43/26Methods for stimulating production by forming crevices or fractures
    • E21B43/267Methods for stimulating production by forming crevices or fractures reinforcing fractures by propping
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10STECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S507/00Earth boring, well treating, and oil field chemistry
    • Y10S507/922Fracture fluid
    • Y10S507/924Fracture fluid with specified propping feature
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10TTECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T428/00Stock material or miscellaneous articles
    • Y10T428/25Web or sheet containing structurally defined element or component and including a second component containing structurally defined particles
    • Y10T428/252Glass or ceramic [i.e., fired or glazed clay, cement, etc.] [porcelain, quartz, etc.]

Abstract

FIELD: mining.
SUBSTANCE: modified proppant contains the particle of proppant substrate, coated with a polymer hydrogel, wherein the mentioned particle contains a resin-coated proppant and the adhesion promoter, bonding them. The manufacturing method of the mentioned proppant includes the provision of the substrate particle and a composition, containing the coating precursor, application of this coating to the substrate particle and polymerization, forming the mentioned proppant. The composition for hydraulic fracturing contains the above mentioned proppant and oxidating or enzymatic breaker fluid. The invention is developed in the formula dependent claims.
EFFECT: stability of proppant increase in the hydraulic fracturing.
15 cl, 59 ex, 30 tbl, 14 dwg

Description

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИFIELD OF TECHNOLOGY

[0001] Настоящая заявка в целом относится к системам, составам и способам разрыва пласта.[0001] This application generally relates to fracturing systems, compositions, and methods.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИBACKGROUND

[0002] В процессе извлечения нефти и/или газа из скважины часто возникает необходимость интенсифицировать приток углеводородов посредством гидравлического разрыва пласта. Термин «разрыв пласта» относится к методу закачивания текучей среды в буровую скважину, пока давление внутри нее не достигнет уровня, достаточного для разрушения подземных геологических формаций, в которых заключены добываемые материалы. Данный процесс приводит к образованию трещин и разломов, вскрывающих нижележащий слой, в результате чего углеводородный продукт начинает более интенсивно поступать в ствол скважины. Однако если при этом не поддерживать давление, вновь образовавшиеся проходы закрываются. Для того чтобы держать канал притока в открытом состоянии, вместе с жидкостью для гидроразрыва в скважину также подается расклинивающий агент или «проппант», который способствует сохранению раскрытого канала. По мере формирования разрыва проппанты подаются в буровой раствор, где они, после сброса гидравлического давления, образуют предохранительную пробку или расклиниватель, который удерживает трещины открытыми.[0002] In the process of extracting oil and / or gas from a well, it often becomes necessary to intensify the flow of hydrocarbons by hydraulic fracturing. The term "fracturing" refers to the method of pumping fluid into a borehole until the pressure inside it reaches a level sufficient to destroy the underground geological formations in which the produced materials are enclosed. This process leads to the formation of cracks and faults, revealing the underlying layer, as a result of which the hydrocarbon product begins to flow more intensively into the wellbore. However, if pressure is not maintained, the newly formed passages close. In order to keep the inflow channel open, along with hydraulic fracturing fluid, a proppant or “proppant” is also fed into the well, which helps to maintain the open channel. As the fracture forms, proppants are fed into the drilling fluid, where they, after the hydraulic pressure is released, form a safety plug or proppant that keeps the cracks open.

[0003] Для доставки проппанта в трещину его частицы суспендируют в текучей среде, которую затем закачивают в заданное место в подземном пласте. Для предотвращения седиментации частиц часто приходится использовать высоковязкие среды. Вязкость текучей среды регулируют, как правило, введением синтетических или природных полимеров. Для суспендирования и транспортировки проппантов во время проведения операций по гидроразрыву пласта обычно применяют три типа систем текучих сред с полимерами: вода с небольшой добавкой несшитого полимера; линейный гель и сшитый гель.[0003] To deliver proppant to a fracture, its particles are suspended in a fluid, which is then pumped to a predetermined location in the subterranean formation. To prevent sedimentation of particles, it is often necessary to use highly viscous media. The viscosity of the fluid is usually controlled by the introduction of synthetic or natural polymers. Three types of fluid systems with polymers are usually used to suspend and transport proppants during hydraulic fracturing operations: water with a small amount of cross-linked polymer; linear gel and crosslinked gel.

[0004] В системах на водной основе с добавкой несшитого полимера в качестве понизителя трения обычно используется анионный или катионный полиакриламид, что позволяет обеспечить максимальный поток текучей среды при минимальной мощности насосов. Поскольку требования к мощности насосов, используемых для гидравлического разрыва пласта, достаточно высокие и составляют порядка 10000-100000 л.с., понизитель трения добавляют к жидкостям с несшитым полимером с целью обеспечить высокую производительность насосной установки и избежать необходимости использовать более мощные агрегаты. Несмотря на то, что данные полимеры эффективны как понизители трения, их эффективность в качестве загустителей и суспендирующих агентов невысока. Растворы с добавкой несшитого полимера обычно содержат 0,5-2,0 галлона полимера-понизителя трения на 1000 галлонов жидкости, при этом растворы характеризуются низкой вязкостью - порядка 3-15 сП. При столь низкой вязкости, в условиях прекращения турбулентного режима потока суспензии взвешенные частицы проппанта могут легко седиментироваться. По этой причине жидкости с добавкой несшитого полимера используются на стадиях гидроразрыва, в которых проппант или не используется, или используется проппант с малым размером частиц или в условиях низких нагрузок на проппант.[0004] In water-based systems with the addition of a non-crosslinked polymer, anionic or cationic polyacrylamide is usually used as a friction reducer, which allows for maximum fluid flow with minimum pump power. Since the requirements for the power of the pumps used for hydraulic fracturing are quite high and amount to about 10,000-100,000 hp, the friction reducer is added to fluids with non-crosslinked polymer in order to ensure high performance of the pump unit and to avoid the need to use more powerful units. Despite the fact that these polymers are effective as friction reducers, their effectiveness as thickeners and suspending agents is low. Solutions with the addition of a non-crosslinked polymer usually contain 0.5-2.0 gallons of a friction reducing polymer per 1000 gallons of liquid, while the solutions are characterized by a low viscosity of about 3-15 cP. At such a low viscosity, under conditions of cessation of the turbulent regime of the suspension flow, suspended proppant particles can easily sediment. For this reason, fluids with the addition of a non-crosslinked polymer are used at fracturing stages in which proppant is either not used or proppant with a small particle size or under low proppant loads is used.

[0005] Второй тип систем текучих сред с полимерными добавками получил название систем с линейным гелем. Системы с линейным гелем содержат, как правило, карбогидратные полимеры, такие как гуар, гидроксиэтилцеллюлозу, гидроксиэтилгуар, гидроксипропилгуар и гидроксипропилцеллюлозу. Рабочий расход полимеров линейных гелей составляет обычно 10-50 фунтов (4,5-22,7 кг) полимера на 1000 галлонов (3785 л) жидкости с линейным гелем. Такие концентрации полимера линейного геля позволяют получить жидкость с более высокими характеристиками суспендирования проппанта по сравнению с жидкостью с добавкой несшитого полимера. Жидкости с линейными гелями используются для транспортировки проппантов при уровнях загрузки от 0,1 до 1 фунта (45,4-454 г) проппанта на галлон (3,79 л) жидкости. Выше указанного уровня загрузки проппанта, получаемый в результате более вязкий раствор, как правило, подразумевает применение стабильной суспензии.[0005] The second type of polymer fluid system is called linear gel systems. Linear gel systems typically contain carbohydrate polymers such as guar, hydroxyethyl cellulose, hydroxyethyl guar, hydroxypropyl guar and hydroxypropyl cellulose. Linear gel polymers typically have a flow rate of 10-50 pounds (4.5-22.7 kg) of polymer per 1000 gallons (3785 L) of linear gel fluid. Such polymer concentrations of the linear gel make it possible to obtain a liquid with higher proppant suspension characteristics compared to a liquid with the addition of an uncrosslinked polymer. Linear gel fluids are used to transport proppants at loading levels of 0.1 to 1 pound (45.4-454 g) of proppant per gallon (3.79 L) of liquid. Above the indicated proppant loading level, the resulting more viscous solution usually implies the use of a stable suspension.

[0006] Сшитый гель является самым вязким типом жидкости с полимерными добавками, которые используются для перемещения проппанта. В системах со сшитым гелем, описанная выше жидкость с линейным гелем сшивается добавлением реагентов, таких как борат, цирконат и титанат в присутствии щелочного металла. В результате вязкость жидкости, полученной после сшивания жидкости с линейным гелем, становится значительно выше, что обеспечивает эффективное суспендирование проппантов. Жидкости с линейным и сшитым гелем имеют определенные преимущества, но для их приготовления требуется высокий расход дорогостоящего полимера.[0006] Crosslinked gel is the most viscous type of fluid with polymer additives that are used to move proppant. In crosslinked gel systems, the linear gel fluid described above is crosslinked by the addition of reagents such as borate, zirconate and titanate in the presence of an alkali metal. As a result, the viscosity of the liquid obtained after crosslinking the liquid with a linear gel becomes significantly higher, which ensures effective suspension of proppants. Liquids with linear and crosslinked gel have certain advantages, but their preparation requires a high consumption of expensive polymer.

[0007] Предпочтительным способом улучшения эксплуатационных качеств проппантов в системах гидравлического разрыва пласта могло бы быть модифицирование их частиц. Во-первых, если бы частицы проппанта были более плавучими, появилась бы возможность использовать для приготовления суспензии менее вязкие жидкости, при этом перемещение частиц в нужную зону разрыва пласта осуществлялось бы с меньшими усилиями. Во-вторых, желательно, чтобы после закачки в трещину проппанты оставались в местах укладки в течение всего периода эксплуатации скважины. Изменения внутри пласта во время эксплуатации скважины могут привести к выносу проппантов из места их расположения, выходу из строя технологического оборудования и снижению проницаемости породы-коллектора вследствие закупоривания пор вытесненными проппантами. В-третьих, будучи помещены в место расклинивания, проппанты должны обладать устойчивостью к напряжениям, вызывающих смыкание трещины. Напряжения смыкания могут варьироваться от 1172 МПа (1700 psi) в скважинах сланцевого газа до 10342 МПа (15000 psi) и выше для глубоких, высокотемпературных («горячих») скважин. Необходимо соблюдать осторожность, поскольку под воздействием этих напряжений проппанты могут быть разрушены до состояния мелкодисперсных частиц и вынесены в места в скважине, нежелательные с точки зрения воздействия на оборудование. Целесообразно, чтобы проппант был устойчив к процессам преобразования породы при операциях по гидравлическому разрыву пласта. Высокие давления и температуры в сочетании с химическими реагентами жидкостей для гидроразрыва могут негативно влиять на свойства частиц проппанта, приводя к их диагенезу и, с течением времени, к образованию мелкодисперсных твердых частиц, их масштабированию и снижению продуктивности скважины.[0007] A preferred way to improve proppant performance in hydraulic fracturing systems would be to modify their particles. Firstly, if the proppant particles were more buoyant, it would be possible to use less viscous liquids to prepare the suspension, and the particles would be moved to the desired fracture zone with less effort. Secondly, it is desirable that, after injection into the fracture, the proppants remain in the laying areas throughout the entire life of the well. Changes within the formation during well operation can lead to proppant removal from their location, failure of process equipment and reduced permeability of the reservoir rock due to clogging of pores by displaced proppants. Thirdly, being placed in the wedging site, the proppants must be resistant to stresses that cause the crack to close. Closing stresses can vary from 1172 MPa (1700 psi) in shale gas wells to 10342 MPa (15000 psi) and higher for deep, high-temperature (“hot”) wells. Care must be taken, because under the influence of these stresses, proppants can be destroyed to the state of fine particles and taken to places in the well that are undesirable from the point of view of impact on the equipment. It is advisable that the proppant be resistant to the processes of transformation of the rock during operations on hydraulic fracturing. High pressures and temperatures in combination with hydraulic agents for fracturing fluids can adversely affect the properties of proppant particles, leading to their diagenesis and, over time, the formation of finely divided solid particles, their scaling, and lowering well productivity.

[0008] Решить эти проблемы призваны современные расклинивающие системы и жидкости для гидроразрыва пласта с полимерными добавками; таким образом, проппанты могут быть доставлены к месту укладки жидкостями для гидроразрыва, оставаться в месте укладки после их доставки в требуемое место и выдерживать напряжения, вызывающие смыкание трещин в продуктивном пласте. Одним из способов приготовления соответствующих проппантов является покрытие частиц расклинивающего материала смолами. Покрытый смолами проппант может быть полностью отвержденным или частично отвержденным. При полном отверждении смолой обеспечивается сопротивление раздавливанию основы проппанта за счет распределения напряжений между частицами. Кроме того, полностью отвержденная смола способствует снижению миграции тонких частиц за счет инкапсулирования частицы проппанта. Частично отвержденная смола может быть отверждена полностью после помещения в трещину. Способ может оказаться столь же эффективным, как и при использовании полностью отвержденной смолы. В то же время смолы могут снижать проницаемость и пропускающую способность трещины даже при том, что проппанты удерживают ее в раскрытом состоянии. Кроме того, смолы могут разрушаться, что влечет потерю преимуществ их использования. Системы на основе смол обычно достаточно дорогие, к тому же в суспензиях они проявляют склонность к выпадению в осадок.[0008] Modern proppants and fracturing fluids with polymer additives are designed to solve these problems; Thus, the proppants can be delivered to the place of laying with hydraulic fracturing fluids, remain at the place of laying after they are delivered to the desired location and withstand the stresses that cause fractures to close in the reservoir. One way to prepare the appropriate proppants is to coat the proppant particles with resins. The resin coated proppant may be fully cured or partially cured. When fully cured with resin, resistance to crushing of the proppant base is ensured by stress distribution between particles. In addition, a fully cured resin helps to reduce the migration of fine particles by encapsulating a proppant particle. The partially cured resin can be completely cured after being placed in the crack. The method may prove to be as effective as using a fully cured resin. At the same time, resins can reduce the permeability and transmittance of a crack even though proppants keep it open. In addition, resins can break down, which entails the loss of their benefits. Resin-based systems are usually quite expensive, and in suspension they tend to precipitate.

[0009] Вдобавок, существуют проблемы в области охраны труда, техники безопасности и охраны окружающей среды, связанные с обработкой и изготовлением проппантов. Так, например, в песчаных образованиях естественного происхождения часто обнаруживают мелкодисперсные частицы («пыль») кристаллического диоксида кремния. Тонкие частицы этого вещества, известные как дыхательная фракция, могут получаться в результате обработки и производства гранулированного песка для гидроразрыва. При продолжительном воздействии такая пыль может представлять опасность для рабочих, приводя к таким тяжелым легочным заболеваниям как силикоз, хроническая обструктивная болезнь легких, рак легких и т.п. Помимо влияния на здоровье человека, пыль также может быть причиной таких вредных воздействий, как засорение оборудования и загрязнение окружающей среды.[0009] In addition, there are problems in the field of labor protection, safety and environmental protection related to the processing and manufacture of proppants. For example, in sand formations of natural origin, finely dispersed particles (“dust”) of crystalline silicon dioxide are often found. Fine particles of this substance, known as the respiratory fraction, can be obtained from the processing and production of granular sand for fracking. With prolonged exposure, such dust can be dangerous for workers, leading to severe pulmonary diseases such as silicosis, chronic obstructive pulmonary disease, lung cancer, etc. In addition to affecting human health, dust can also cause harmful effects such as equipment clogging and environmental pollution.

[0010] Другой подход для получения соответствующих задачам проппантов заключается в смешивании добавок с собственно проппантом, например, волокнами, частицами эластомеров и т.п. Однако при этом добавки способны негативно влиять на реологические свойства транспортирующего раствора, затрудняя доставку проппантов к месту укладки в трещине. Кроме того, использование добавок может создавать препятствия для равномерной укладки расклинивающей смеси в месте разрыва. Несмотря на то, что в данной области техники известны способы, направленные на ограничение вредного воздействия проппантов, определенные проблемы все же остаются. Таким образом, в области техники существует потребность в более совершенных расклинивающих системах, которые обеспечивали бы их точное размещение в трещине, поддержку проницаемости в трещине после размещения, сохранение производительности скважины и ресурса оборудования, упрощали операции гидравлического разрыва, уменьшали воздействие на окружающую среду, а также способствовали бы повышению уровня производственной гигиены и безопасности труда. Кроме того желательно, чтобы такие улучшенные системы были еще и экономически эффективными.[0010] Another approach for obtaining proppant-appropriate tasks is to mix the additives with the proppant itself, such as fibers, elastomer particles, and the like. However, in this case, additives can negatively affect the rheological properties of the transporting solution, making it difficult to deliver proppants to the place of laying in the crack. In addition, the use of additives can create obstacles to evenly spread the proppant mixture at the fracture site. Despite the fact that methods are known in the art for limiting the harmful effects of proppants, certain problems still remain. Thus, in the technical field there is a need for more advanced proppant systems that would ensure their precise placement in the fracture, support permeability in the fracture after placement, maintaining well productivity and equipment life, simplify hydraulic fracturing operations, reduce environmental impact, and would contribute to improving occupational health and safety. In addition, it is desirable that such improved systems are also cost-effective.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯSUMMARY OF THE INVENTION

[0011] Настоящее изобретение относится к модифицированным проппантам, состоящим из частиц расклинивающего агента и гидрогелевого покрытия, и отличающихся тем, что гидрогелевое покрытие локализуется на поверхности частиц расклинивающего агента, с образованием модифицированного проппанта. Частицы проппанта могут представлять собой твердые вещества, такие как песок, боксит, спеченный боксит, керамику или проппант низкой плотности. Как вариант или дополнительно, частица проппанта содержит субстрат с полимерным покрытием. Необязательно, модифицированный проппант дополнительно содержит усилитель адгезии, необязательно, скрепляющий гидрогелевое покрытие с субстратом с полимерным покрытием. Гидрогелевое покрытие предпочтительно содержит водонабухающий полимер. Гидрогелевое покрытие может быть изготовлено из водорастворимого полимера. Предпочтительная среднемассовая молекулярная масса полимера составляет ≥ примерно 1 миллиона г/моль, предпочтительно ≥ примерно 5 миллионов г/моль. Предпочтительно проппант является сухим, сыпучим в сухом виде и/или сыпучим после воздействия относительной влажности примерно 80%-90% в течение одного часа при 25-35°C. Гидрогелевое покрытие предпочтительно износостойкое и обладает сдвиговым отношением, определенным согласно аналитическому испытанию на сдвиг, ≥0,6.[0011] The present invention relates to modified proppants consisting of proppant particles and a hydrogel coating, and characterized in that the hydrogel coating is localized on the surface of the proppant particles to form a modified proppant. The proppant particles can be solids, such as sand, bauxite, sintered bauxite, ceramic, or low density proppant. Alternatively or additionally, the proppant particle comprises a polymer coated substrate. Optionally, the modified proppant further comprises an adhesion promoter, optionally bonding a hydrogel coating to a polymer coated substrate. The hydrogel coating preferably contains a water swellable polymer. The hydrogel coating may be made of a water-soluble polymer. A preferred weight average molecular weight of the polymer is ≥ about 1 million g / mol, preferably ≥ about 5 million g / mol. Preferably, the proppant is dry, free-flowing in dry form and / or free-flowing after exposure to relative humidity of about 80% -90% for one hour at 25-35 ° C. The hydrogel coating is preferably wear resistant and has a shear ratio determined according to the analytical shear test, ≥0.6.

[0012] Настоящее изобретение относится к способам получения проппантов и к проппантам, изготовленным посредством указанных способов. Предпочтительно, гидрогелевое покрытие наносят на частицу проппанта в виде жидкого состава покрытия, который высыхает с образованием по существу непрерывной пленки на поверхности частицы проппанта. Модифицированный проппант можно изготовить посредством методики покрытия обращенной эмульсией, согласно которой частицу субстрата проппанта объединяют с обращенной эмульсией, в которой масляная фаза образует непрерывную фазу эмульсии, а раствор или дисперсия суперабсорбирующего полимера в воде образует дискретную, эмульгированную фазу.[0012] The present invention relates to methods for producing proppants and to proppants made by these methods. Preferably, the hydrogel coating is applied to the proppant particle in the form of a liquid coating composition that dries to form a substantially continuous film on the surface of the proppant particle. Modified proppant can be made by a reverse emulsion coating technique, according to which a particle of proppant substrate is combined with a reverse emulsion, in which the oil phase forms a continuous phase of the emulsion, and the solution or dispersion of the superabsorbent polymer in water forms a discrete, emulsified phase.

[0013] Гидрогелевое покрытие предпочтительно содержит полимер, выбранный из группы, состоящей из полиакриламида, гидролизованного полиакриламида, сополимеров акриламида с ионными сомономерами, содержащими этиленовую ненасыщенность, сополимеров акриламида с солями акриловой кислоты, полиакриловой кислоты или ее солей, карбоксиметилцеллюлозы, гидроксиэтилцеллюлозы, гидроксипропилцеллюлозы, гуаровой смолы, карбоксиметилгуара, карбоксиметилгидроксипропилгуара, гидрофобноассоциированных набухающих эмульсионных полимеров и латексных полимеров. Количество гидрогелевого покрытия может составлять менее примерно 5% масс. от общей сухой массы.[0013] The hydrogel coating preferably contains a polymer selected from the group consisting of polyacrylamide, hydrolyzed polyacrylamide, copolymers of acrylamide with ionic comonomers containing ethylene unsaturation, copolymers of acrylamide with salts of acrylic acid, polyacrylic acid or its salts, carboxymethyl cellulose, hydroxy cellulose, hydroxy cellulose, hydroxy cellulose, hydroxy cellulose, hydroxy cellulose, hydroxy cellulose, hydroxy cellulose, hydroxy cellulose, hydroxy cellulose, hydroxy cellulose, hydroxy cellulose, hydroxy resins, carboxymethyl guar, carboxymethyl hydroxypropyl guar, hydrophobically associated swellable emulsion polymers and latex polymers. The amount of hydrogel coating may be less than about 5% of the mass. from the total dry weight.

[0014] Модифицированный проппант предпочтительно является самосуспендирующимся. Предпочтительные проппанты согласно настоящему изобретению могут подвергаться объемному расширению по меньшей мере на 100%, предпочтительно по меньшей мере на 500%, при гидратации избытком воды.[0014] The modified proppant is preferably self-suspending. Preferred proppants according to the present invention can undergo a volume expansion of at least 100%, preferably at least 500%, when hydrated with excess water.

[0015] Модифицированные проппанты могут содержать дополнительные наполнители, такие как катионные/анионные полимерные пары, содержащие катионный полимер и высокомолекулярный анионный полимер. Катионный полимер может быть выбран из группы, состоящей из полидиаллилдиметилхлорида аммония (поли-DADMAC), линейного полиэтиленимина (LPEI), связанного полиэтиленимина (BPEI), хитозана и катионного полиакриламида.[0015] Modified proppants may contain additional excipients, such as cationic / anionic polymer pairs containing a cationic polymer and a high molecular weight anionic polymer. The cationic polymer may be selected from the group consisting of ammonium polydiallyldimethyl dimethyl chloride (poly-DADMAC), linear polyethyleneimine (LPEI), bound polyethyleneimine (BPEI), chitosan and cationic polyacrylamide.

[0016] Модифицированные проппанты предпочтительно используются совместно с и/или дополнительно содержат окислительный деструктор геля или ферментный деструктор геля. Окислительный деструктор может быть выбран из группы, состоящей из пероксидов, пероксида магния, пероксида кальция, персульфатов, нитратов, броматов, озона и окислительных соединений хлора. Окислительный деструктор может представлять собой катионномодифицированный окислительный деструктор, способный вступать в ассоциацию с гидрогелем посредством ионного взаимодействия. Ферментный деструктор может представлять собой катионный ферментный деструктор, способный вступать в ассоциацию с гидрогелем посредством ионного взаимодействия. Модифицированный проппант может дополнительно содержать гидрофобный внешний слой. Например, гидрофобный внешний слой может быть выбран из группы, состоящей из жирных кислот, алифатических аминов, гидрофобных четвертичных аминов, алифатических амидов, гидрированных масел, растительных масел, касторового масла, триацетина, восков, полиэтиленоксидов и полипропиленоксидов. Как вариант, модифицированный проппант может дополнительно содержать замедлитель гидратации, такой как поверхностно-активное вещество с низкой величиной гидрофильно-липофильного баланса, вытесняющий агент, способный вытеснять финишное поверхностно-активное вещество, ионный сшивающий агент, ковалентный сшивающий агент и/или защитный агент с моновалентной солью. Модифицированный проппант может дополнительно содержать спирт, выбранный из группы, состоящей из этиленгликоля, пропиленгликоля, глицерина, пропанола и этанола. В одном из вариантов реализации изобретения по п. 1 модифицированный проппант дополнительно содержит агент, предотвращающий слеживание, такой как материал гидрофобного слоя, мелкодисперсный материал и/или сшивающий агент. Примеры агентов, предотвращающих слеживание, включают силикат кальция, карбонат кальция, тальк, каолин, бентонит, диатомовую землю, диоксид кремния, коллоидный диоксид кремния, микрокристаллическую целлюлозу и аттапульгит. Указанные агенты могут также включать пирогенный диоксид кремния, силикат кальция, карбонат кальция, каолин, бентонит и аттапульгит. Гидрогелевое покрытие может содержать добавку, такую как химическая добавка или меченое вещество.[0016] Modified proppants are preferably used in conjunction with and / or additionally comprise an oxidative gel destructor or an enzymatic gel destructor. The oxidative destructor may be selected from the group consisting of peroxides, magnesium peroxide, calcium peroxide, persulphates, nitrates, bromates, ozone and oxidizing compounds of chlorine. The oxidative destructor may be a cationically modified oxidative destructor capable of associating with a hydrogel through ionic interaction. The enzyme destructor may be a cationic enzyme destructor capable of associating with a hydrogel through ionic interaction. The modified proppant may further comprise a hydrophobic outer layer. For example, the hydrophobic outer layer may be selected from the group consisting of fatty acids, aliphatic amines, hydrophobic quaternary amines, aliphatic amides, hydrogenated oils, vegetable oils, castor oil, triacetin, waxes, polyethylene oxides and polypropylene oxides. Alternatively, the modified proppant may further comprise a hydration inhibitor, such as a surfactant with a low hydrophilic-lipophilic balance, a displacing agent capable of displacing a finishing surfactant, an ionic crosslinking agent, a covalent crosslinking agent and / or a monovalent crosslinking protective agent with salt. The modified proppant may further comprise an alcohol selected from the group consisting of ethylene glycol, propylene glycol, glycerol, propanol and ethanol. In one embodiment of claim 1, the modified proppant further comprises an anti-caking agent, such as a hydrophobic layer material, a finely divided material and / or a crosslinking agent. Examples of anti-caking agents include calcium silicate, calcium carbonate, talc, kaolin, bentonite, diatomaceous earth, silicon dioxide, colloidal silicon dioxide, microcrystalline cellulose and attapulgite. These agents may also include fumed silica, calcium silicate, calcium carbonate, kaolin, bentonite and attapulgite. The hydrogel coating may contain an additive, such as a chemical additive or a labeled substance.

[0017] Модифицированный проппант предпочтительно содержит немодифицированные частицы, менее мелкодисперсные, чем расклинивающий агент.[0017] The modified proppant preferably contains unmodified particles that are less finely dispersed than the proppant.

[0018] Настоящее изобретение включает составы для гидравлического разрыва, содержащие модифицированный проппант согласно настоящему изобретению и окислительный деструктор или ферментный деструктор. Также настоящее изобретение включает способы разрыва пласта в скважине. Указанные способы предпочтительно включают следующие стадии:[0018] The present invention includes hydraulic fracturing compositions comprising a modified proppant according to the present invention and an oxidative destructor or enzymatic destructor. The present invention also includes methods of fracturing in a well. These methods preferably include the following steps:

получение состава для гидравлического разрыва согласно настоящему изобретению, иobtaining a composition for hydraulic fracturing according to the present invention, and

введение указанного состава для гидравлического разрыва в скважину в объеме и при давлении, эффективных для гидравлического разрыва,the introduction of the specified composition for hydraulic fracturing in the well in a volume and at a pressure effective for hydraulic fracturing,

посредством чего осуществляют операцию разрыва пласта в скважине.whereby a fracturing operation is performed in the well.

[0019] В вариантах реализации изобретения способ разрыва пласта в скважине включает:[0019] In embodiments of the invention, a fracturing method in a well includes:

получение состава для гидравлического разрыва, содержащего модифицированный проппант согласно настоящему изобретению,obtaining a fracturing composition containing a modified proppant according to the present invention,

введение указанного состава для гидравлического разрыва в скважину в объеме и при давлении, эффективных для гидравлического разрыва,the introduction of the specified composition for hydraulic fracturing in the well in a volume and at a pressure effective for hydraulic fracturing,

обеспечение состава деструктора, содержащей окислительный деструктор или ферментный деструктор, иproviding the composition of the destructor containing the oxidative destructor or enzyme destructor, and

введение указанного состава деструктора в скважину в объеме и при давлении, эффективных для гидравлического разрыва,the introduction of the specified composition of the destructor into the well in a volume and at a pressure effective for hydraulic fracturing,

посредством чего осуществляют операцию разрыва пласта в скважине.whereby a fracturing operation is performed in the well.

[0020] В способах согласно настоящему изобретению состав деструктора можно подавать в скважину до, во время или после подачи в скважину состава для гидравлического разрыва. Состав деструктора можно подавать в одну или несколько стадий.[0020] In the methods of the present invention, the composition of the destructor can be fed into the well before, during or after the composition for fracturing is supplied to the well. The composition of the destructor can be submitted in one or more stages.

[0021] В способе разрыва пласта геологическую формацию вскрывают посредством скважины, через которую закачивают в указанную геологическую формацию жидкость для гидроразрыва, содержащую проппант, под пульсирующим давлением, причем настоящее изобретение включает способ уменьшения количества загущающего агента, добавляемого к жидкости для гидроразрыва, содержащей в качестве проппанта модифицированный проппант согласно настоящему изобретению. Модифицированные проппанты согласно настоящему изобретению предпочтительно гидратируются по существу полностью в течение 2 часов, как например, в течение 10 минут, после первого объединения с жидкостью для гидроразрыва.[0021] In a fracturing method, a geological formation is exposed through a well through which proppant-containing fracturing fluid is injected into said geological formation under pulsating pressure, the present invention including a method of reducing the amount of thickening agent added to a fracturing fluid containing as proppant modified proppant according to the present invention. The modified proppants of the present invention are preferably hydrated substantially completely for 2 hours, such as, for example, 10 minutes after the first combination with the fracturing fluid.

[0022] Также настоящее изобретение включает способы получения модифицированного проппанта. Указанные способы могут включать следующие стадии:[0022] Also, the present invention includes methods for producing a modified proppant. These methods may include the following steps:

обеспечения частицы субстрата проппанта и жидкой композиции полимерного покрытия; иproviding particles of a proppant substrate and a liquid polymer coating composition; and

нанесения жидкой композиции полимерного покрытия на частицу субстрата проппанта;applying a liquid polymer coating composition to a proppant substrate particle;

необязательно, высушивания полученного модифицированного проппанта;optionally drying the resulting modified proppant;

где жидкая композиция полимерного покрытия содержит гидрогелевый полимер и гидрогелевый полимер локализуется на поверхности частицы субстрата проппанта с образованием модифицированного проппанта. На стадии высушивания можно высушить жидкое полимерное покрытие с образованием по существу непрерывной пленки на поверхности модифицированного проппанта. Указанный способ предпочтительно можно осуществлять на месте или близко от места использования модифицированного проппанта, таком как место производства песка, керамики, проппанта низкой плотности, субстрата с полимерным покрытием и/или боксита. Указанный способ может дополнительно включать добавление спирта, выбранного из группы, содержащей этиленгликоль, пропиленгликоль, глицерин, пропанол и этанол, в процессе или до стадии смешивания частиц субстрата проппанта и жидкой композиции полимерного покрытия.where the liquid polymer coating composition contains a hydrogel polymer and the hydrogel polymer is localized on the surface of the proppant substrate particle to form a modified proppant. In the drying step, a liquid polymer coating can be dried to form a substantially continuous film on the surface of the modified proppant. This method can preferably be carried out at or near the place of use of the modified proppant, such as a place of production of sand, ceramics, low density proppant, a polymer coated substrate and / or bauxite. The method may further include adding an alcohol selected from the group consisting of ethylene glycol, propylene glycol, glycerin, propanol and ethanol, during or before the stage of mixing the particles of the proppant substrate and the liquid polymer coating composition.

[0023] Указанный способ предпочтительно включает введение промотора инвертирования на стадии или после стадии смешивания частиц субстрата проппанта и жидкой композиции полимерного покрытия и/или агента, предотвращающего слеживание.[0023] The method preferably includes introducing an invert promoter in or after the step of mixing the particles of the proppant substrate and the liquid polymer coating composition and / or anti-caking agent.

[0024] Способы получения проппанта с гидрогелевым покрытием могут также включать:[0024] Methods for preparing a hydrogel coated proppant may also include:

обеспечение частицы субстрата проппанта и состава, содержащего прекурсор покрытия, причем указанный прекурсор покрытия способен образовывать гидрогелевое покрытие на поверхности частицы субстрата проппанта посредством полимеризации in situ;providing a proppant substrate particle and a composition comprising a coating precursor, said coating precursor being able to form a hydrogel coating on the surface of the proppant substrate particle by in situ polymerization;

нанесение указанного состава на частицу субстрата проппанта; иapplying said composition to a proppant substrate particle; and

полимеризацию прекурсора покрытия в непосредственном соприкосновении с частицей субстрата покрытия, с образованием проппанта с гидрогелевым покрытием.polymerization of the coating precursor in direct contact with a particle of the coating substrate, with the formation of a hydrogel coated proppant.

[0025] Указанный способ предпочтительно приводит к образованию по существу непрерывной пленки покрытия на поверхности частицы субстрата проппанта.[0025] This method preferably leads to the formation of a substantially continuous coating film on the surface of the proppant substrate particle.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ФИГУРBRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES

[0026] На ФИГ. 1 показаны сосуды с песком без покрытия (слева) и песком с гидрогелевым покрытием (в середине и справа) в воде.[0026] In FIG. 1 shows vessels with uncoated sand (left) and hydrogel coated sand (in the middle and right) in water.

[0027] На ФИГ. 2А-2С показаны микрофотографии гидратации с течением времени гидрогелевого слоя на поверхности частицы проппанта.[0027] FIG. 2A-2C show microphotographs of hydration over time of the hydrogel layer on the surface of the proppant particle.

[0028] ФИГ. 3 представляет собой технологическую схему процесса получения самосуспендирующихся проппантов.FIG. 3 is a flow chart of a process for producing self-suspending proppants.

[0029] ФИГ. 4 (ФИГ. 4А и 4В) представляют собой изображения, полученные при помощи растрового электронного микроскопа (РЭМ), частиц проппанта с гидрогелевым покрытием, без добавления глицерина (ФИГ. 4А) и с добавлением глицерина (ФИГ. 4В).FIG. 4 (FIGS. 4A and 4B) are images obtained using a scanning electron microscope (SEM), proppant particles with a hydrogel coating, without the addition of glycerol (FIG. 4A) and with the addition of glycerin (FIG. 4B).

[0030] ФИГ. 5 представляет собой РЭМ изображение высушенного гидрогелевого покрытия на поверхности частицы проппанта.FIG. 5 is a SEM image of a dried hydrogel coating on the surface of a proppant particle.

[0031] ФИГ. 6 представляет собой график зависимости толщины слоя от времени приложения усилия сдвига для трех серий образцов самосуспендирующихся проппантов.FIG. 6 is a graph of layer thickness versus shear application time for three series of self-suspending proppant samples.

[0032] ФИГ. 7 представляет собой график зависимости толщины слоя от времени смешивания для двух серий образцов самосуспендирующихся проппантов.FIG. 7 is a graph of layer thickness versus mixing time for two series of self-suspending proppant samples.

[0033] ФИГ. 8 представляет собой график зависимости толщины слоя от времени смешивания для двух серий образцов самосуспендирующихся проппантов.FIG. 8 is a graph of layer thickness versus mixing time for two series of self-suspending proppant samples.

[0034] ФИГ. 9 представляет собой график зависимости толщины слоя от времени смешивания для одной серии образцов обработанных самосуспендирующихся проппантов.FIG. 9 is a graph of layer thickness versus mixing time for one series of samples of treated self-suspending proppants.

[0035] ФИГ. 10 представляет собой график зависимости толщины слоя от различных количеств силиката кальция, добавляемого к образцам самосуспендирующихся проппантов.FIG. 10 is a graph of layer thickness versus various amounts of calcium silicate added to self-suspending proppant samples.

[0036] ФИГ. 11 представляет собой график зависимости толщины слоя от времени высушивания для одной серии образцов предварительно нагретых и ненагретых самосуспендирующихся проппантов.FIG. 11 is a graph of layer thickness versus drying time for one series of samples of preheated and unheated self-suspending proppants.

[0037] ФИГ. 12 представляет собой график зависимости толщины слоя от времени сушки при различных температурах.FIG. 12 is a graph of layer thickness versus drying time at various temperatures.

[0038] ФИГ. 13 представляет собой график зависимости температуры от времени смешивания для одной серии образцов обработанных самосуспендирующихся проппантов.FIG. 13 is a graph of temperature versus mixing time for one series of samples of treated self-suspending proppants.

[0039] ФИГ. 14 представляет собой график зависимости толщины слоя и потерь при прокаливании (ППП) от времени высушивания.FIG. 14 is a graph of layer thickness and calcination loss (SPP) versus drying time.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕDETAILED DESCRIPTION

1. Частицы модифицированного проппанта1. Particles of modified proppant

[0040] В настоящей заявке описаны системы и способы формирования и применения частиц проппантов с поверхностным слоем гидрогеля, увеличивающего гидродинамический объем частиц проппанта при транспортировке флюида, и формирующих более стабильную суспензию проппанта, обладающей устойчивостью к седиментации, разделению и выпадению расклинивающего агента из жидкости разрыва до того, как проппант достигнет предполагаемого места назначения в трещине. Дополнительные преимущества проппантов с гидрогелевым покрытием, описанные в настоящей заявке, содержат уменьшение степени эрозии оборудования, более низкий коэффициент трения во влажном состоянии, хорошее адгезионное соединение с другими частицами после укладки в месте разрыва пласта, сопротивление к неконтролируемому формированию тонких частиц, а также свойства защиты от биологического обрастания, связанные с гидрофильными характеристиками поверхности. В вариантах реализации изобретения описанные системы формирования частиц проппанта могут быть применены к типам субстратов наиболее широко используемых расклинивающих агентов, например, песку, песку с полимерным покрытием, бокситу, проппантам низкой плотности и керамическим материалам. В других вариантах реализации изобретения частицы проппанта могут быть получены из ряда субстратов, содержащих волокнистые материалы, доступные для специалистов с обычным уровнем знаний. В определенных вариантах изобретения частицы проппанта могут быть изготовлены таким образом, что они будут устойчивы к разрушению или деформации, или к вытеснению, или они могут быть суспендированы в менее вязких жидкостях-носителях для транспортировки в продуктивный пласт.[0040] This application describes systems and methods for the formation and use of proppant particles with a hydrogel surface layer that increases the hydrodynamic volume of proppant particles during fluid transportation and forms a more stable proppant suspension that is resistant to sedimentation, separation and proppant precipitation from the fracturing fluid until after the proppant reaches its intended destination in the fracture. Additional advantages of hydrogel-coated proppants described in this application include reduced equipment erosion, lower wet friction, good adhesion to other particles after laying at the fracture site, resistance to uncontrolled formation of thin particles, and protection properties from biological fouling associated with hydrophilic surface characteristics. In embodiments of the invention, the described proppant particle formation systems can be applied to substrate types of the most commonly used proppants, for example, sand, polymer coated sand, bauxite, low density proppants, and ceramic materials. In other embodiments of the invention, proppant particles can be obtained from a number of substrates containing fibrous materials available to those of ordinary skill in the art. In certain embodiments of the invention, the proppant particles can be made so that they are resistant to fracture or deformation, or displacement, or they can be suspended in less viscous carrier fluids for transport to the reservoir.

[0041] Настоящее изобретение охватывает модифицированный проппант, содержащий частицу проппанта и гидрогелевое покрытие, отличающегося тем, что гидрогелевое покрытие локализуется на поверхности частицы проппанта с образованием модифицированного проппанта. В вариантах реализации изобретения самосуспендирующиеся проппанты образуются путем модифицирования частиц субстрата водонабухающим полимерным покрытием, таким как гидрогель. В вариантах реализации изобретения частица субстрата может модифицироваться полимерным покрытием до ее введения в жидкость для гидроразрыва. В вариантах реализации изобретения количество гидрогелевого полимерного покрытия может составлять примерно 0,1-10% относительно массы проппанта. В вариантах реализации изобретения гидрогелевый слой, наносимый на поверхность субстрата проппанта, может иметь толщину покрытия от примерно 0,01% до примерно 20% среднего диаметра частиц субстрата проппанта. После гидратации и набухания гидрогелевого слоя в жидкости гидроразрыва, гидрогелевый слой может продолжать расширяться за счет воды, и, таким образом, толщина расширенного слоя гидрогеля может увеличиться от примерно 10% до примерно 1000% среднего диаметра частиц субстрата проппанта. На ФИГ. 1 приведено изображение трех сосудов, каждый из которых содержит одинаковое количество проппанта в воде, причем сосуд слева содержит проппант без гидрогелевого покрытия, сосуд в центре содержит проппант с 1% гидрогелевого покрытия, и сосуд справа содержит проппант с 3% гидрогелевого покрытия. В каждом сосуде проппант смешивали с водой и оставляли для оседания на 24 часа без перемешивания. Объем осажденного слоя проппантов с гидрогелевым покрытием значительно превышает объем осажденного слоя проппанта без покрытия, что указывает на то, что проппант с гидрогелевым покрытием остается суспендированным в воде. На ФИГ. 2А, 2В и 2С, соответственно, показаны три изображения в оптическом микроскопе одного и того же зерна проппанта с гидрогелевым покрытием, каждое из изображений было получено через разные промежутки времени гидратации проппанта с гидрогелевым покрытием в воде. На ФИГ. 2А частица проппанта с гидрогелевым покрытием находилась в воде в течение 15 секунд, на ФИГ. 2В частица проппанта с гидрогелевым покрытием находилась в воде в течение 45 секунд, на ФИГ. 2С частица проппанта с гидрогелевым покрытием находилась в воде в течение 120 секунд. Как можно видеть на указанных фигурах, гидрогелевый слой быстро увеличивается в объеме и значительно увеличивается в размере по мере увеличения времени гидратации.[0041] The present invention encompasses a modified proppant comprising a proppant particle and a hydrogel coating, characterized in that the hydrogel coating is localized on the surface of the proppant particle to form a modified proppant. In embodiments of the invention, self-suspending proppants are formed by modifying the substrate particles with a water-swellable polymer coating, such as a hydrogel. In embodiments of the invention, the substrate particle can be modified with a polymer coating before it is introduced into the fracturing fluid. In embodiments of the invention, the amount of hydrogel polymer coating may be about 0.1-10% relative to the weight of the proppant. In embodiments of the invention, the hydrogel layer applied to the surface of the proppant substrate may have a coating thickness of from about 0.01% to about 20% of the average particle diameter of the proppant substrate. After hydration and swelling of the hydrogel layer in the fracturing fluid, the hydrogel layer can continue to expand due to water, and thus, the thickness of the expanded hydrogel layer can increase from about 10% to about 1000% of the average particle diameter of the proppant substrate. In FIG. Figure 1 shows an image of three vessels, each of which contains the same amount of proppant in water, the vessel on the left containing proppant without hydrogel coating, the vessel in the center containing proppant with 1% hydrogel coating, and the vessel on the right containing proppant with 3% hydrogel coating. In each vessel, the proppant was mixed with water and left to settle for 24 hours without stirring. The volume of the deposited proppant layer with a hydrogel coating significantly exceeds the volume of the deposited proppant layer without coating, which indicates that the proppant with a hydrogel coating remains suspended in water. In FIG. 2A, 2B and 2C, respectively, three optical microscope images of the same hydrogel-coated proppant grain are shown, each of the images was obtained at different time intervals of hydration of the hydrogel-coated proppant in water. In FIG. 2A, a hydrogel coated proppant particle was in water for 15 seconds, in FIG. 2B, a hydrogel coated proppant particle was in the water for 45 seconds, in FIG. 2C, the hydrogel coated proppant particle was in water for 120 seconds. As can be seen in these figures, the hydrogel layer rapidly increases in volume and significantly increases in size as the hydration time increases.

[0042] Хотя в данной области техники известно создание гидрогелевых покрытий на отдельных частицах субстрата проппанта посредством покрытия их суперабсорбирующими полимерами (см., например, U.S. 2008/0108524), составы и способы, описанные в настоящей заявке, отличаются от указанных технологий важными преимущественными моментами. Согласно настоящему описанию, применяемые составы гидрогелей обладают определенными отличительными свойствами. Конкретнее, составы согласно настоящему описанию содержат гидрогели, выбранные и нанесенные на частицу проппанта, с образованием модифицированной частицы, таким образом, что: (а) в сухом виде полученный проппант сыпучий, и/или (b) при гидратации в воде гидрогелевое покрытие износостойкое и/или гидрогелевое покрытие расширяется в объеме так, что объем гидратированного модифицированного проппанта по меньшей мере на 20% превосходит объем сухого модифицированного проппанта, или превосходит примерно на 20%-50% объем сухого модифицированного проппанта, или превосходит примерно на 50%-100% объем сухого модифицированного проппанта, или превосходит примерно на 100%-200% объем сухого модифицированного проппанта, или превосходит примерно на 200%-400% объем сухого модифицированного проппанта, или составляет более примерно 400% объема сухого модифицированного проппанта.[0042] Although it is known in the art to create hydrogel coatings on individual particles of proppant substrate by coating them with superabsorbent polymers (see, for example, US 2008/0108524), the compositions and methods described in this application differ from these technologies by important advantageous aspects . According to the present description, the applied hydrogel compositions have certain distinctive properties. More specifically, the compositions according to the present description contain hydrogels selected and applied to the proppant particle to form a modified particle, so that: (a) the proppant obtained is dry in bulk, and / or (b) when hydrated in water, the hydrogel coating is wear-resistant and / or the hydrogel coating expands in such a way that the volume of hydrated modified proppant is at least 20% greater than the volume of dry modified proppant, or greater than about 20% -50% of the volume of dry modified prop antler, or exceeds about 50% -100% the volume of dry modified proppant, or exceeds about 100% -200% the volume of dry modified proppant, or exceeds about 200% -400% the volume of dry modified proppant, or is more than about 400% volume of dry modified proppant.

[0043] Что касается термина «сухой» в настоящем описании, модифицированный проппант будет считаться сухим при содержании влаги 1% масс. или менее. Предпочтительно, содержание влаги в сухих модифицированных проппантах согласно настоящему описанию составляет ≤0,5% масс. или даже ≤0,1% масс. В вариантах реализации настоящего изобретения толщина высушенного гидрогелевого покрытия на модифицированном проппанте может составлять менее 10 микрон, и часто менее 2 микрон. В вариантах реализации настоящего изобретения гидратация гидрогелевых полимеров в водной суспензии по существу завершается в течение 2 часов, или в течение 1 часа, или в течение 30 минут, или в течение 10 минут, или в течение 2 минут, или даже в течение 1 минуты при осуществлении контакта с избытком водопроводной воды при 20°C. В настоящем описании обозначение проппанта с гидрогелевым покрытием как «гидратированного по существу полностью» означает, что количество увеличения объема проппанта с гидрогелевым покрытием составляет по меньшей мере 80% от общего увеличения объема проппанта с гидрогелевым покрытием при полной гидратации в воде.[0043] With regard to the term "dry" in the present description, the modified proppant will be considered dry at a moisture content of 1% of the mass. or less. Preferably, the moisture content in the dry modified proppants according to the present description is ≤0.5% of the mass. or even ≤0.1% of the mass. In embodiments of the present invention, the thickness of the dried hydrogel coating on the modified proppant may be less than 10 microns, and often less than 2 microns. In embodiments of the present invention, hydration of the hydrogel polymers in the aqueous suspension is substantially complete within 2 hours, or within 1 hour, or within 30 minutes, or within 10 minutes, or within 2 minutes, or even within 1 minute at making contact with excess tap water at 20 ° C. In the present description, the designation of a hydrogel coated proppant as “substantially completely hydrated” means that the amount of increase in the volume of the hydrogel coated proppant is at least 80% of the total increase in the volume of the hydrogel coated proppant when fully hydrated in water.

[0044] В вариантах реализации настоящего изобретения модифицированные проппанты, полученные в соответствии с описанными составами и способами, в сухом виде будут свободно сыпучими, любые комки или слипание будут легко устранимы осторожным перемешиванием. Модифицированные проппанты все еще будут считаться свободно сыпучими, если они демонстрируют некоторую степень комкования или слипания, при условии, что указанные комки или слипание могут быть разрушены осторожным перемешиванием.[0044] In embodiments of the present invention, the modified proppants obtained in accordance with the described compositions and methods in dry form will be free flowing, any lumps or clumping will be easily removed by careful mixing. Modified proppants will still be considered free flowing if they exhibit some degree of clumping or clumping, provided that the clumps or clumping can be destroyed by careful mixing.

[0045] Объемное расширение проппантов можно измерить при помощи аналитического испытания на высоту осажденного слоя (Settled Bed Height Analytical Test). Например, в стеклянный сосуд объемом 20 мл помещают 1 г анализируемого сухого модифицированного проппанта и добавляют 10 г воды (например, водопроводной воды) при температуре примерно 20°C. Затем сосуд перемешивают в течение примерно 1 минуты (например, многократно переворачивая сосуд), для смачивания покрытия модифицированного проппанта. Затем оставляют сосуд стоять без вмешательства до гидратации гидрогелевого полимерного покрытия. Высоту слоя, образованного гидратированным модифицированным проппантом, можно измерить при помощи цифрового штангенциркуля. Затем делят полученную высоту слоя на высоту слоя, образованного сухим проппантом. Полученное число показывает коэффициент (множитель) объемного расширения. Также, для удобства, можно сравнивать высоту слоя, образованного гидратированным модифицированным проппантом, с высотой слоя, образованного проппантом без покрытия, как показано в следующем рабочем примере 5.[0045] The proppant volumetric expansion can be measured using a Settled Bed Height Analytical Test. For example, in a 20 ml glass vessel, 1 g of the analyzed dry modified proppant is placed and 10 g of water (e.g. tap water) is added at a temperature of about 20 ° C. Then the vessel is stirred for about 1 minute (for example, repeatedly turning the vessel over) to wet the coating of the modified proppant. Then leave the vessel to stand without interference until the hydrogel polymer coating is hydrated. The height of the layer formed by the hydrated modified proppant can be measured using a digital caliper. Then divide the obtained layer height by the height of the layer formed by the dry proppant. The resulting number shows the coefficient (factor) of the volume expansion. Also, for convenience, it is possible to compare the height of the layer formed by hydrated modified proppant with the height of the layer formed by uncoated proppant, as shown in the following working example 5.

[0046] Износостойкость покрытия можно измерить согласно аналитическому испытанию на сдвиг (Shear Analytical Test). Например, 1 л воды (например, водопроводной воды) помещают в квадратный стакан объемом 1 л (такой стакан имеет общий объем примерно 1,25 л, и заполняется до отметки 1 л). Затем стакан помещают в лопастной смеситель ЕС Engineering CLM4. Скорость смесителя устанавливают 300 об/мин. После начала перемешивания добавляют в стакан 50 г испытываемого модифицированного проппанта в сухом виде. Через 30 секунд перемешивания при 300 об/мин скорость перемешивания снижают до 200 об/мин и продолжают перемешивание до гидратации гидрогелевого полимерного покрытия. Затем смесь выливают в градуированный цилиндр объемом 1 л и оставляют осесть, после чего измеряют высоту осажденного слоя модифицированного проппанта, как описано выше. Полученную высоту осажденного слоя («высота осажденного слоя со сдвигом») затем сравнивают с высотой осажденного слоя такого же количества гидратированного модифицированного проппанта, который не подвергали описанной обработке сдвигом («высота осажденного слоя без сдвига»). Количество, на которое обработка сдвигом уменьшает высоту осажденного слоя модифицированного проппанта, является мерой износостойкости указанного гидрогелевого покрытия. Для целей настоящего описания гидрогелевое покрытие считают износостойким, если отношение высоты осажденного слоя со сдвигом к высоте осажденного слоя без сдвига («отношение сдвига») составляет по меньшей мере 0,2. Желательны модифицированные проппанты, демонстрирующие отношения сдвига выше 0,2, выше или равные 0,3, выше или равные 0,4, выше или равные 0,5, выше или равные 0,6, выше или равные 0,7, выше или равные 0,8 или выше или равные 0,9.[0046] The wear resistance of the coating can be measured according to the Shear Analytical Test. For example, 1 liter of water (for example, tap water) is placed in a 1 liter square glass (such a glass has a total volume of about 1.25 liters, and is filled to the mark of 1 liter). The beaker is then placed in an EC Engineering CLM4 paddle mixer. The mixer speed is set to 300 rpm. After stirring is started, 50 g of the tested modified proppant in dry form is added to the beaker. After 30 seconds of stirring at 300 rpm, the stirring speed is reduced to 200 rpm and stirring is continued until the hydrogel polymer coating is hydrated. The mixture is then poured into a 1 L graduated cylinder and allowed to settle, after which the height of the deposited modified proppant layer is measured, as described above. The obtained height of the deposited layer (“the height of the deposited layer with a shift”) is then compared with the height of the deposited layer of the same amount of hydrated modified proppant that was not subjected to the described shear treatment (“the height of the deposited layer without a shift”). The amount by which shear treatment reduces the height of the deposited modified proppant layer is a measure of the wear resistance of said hydrogel coating. For the purposes of the present description, a hydrogel coating is considered wear resistant if the ratio of the height of the deposited layer with a shift to the height of the deposited layer without a shift (“shear ratio”) is at least 0.2. Modified proppants that exhibit shear ratios greater than 0.2, greater than or equal to 0.3, greater than or equal to 0.4, greater than or equal to 0.5, greater than or equal to 0.6, greater than or equal to 0.7, greater than or equal are desirable 0.8 or higher or equal to 0.9.

[0047] Как указано выше, тип и количество гидрогелевого полимера, применяемого в модифицированных проппантах согласно настоящему описанию, можно выбирать таким образом, чтобы объемное расширение модифицированного проппанта, измеренное согласно описанному выше аналитическому испытанию на высоту осажденного слоя, увеличивалось по меньшей мере в 1,2 раза. В конкретных вариантах реализации настоящего изобретения, как показано в рабочем примере 5, указанный коэффициент может быть большим или равным примерно 3, примерно 5, примерно 7, примерно 8 и даже примерно 10.[0047] As indicated above, the type and amount of hydrogel polymer used in the modified proppants as described herein can be selected so that the volumetric expansion of the modified proppant, measured according to the above-described analytical test for the height of the deposited layer, increases by at least 1, 2 times. In specific embodiments of the present invention, as shown in Working Example 5, said coefficient may be greater than or equal to about 3, about 5, about 7, about 8, and even about 10.

[0048] Также, как указано выше, модифицированные проппанты согласно настоящему изобретению в сухом виде свободно сыпучие. В конкретных вариантах реализации указанные модифицированные проппанты остаются сыпучими даже при воздействии условий высокой влажности, например, таких условий, которые наблюдаются в середине лета в южной части США. Для указанной цели испытываемый модифицированный проппант можно подвергать испытанию в условиях 80-90% относительной влажности при 25-50°C в течение 1 часа. Модифицированный проппант, все еще свободно сыпучий после воздействия условий указанного испытания на влажность, считают сыпучим даже после воздействия условий высокой влажности.[0048] Also, as described above, the modified proppants of the present invention are free-flowing in dry form. In specific embodiments, said modified proppants remain loose even when exposed to high humidity conditions, such as those observed in mid-summer in the southern United States. For this purpose, the test modified proppant can be tested in conditions of 80-90% relative humidity at 25-50 ° C for 1 hour. Modified proppant, still free-flowing after exposure to the specified humidity test conditions, is considered loose even after exposure to high humidity.

[0049] Способы модификации проппанта включают напыление или пропитку субстрата проппанта композицией жидкого полимера с последующим высушиванием с целью удаления воды или иных жидкостей-носителей. Процесс высушивания может быть ускорен подводом тепла или вакуума, а также обработкой в поворотном барабане или перемешиванием модифицированного проппанта во время процесса сушки. Нагревание может быть обеспечено путем принудительной подачи горячего воздуха, конвекцией, трением, теплообменом, горением, экзотермической реакции, микроволновым нагреванием или инфракрасным излучением. Перемешивание в процессе модифицирования проппанта имеет дополнительное преимущество, поскольку при этом на поверхности материала проппанта образуется более однородное покрытие.[0049] Methods for modifying proppant include spraying or impregnating the proppant substrate with a liquid polymer composition, followed by drying to remove water or other carrier liquids. The drying process can be accelerated by the application of heat or vacuum, as well as processing in a rotary drum or mixing a modified proppant during the drying process. Heating can be provided by forced hot air, convection, friction, heat transfer, combustion, exothermic reaction, microwave heating or infrared radiation. Stirring during the proppant modification process has an additional advantage, since a more uniform coating is formed on the surface of the proppant material.

[0050] На ФИГ. 3 приведена схема процесса получения 100 самосуспендирующегося проппанта 130 в соответствии с настоящим изобретением. В описанном варианте реализации изобретения песок 132 (например, сухой песок с остаточной влажностью менее 0,1%) конвейером 122 подают в смеситель 124, и композицию жидкого полимера 120 посредством насоса и через распылительную насадку 134, разбрызгивают по поверхности песка 132 на конвейере 122. Песок 132, подвергнутый воздействию жидкого полимера 120, поступает в смеситель с низким сдвигом 124, в котором составляющие перемешиваются и образуют модифицированный песок 128. После смешивания модифицированный песок, содержащий жидкий полимер, направляют в сушильное устройство 126 для удаления воды и/или органических жидкостей-носителей, связанных с жидким полимером 120. После стадии высушивания, сухой модифицированный песок 132 проходит завершающую стадию 134, которая может включать обработку в вибрационном грохоте и/или ином оборудовании для сортировки по размерам, например, сите для разделения зерен по фракциям и удаления агломератов, превышающих заданные размеры. Завершающая стадия 134 может также включать обработку сухого модифицированного песка 132 в механических мешалках, устройствах с усилием сдвига, аппаратах для измельчения, дробления или им подобных для разрушения крупнозернистых масс до материалов с размерами, соответствующих размеру сита. Готовый материал 130 складируют для последующей отгрузки или использования.[0050] In FIG. 3 is a flow diagram of a process for producing 100 self-suspending proppant 130 in accordance with the present invention. In the described embodiment, sand 132 (for example, dry sand with a residual moisture content of less than 0.1%) is conveyed by conveyor 122 into a mixer 124, and the liquid polymer composition 120 is sprayed onto the sand 132 on conveyor 122 through a spray nozzle 134. Sand 132, exposed to liquid polymer 120, enters a low-shear mixer 124, in which the components mix and form modified sand 128. After mixing, the modified sand containing liquid polymer is sent to dry a sludge device 126 for removing water and / or organic carrier liquids bound to the liquid polymer 120. After the drying step, the dry modified sand 132 goes through a finishing step 134, which may include processing in a vibrating screen and / or other sorting equipment, for example, a sieve for separating grains into fractions and removing agglomerates exceeding specified sizes. The final step 134 may also include treating the dry modified sand 132 in mechanical agitators, shear devices, crushing, crushing or the like apparatuses to break up coarse masses to materials with sizes corresponding to the size of the sieve. Finished material 130 is stored for subsequent shipment or use.

[0051] В вариантах реализации изобретения песок или другой субстрат, используемый для изготовления самосуспендирующегося проппанта, до модифицирования при помощи гидрогелевого полимера, предварительно просушивают до влажности <1%, предпочтительно <0,1%. В вариантах реализации изобретения температура песка или другого субстрата во время смешивания с жидким полимером находится в пределах приблизительно от 10 до 200 градусов Цельсия, предпочтительно, в пределах от приблизительно 15 до 80 градусов Цельсия, или от 15 до 60 градусов Цельсия.[0051] In embodiments of the invention, sand or another substrate used to make a self-suspending proppant is dried prior to modification with a hydrogel polymer to a moisture content of <1%, preferably <0.1%. In embodiments of the invention, the temperature of the sand or other substrate during mixing with the liquid polymer is in the range of about 10 to 200 degrees Celsius, preferably in the range of about 15 to 80 degrees Celsius, or 15 to 60 degrees Celsius.

[0052] В вариантах реализации изобретения субстрат проппанта вступает в контакт с композицией жидкого полимера посредством распыления или впрыскивания. Количество добавляемой композиции жидкого полимера н составляет от приблизительно 1 до приблизительно 20%, предпочтительно составляет от приблизительно 2 до приблизительно 10% по массе песка. Субстрат проппанта и жидкий полимер перемешивают в течение от 0,1 до 10 минут. В предпочтительном варианте реализации изобретения смесительное оборудование представляет собой мешалку с малыми сдвиговыми усилиями, таком как вращающийся барабан, вертикальный конусный шнековый смеситель, смеситель с коническим телом, двухконусный смеситель, шнек-смеситель, лопастной смеситель или мешалка с ленточной винтовой лопастью. В вариантах реализации изобретения смесительное оборудование может быть оснащено устройством принудительной подачи воздуха, принудительной подачи горячего воздуха, наложения вакуума, внешнего обогрева или иными устройствами для испарения жидкостей-носителей.[0052] In embodiments of the invention, the proppant substrate comes into contact with the liquid polymer composition by spraying or injection. The amount of liquid polymer composition n to be added is from about 1 to about 20%, preferably from about 2 to about 10%, by weight of sand. The proppant substrate and the liquid polymer are mixed for 0.1 to 10 minutes. In a preferred embodiment of the invention, the mixing equipment is a low shear mixer, such as a rotary drum, a vertical conical screw mixer, a conical body mixer, a double cone mixer, an auger mixer, a paddle mixer or a tape screw blade mixer. In embodiments of the invention, the mixing equipment may be equipped with a forced air supply, forced hot air supply, vacuum application, external heating, or other devices for evaporating carrier liquids.

[0053] В вариантах реализации изобретения модифицированный субстрат проппанта, содержащий жидкий полимер, высушивают с целью удаления воды и/или органических жидкостей-носителей, связанных с жидким полимером. Сушильное оборудование может представлять собой конвейерную печь, микроволнового или вращающегося типа. В варианте реализации изобретения стадия высушивания выполняют таким образом, что высушенный, модифицированный песок содержит менее 1% по массе остаточных жидкостей, включая воду и любые органические жидкости-носители, связанные с композицией жидкого полимера.[0053] In embodiments of the invention, the modified proppant substrate containing the liquid polymer is dried to remove water and / or organic carrier liquids bound to the liquid polymer. The drying equipment may be a conveyor oven, microwave or rotary type. In an embodiment, the drying step is performed such that the dried, modified sand contains less than 1% by weight of residual liquids, including water and any organic carrier liquids associated with the liquid polymer composition.

[0054] В вариантах реализации изобретения для смешивания субстрата проппанта с жидким полимером и высушивания смеси в одну стадии обработки или в непрерывной производственной линии может быть использовано одно и то же оборудование.[0054] In embodiments of the invention, the same equipment can be used to mix the proppant substrate with a liquid polymer and dry the mixture in one processing step or in a continuous production line.

[0055] В других вариантах реализации настоящего изобретения способы модификации проппанта включают синтез гидрогелевого покрытия in situ, или в присутствие частицы проппанта, с образованием гидрогелевого слоя, окружающего поверхность частицы проппанта. Например, синтез гидрогеля in situ можно осуществлять посредством объединения частиц проппанта с мономерами и/или макромономерами прекурсора покрытия, с последующей стадией полимеризации. В других примерах, водорастворимый полимер может быть диспергирован в мономерах, с добавлением или без добавления растворителя, с последующей полимеризацией в присутствии частиц проппанта с образованием взаимопроникающих сетчатых полимерных структур в качестве покрытия частиц проппанта. В других примерах водорастворимый полимер диспергируют в мономерах, с добавлением или без добавления растворителя, с последующей полимеризацией с образованием частиц проппанта, заключенных в гидрогель, состоящий из частиц водорастворимого полимера, захваченных новым образовавшимся полимером. Применяемые мономеры или макромономеры могут быть выбраны из мономеров, образующих водорастворимые полимеры. В других примерах частицы могут быть заключены в нерастворимый в воде полимер, который затем будет модифицирован или гидролизован с образованием водорастворимого гидрогелевого покрытия. Как будет понятно специалисту в данной области техники, капсулирующий слой можно получить при помощи различных методик полимеризации, с растворителем или без растворителя. Преимущество полимеризации in situ полимера на поверхности зерен проппанта может заключаться в уменьшении или устранении стадий высушивания.[0055] In other embodiments of the present invention, proppant modification methods include in situ synthesis of the hydrogel coating, or in the presence of a proppant particle, to form a hydrogel layer surrounding the surface of the proppant particle. For example, in situ hydrogel synthesis can be accomplished by combining proppant particles with monomers and / or macromonomers of a coating precursor, followed by a polymerization step. In other examples, the water-soluble polymer can be dispersed in monomers, with or without solvent, followed by polymerization in the presence of proppant particles to form interpenetrating cross-linked polymer structures to coat proppant particles. In other examples, the water-soluble polymer is dispersed in monomers, with or without a solvent, followed by polymerization to form proppant particles enclosed in a hydrogel consisting of particles of a water-soluble polymer entrapped in the newly formed polymer. Used monomers or macromonomers can be selected from monomers forming water-soluble polymers. In other examples, the particles may be enclosed in a water-insoluble polymer, which will then be modified or hydrolyzed to form a water-soluble hydrogel coating. As will be understood by a person skilled in the art, an encapsulating layer can be obtained using various polymerization techniques, with or without a solvent. The advantage of in situ polymerization of the polymer on the surface of the proppant grains may be to reduce or eliminate the drying steps.

[0056] В качестве примера, водорастворимый мономер (мономеры) для гидрогелевого покрытия или полимеризации in situ могут быть выбраны из следующих мономеров или их солей: акриловая кислота, метакриловая кислота, акриламид, метакриламид, и производные указанных соединений, карбоксиэтилакрилат, гидроксиэтилметакрилат (НЕМА), гидроксиэтилакрилат (НЕА), акрилаты полиэтиленгликоля (ПЭГ-акрилаты), N-изопропилакриламид (NiPA), 2-акриламидо-2-метил-1-пропансульфоновая кислота (AMPS), натриевая соль стиролсульфоната, винилсульфоновая кислота, (мет)аллилсульфоновая кислота, винилфосфоновая кислота, N-винилацетамид, N-метил-N-винилацетамид, N-винилформамид, N-метил-N-винилформамид, N-винилпирролидон, N-бутиролактам или N-винилкапролактам, малеиновый ангидрид, итаконовая кислота, винилацетат, хлорид диметилдиаллиламмония; кватернизованный диметиламиноэтилметакрилат (DMAEMA), хлорид (мет)акриламидопропил-триметиламмония, хлорид метилвинилимидазолия; 2-винилпиридин; 4-винилпиридин, и подобные соединения. Отношение ионных мономеров к неионным мономерам может быть выбрано для получения гидрогеля с различной плотностью зарядов. В некоторых случаях, например, желательно получить гидрогели с более высоким зарядом, для получения покрытий со свойствами более быстрой гидратации или набухания. В одном из вариантов реализации содержание ионов или плотность заряда гидрогелевого полимера составляет 10-70% ионных мономеров, в мольных процентах от всех мономеров, остальное составляют неионные мономеры. В предпочтительном варианте реализации плотность заряда гидрогелевого полимера составляет 25-55%, в мольных процентах. В других случаях могут быть выбраны ионизируемые мономеры с более высокими или более низкими константами ионизации, для получения гидрогелей, более или менее стабильных в среде солевых растворов. Другие выгодные свойства можно придать благодаря выбору соответствующих плотностей заряда.[0056] As an example, water-soluble monomer (s) for hydrogel coating or in situ polymerization can be selected from the following monomers or their salts: acrylic acid, methacrylic acid, acrylamide, methacrylamide, and derivatives of these compounds, carboxyethyl acrylate, hydroxyethyl methacrylate (HEMA) , hydroxyethyl acrylate (NEA), polyethylene glycol acrylates (PEG acrylates), N-isopropyl acrylamide (NiPA), 2-acrylamido-2-methyl-1-propanesulfonic acid (AMPS), styrene sulfonate sodium salt, vinyl sulfonic acid, (meth) allyl new acid, vinylphosphonic acid, N-vinylacetamide, N-methyl-N-vinylacetamide, N-vinylformamide, N-methyl-N-vinylformamide, N-vinylpyrrolidone, N-butyrolactam or N-vinylcaprolactam, maleic anhydride, itaconic acid, vinyl acetate, dimethyldiallylammonium chloride; quaternized dimethylaminoethyl methacrylate (DMAEMA), (meth) acrylamidopropyl-trimethylammonium chloride, methyl vinylimidazolium chloride; 2-vinylpyridine; 4-vinylpyridine, and the like. The ratio of ionic monomers to nonionic monomers can be selected to obtain a hydrogel with different charge densities. In some cases, for example, it is desirable to obtain hydrogels with a higher charge, to obtain coatings with the properties of faster hydration or swelling. In one embodiment, the ion content or charge density of the hydrogel polymer is 10-70% of ionic monomers, in molar percent of all monomers, the rest are non-ionic monomers. In a preferred embodiment, the charge density of the hydrogel polymer is 25-55%, in mole percent. In other cases, ionizable monomers with higher or lower ionization constants can be selected to produce hydrogels that are more or less stable in the medium of saline solutions. Other beneficial properties can be imparted by the selection of appropriate charge densities.

[0057] В вариантах реализации настоящего изобретения прекурсоры покрытия могут включать полифункциональные мономеры, содержащие более одной полимеризуемой группы, которые будут вводить в гидрогель поперечные сшивки или точки разветвления. Примерами указанных мономеров являются: триаллиловый простой эфир пентаэритрита, диакрилаты и метакрилаты ПЭГ, N,N'-метиленбисакриламид, эпихлоргидрин, дивинилсульфон и глицидилметакрилат. Если используют указанные мономеры, сшивающий мономер будет составлять от 0,001 до 0,05% от общего содержания мономеров. При выборе диапазона добавления сшивающих агентов, следует остерегаться ведения избыточных количеств сшивающего агента, например, количеств свыше 0,001-0,05% от общего содержания мономеров, что может привести к образованию хрупких гидрогелей, которые могут разрушаться или распадаться под давлением. В вариантах реализации введение сшивающих агентов может приводить к образованию гидрогелей, менее склонных к отслаиванию от поверхности частицы в экстремальных условиях.[0057] In embodiments of the present invention, coating precursors may include polyfunctional monomers containing more than one polymerizable group that will introduce crosslinking or branch points into the hydrogel. Examples of these monomers are: pentaerythritol triallyl ether, PEG diacrylates and methacrylates, N, N'-methylene bisacrylamide, epichlorohydrin, divinyl sulfone and glycidyl methacrylate. If these monomers are used, the crosslinking monomer will be from 0.001 to 0.05% of the total monomer content. When choosing a range for adding cross-linking agents, one should beware of maintaining excessive amounts of cross-linking agent, for example, amounts in excess of 0.001-0.05% of the total monomer content, which can lead to the formation of brittle hydrogels that can break down or decompose under pressure. In embodiments, the introduction of crosslinking agents can lead to the formation of hydrogels, less prone to peeling from the surface of the particles in extreme conditions.

[0058] В вариантах реализации применяемые мономеры/макромономеры выбраны из таких мономеров прекурсора покрытия, которые будут образовывать нерастворимое в воде покрытие. После нанесения покрытия его подвергают дальнейшей модификации, которая приведет к получению водонабухающего полимера. Например, можно создать полимерное покрытие, содержащее гидролизуемые группы, и последующий гидролиз приведет к получению гидрогеля. Примерами мономеров, входящих в указанную категорию, являются сложные эфиры, ангидриды, нитрилы и амиды; например, можно применять сложноэфирные мономеры метилакрилат, трет-бутилакрилат. В качестве другого примера, мономер, содержащий винильные функциональные группы, может образовывать гидрогель посредством различных методик полимеризации, с участием растворителя или без растворителя. Методики полимеризации включают полимеризацию в массе, в суспензии, в мицеллах и в растворе.[0058] In embodiments, the monomers / macromonomers used are selected from those coating precursor monomers that will form a water-insoluble coating. After coating, it is subjected to further modification, which will lead to a water-swellable polymer. For example, you can create a polymer coating containing hydrolyzable groups, and subsequent hydrolysis will result in a hydrogel. Examples of monomers in this category are esters, anhydrides, nitriles and amides; for example, ester monomers methyl acrylate, tert-butyl acrylate can be used. As another example, a monomer containing vinyl functional groups can form a hydrogel by various polymerization techniques, with or without a solvent. Polymerization techniques include bulk polymerization, in suspension, in micelles and in solution.

[0059] В других вариантах реализации мономеры покрытия или прекурсоры могут быть выбраны так, чтобы получить самосуспендирующийся проппант с гидрогелем, содержащим полиуретан или полимочевину. В список подходящих мономеров для получения полимеров с функциональными группами полиуретана и/или полимочевины, входят: полиолы, такие как этиленгликоль, пропиленгликоль, глицерин, триметилолпропан, 1,2,6-гексантриол, пентаэритрит, сорбит, сахароза, а-метилгликозид, полиоксиалкилены, такие как ПЭГ, сополимеры ПЭГ-ППГ, Pluronics, Tetronics, полиамины, такие как Jeffamines. Среди изоцианатов можно отметить толуолдиизоцианат, нафталиндиизоцианат, ксилолдиизоцианат, тетраметилендиизоцианат, гексаметилендиизоцианат, триметилендиизоцианат, триметилгексаметилендиизоцианат, циклогексил-1,2-диизоцианат, циклогексилен-1,4-диизоцианат и подобные соединения. Другие подходящие полимеры могут включать гидрофильные полиуретановые форполимеры HYPOL® от Dow, смолы DESMODUR® и MONDUR® от Bayer (2,4'-дифенилметандиизоцианат, 4,4'-дифенилметандиизоцианат, и их смеси), и CONATHANE® (форполимеры толуолдиизоцианата и поли(тетраметиленгликолей) с полиизоцианатными функциональными группами) от Cytec, и подобные полимеры.[0059] In other embodiments, coating monomers or precursors may be selected to provide a self-suspending proppant with a hydrogel containing polyurethane or polyurea. The list of suitable monomers for preparing polymers with functional groups of polyurethane and / or polyurea includes: polyols such as ethylene glycol, propylene glycol, glycerin, trimethylolpropane, 1,2,6-hexanetriol, pentaerythritol, sorbitol, sucrose, a-methylglycoside, polyoxyalkylene, such as PEG, copolymers of PEG-PPG, Pluronics, Tetronics, polyamines, such as Jeffamines. Among the isocyanates, toluene diisocyanate, naphthalene diisocyanate, xylene diisocyanate, tetramethylene diisocyanate, hexamethylene diisocyanate, trimethylene diisocyanate, trimethylhexamethylene diisocyanate, cyclohexyl-1,2-diisocyanate, cyclohexyl-dihexylene are included. Other suitable polymers may include HYPOL® hydrophilic polyurethane prepolymers from Dow, DESMODUR® resins and MONDUR® from Bayer resins (2,4'-diphenylmethanediisocyanate, 4,4'-diphenylmethanediisocyanate, and mixtures thereof), and CONATHANE® (toluene diisocyanate prepolymers (polyol tetramethylene glycols) with polyisocyanate functional groups) from Cytec, and similar polymers.

[0060] Покрытие частицы проппанта полиуретановым (ПУ) гидрогелем можно осуществлять обычными способами. В варианте реализации покрытие можно осуществлять в массе без применения растворителей. Например, обычный состав для сшитого ПУ гидрогеля можно получить в способе одностадийной полимеризации в массе с использованием диизоцианата, полиоксиалкилена и мультифункционального сшивающего агента. В вариантах реализации указанный состав будет содержать от 10 до 80% полиоксиалкилена с молекулярной массой в диапазоне от 200 до 25000.[0060] Coating the proppant particle with a polyurethane (PU) hydrogel can be carried out by conventional methods. In an embodiment, the coating can be carried out in bulk without the use of solvents. For example, a conventional formulation for a crosslinked PU hydrogel can be obtained in a single-stage bulk polymerization process using diisocyanate, polyoxyalkylene and a multifunctional crosslinking agent. In embodiments, the composition will contain from 10 to 80% polyoxyalkylene with a molecular weight in the range from 200 to 25000.

[0061] Другой способ получения гидрогелевого слоя in situ можно осуществлять путем растворения или суспендирования водорастворимого полимера в составе мономера, с последующей полимеризацией мономера. Мономеры могут быть выбраны из предыдущего списка водорастворимых мономеров. В том случае, если водорастворимый полимер растворяют в мономерной смеси, полученное покрытие будет состоять из взаимопроникающей гидрогелевой сетки из исходного водорастворимого полимера и полимера, образованного in situ. В том случае, если водорастворимый полимер суспендируют в мономерной смеси, полученное покрытие будет состоять из гидрогелевого покрытия, в котором захвачены или заключены водорастворимые частицы. Например, указанные частицы могут быть заключены внутри вновь образованного гидрогелевого покрытия, или указанные частицы могут быть связаны с вновь образованным полимером. Водорастворимый полимер может быть растворен или суспендирован в мономерном составе в присутствие или в отсутствие растворителя, и полимеризацию можно проводить посредством различных методик.[0061] Another in situ method for producing a hydrogel layer can be accomplished by dissolving or suspending a water-soluble polymer in the monomer, followed by polymerization of the monomer. Monomers may be selected from the previous list of water soluble monomers. In the event that the water-soluble polymer is dissolved in the monomer mixture, the resulting coating will consist of an interpenetrating hydrogel network of the starting water-soluble polymer and the polymer formed in situ. In the event that the water-soluble polymer is suspended in a monomer mixture, the resulting coating will consist of a hydrogel coating in which water-soluble particles are captured or enclosed. For example, said particles may be enclosed within a newly formed hydrogel coating, or said particles may be bound to a newly formed polymer. The water-soluble polymer may be dissolved or suspended in the monomer composition in the presence or absence of a solvent, and the polymerization can be carried out by various methods.

[0062] Подходящие водорастворимые полимеры для смешивания с мономерами могут быть выбраны из группы, состоящей из полиакриламида, полиакриловой кислоты, сополимеров акриламида с солями акриловой кислоты, полиэтиленгликоля, поливинилпирролидона, поливинилового спирта, карбоксиметилцеллюлозы, гидроксиэтилцеллюлозы, гидроксипропилцеллюлозы, гуаровой смолы, карбоксиметилгуара, карбоксиметилгидроксипропилгуара, гидрофобноассоциированных набухающих эмульсионных полимеров, крахмалов, латексных полимеров и подобных полимеров.[0062] Suitable water soluble polymers for mixing with the monomers can be selected from the group consisting of polyacrylamide, polyacrylic acid, copolymers of acrylamide with salts of acrylic acid, polyethylene glycol, polyvinyl pyrrolidone, polyvinyl alcohol, carboxymethyl cellulose, hydroxy hydroxy hydroxy cellulose, hydroxy hydroxy hydroxy cell he hydrophobically associated swellable emulsion polymers, starches, latex polymers and similar polymers.

[0063] Другой способ модификации частиц проппанта включает химическую прививку на частицу гидрофильных полимеров. Прививку полимерных цепей на поверхность частицы можно осуществлять посредством таких реакций, как циклоприсоединение Хьюсгена и другие реакции сочетания или присоединения, способные иммобилизовывать полимеры на поверхности частицы.[0063] Another method for modifying proppant particles involves chemically grafting a particle of hydrophilic polymers. Grafting polymer chains onto the surface of a particle can be accomplished through reactions such as Husgen's cycloaddition and other coupling or addition reactions capable of immobilizing polymers on the surface of the particle.

[0064] Частица проппанта, применяемая для указанных целей, может быть выбрана так, чтобы на ее поверхности находились функциональные группы, такие как эпоксид, винил, амин, гидроксил и т.д. Указанные группы затем могут взаимодействовать с полимерами, содержащими группы, способные взаимодействовать с функциональными группами на поверхности частицы. Например, частицы проппанта, содержащие диоксид кремния, можно подвергнуть модификации поверхности при помощи силанов, таких как аминосиланы, винилсиланы, эпоксисиланы и т.д.[0064] The proppant particle used for these purposes can be selected so that functional groups such as epoxide, vinyl, amine, hydroxyl, etc. are located on its surface. These groups can then interact with polymers containing groups capable of interacting with functional groups on the particle surface. For example, proppant particles containing silica can be surface modified with silanes such as aminosilanes, vinylsilanes, epoxysilanes, etc.

[0065] В вариантах реализации полимеры, которые будут взаимодействовать с функционализированной частицей, представляют собой гидрофильные линейные или разветвленные полимеры или сополимеры. Полимер может содержать один или более привитых фрагментов. В вариантах реализации полимеры могут содержать функциональные группы, такие как аминогруппа, карбоксильная группа или ее соли, гидроксил, тиол, ангидрид кислоты, хлорангидрид кислоты и/или изоцианатная группа, способные к ковалентному связыванию с функциональными группами частицы. Примерами полимеров, которые можно применять для взаимодействия с функционализированной частицей, являются: ПЭГ, функционализированный эпоксидом, функционализированный амином ПЭГ, функционализированный азидом ПЭГ, полиэтиленимин, полиакриловая кислота, поливиниловый спирт и т.д.[0065] In embodiments, the polymers that will interact with the functionalized particle are hydrophilic linear or branched polymers or copolymers. The polymer may contain one or more grafted fragments. In embodiments, the polymers may contain functional groups, such as an amino group, a carboxyl group or its salts, hydroxyl, thiol, acid anhydride, acid chloride and / or isocyanate group capable of covalently bonding to the functional groups of the particles. Examples of polymers that can be used to interact with a functionalized particle are: PEG, epoxide functionalized, amine PEG functionalized, PEG azide functionalized, polyethyleneimine, polyacrylic acid, polyvinyl alcohol, etc.

[0066] В вариантах реализации полученный гидрогель, кроме способности набухать, также может обладать чувствительностью к температуре или к величине рН. Таким образом, можно регулировать поведение проппанта при набухании. В этом заключается дополнительное преимущество для подачи проппанта в скважину, поскольку температура ниже на ранних стадиях, на которых проппант подают и желательно полное набухание; более высокие температуры ожидаются внутри разрывов, где желательно меньшее набухание гидрогелевого слоя для улучшения упаковки. Мономеры, применяемые для получения проппантов, покрытых чувствительным к температуре гидрогелем, могут быть выбраны из N-изопропилакриламида (NiPA), этиленоксида, пропиленоксида или макромономеров/полимеров, демонстрирующих нижнюю критическую температуру растворения (НКТР).[0066] In embodiments, the resulting hydrogel, in addition to the ability to swell, may also be sensitive to temperature or pH. Thus, proppant behavior during swelling can be controlled. This is an additional advantage for feeding proppant into the well, since the temperature is lower in the early stages where the proppant is fed and full swelling is desired; higher temperatures are expected within the fractures, where less swelling of the hydrogel layer is desired to improve packaging. The monomers used to prepare the proppants coated with a temperature-sensitive hydrogel may be selected from N-isopropyl acrylamide (NiPA), ethylene oxide, propylene oxide, or macromonomers / polymers exhibiting lower critical dissolution temperatures (NCTR).

[0067] В варианте реализации изобретения процесс преобразования субстрата, такого как песок, в самосуспендирующийся проппант, можно осуществлять на месте его использования при подготовке к осуществлению гидравлического разрыва пласта или рядом с ним, например, в месте нахождения нефтяной или газовой скважины. Данный способ имеет преимущество, заключающееся в том, что преобразованию в специальный продукт с дополнительными свойствами подлежит материал широкого потребления с высоким показателем общих затрат, такой как песок. Песок может быть получен из местных источников или доставлен непосредственно из места его добычи или хранения для последующего модифицирования на месте использования. Это позволяет исключить первоначальную транспортировку песка на смесительную установку, а затем обеспечивать его доставку с установки на место использования. В случае использования песка, транспортные издержки могут оказаться выше стоимости сырья, поэтому для целей контроля над уровнем издержек целесообразно избегать дополнительных транспортных расходов.[0067] In an embodiment of the invention, the process of converting a substrate, such as sand, into a self-suspending proppant, can be carried out at the place of its use in preparation for or near the hydraulic fracturing, for example, at the location of an oil or gas well. This method has the advantage that a material of high consumption with a high total cost, such as sand, is subject to conversion into a special product with additional properties. Sand can be obtained from local sources or delivered directly from the place of its extraction or storage for subsequent modification at the place of use. This eliminates the initial transportation of sand to the mixing plant, and then ensures its delivery from the installation to the place of use. In the case of sand, transportation costs may be higher than the cost of raw materials, therefore, for the purpose of controlling the level of costs, it is advisable to avoid additional transportation costs.

[0068] В приводимом в качестве примера процессе получения в смеситель непрерывного действия могут быть добавлены песок и модифицирующие химические реагенты. После завершения смешивания состав может быть (а) готов к использованию, или (б) направлен для высушивания. Стадия высушивания может включать процесс термической или вакуумной сушки, а также добавление агентов, предотвращающих слеживание. Готовый продукт можно хранить в контейнерах на площадке скважины. Примером смесительного оборудования является мешалка с ленточной винтовой лопастью или шнек-смеситель. Стадия высушивания может быть отдельным от смешивания процессом, имеющим целью избежать приложения избыточных усилий сдвига к готовому продукту, например, в конвейерной или туннельной печи для сушки. Другие типы сушильных устройств содержат ротационные печи, микроволновые, лопастные и вакуумные сушилки.[0068] In an exemplary manufacturing process, sand and modifying chemicals may be added to the continuous mixer. After mixing is complete, the composition may be (a) ready for use, or (b) sent for drying. The drying step may include a thermal or vacuum drying process, as well as the addition of anti-caking agents. The finished product can be stored in containers at the well site. An example of mixing equipment is a stirrer with a tape screw blade or a screw mixer. The drying step may be separate from the mixing process, with the aim of avoiding the application of excessive shear forces to the finished product, for example, in a conveyor or tunnel kiln for drying. Other types of dryers include rotary kilns, microwave, paddle and vacuum dryers.

[0069] Гидрогелевые полимеры, которые могут быть использованы для модифицирования проппантов в соответствии с системами и способами, описываемыми в настоящем изобретении, в вариантах его реализации могут быть введены в виде эмульсий на масляной основе, суспензий, эмульсий на водной основе, латексов, растворов и дисперсий. В вариантах реализации изобретения гидрогелевые полимеры могут быть введены в виде перегнанной эмульсии, например, на углеводородной основе, подвергнутой выпариванию для удаления части жидкостей-носителей. Это может дать преимущество, выраженное в более низких требованиях к высушиванию по сравнению с традиционными эмульсиями. В вариантах реализации изобретения гидрогелевый полимер может быть эмульсией, набухающей в щелочных условиях, отличающейся тем, что свойства образующего гидрогель полимера до контакта со щелочью проявляются не полностью. В данном варианте реализации изобретения набухающая в щелочных условиях эмульсия может быть нанесена на субстрат расклинивающего агента с образованием модифицированного проппанта, при этом модифицированный проппант может быть суспендирован в жидкости для гидроразрыва в присутствии щелочного материала.[0069] Hydrogel polymers that can be used to modify proppants in accordance with the systems and methods described in the present invention, in variants of its implementation can be introduced in the form of oil-based emulsions, suspensions, water-based emulsions, latexes, solutions and variances. In embodiments of the invention, the hydrogel polymers can be introduced in the form of a distilled emulsion, for example, a hydrocarbon-based, evaporated to remove part of the carrier liquids. This can give the advantage expressed in lower requirements for drying compared to traditional emulsions. In embodiments of the invention, the hydrogel polymer may be an emulsion that swells under alkaline conditions, characterized in that the properties of the hydrogel-forming polymer before contact with alkali are not fully manifested. In this embodiment, an alkaline swelling emulsion can be applied to a proppant substrate to form a modified proppant, wherein the modified proppant can be suspended in a fracturing fluid in the presence of an alkaline material.

[0070] В вариантах реализации изобретения во время или до стадии смешивания частиц субстрата проппанта и композиции флюида полимерного покрытия может быть добавлена добавка, такая как спирт, выбранный из группы, содержащей этиленгликоль, пропиленгликоль, глицерин, пропанол и этанол. В вариантах реализации изобретения активаторы инвертирования, подходящие в качестве добавок к составам полимерных покрытий для самосуспендирующихся проппантов, могут включать поверхностно-активные вещества (ПАВ) с высоким показателем гидрофильно-липофильного баланса (ГЛБ), такие как ПАВ лауриловый спирт полиэтиленоксида (ETHAL LA-12/80% от компании ЕТНОХ), этиленгликоль, пропиленгликоль, вода, карбонат натрия, бикарбонат натрия, хлорид аммония, мочевина, хлорид бария и их смеси. В вариантах реализации активаторы инвертирования могут выполнять функцию, способствующую высвобождению ингредиентов активного полимера из внутренней фазы масляной эмульсии полимера в (как правило водную) обрабатываемую технологическую жидкость. Поскольку при этом происходит превращение масляного непрерывного полимера в водную непрерывную среду, описанный процесс может быть определен как обращение фаз.[0070] In embodiments of the invention, an additive, such as an alcohol selected from the group consisting of ethylene glycol, propylene glycol, glycerin, propanol and ethanol, can be added during or prior to the step of mixing the particles of the proppant substrate and the polymer coating fluid composition. In embodiments of the invention, invert activators suitable as additives to polymer coating compositions for self-suspending proppants may include surfactants with a high hydrophilic-lipophilic balance (HLB) such as surfactant polyethylene oxide lauryl alcohol (ETHAL LA-12 / 80% from ETNOX company), ethylene glycol, propylene glycol, water, sodium carbonate, sodium bicarbonate, ammonium chloride, urea, barium chloride and mixtures thereof. In embodiments, invert activators can perform a function that promotes the release of active polymer ingredients from the internal phase of the polymer oil emulsion into a (typically aqueous) process fluid being processed. Since this involves the conversion of the oily continuous polymer into an aqueous continuous medium, the described process can be defined as phase reversal.

[0071] В других вариантах реализации изобретения субстрат проппанта может быть модифицирован составом полимера без применения стадии высушивания. Это может быть реализовано с помощью состава полимера без растворителя или отверждающегося состава. В некоторых упрощенных способах состав сухого или жидкого полимера может быть нанесен на субстрат проппанта посредством поточного смешивания; приготовленный таким образом модифицированный материал может быть использован без дополнительной обработки. Содержание влаги в субстрате проппанта может быть изменено добавлением или удалением воды или добавлением иных жидкостей, что обеспечивает эффективное покрытие, обработку и подачу субстрата в жидкость для гидроразрыва.[0071] In other embodiments, the proppant substrate may be modified by the composition of the polymer without using a drying step. This can be realized using a polymer composition without a solvent or a curable composition. In some simplified methods, the composition of the dry or liquid polymer can be applied to the proppant substrate by in-line mixing; The modified material prepared in this way can be used without further processing. The moisture content in the proppant substrate can be changed by adding or removing water or the addition of other liquids, which provides effective coating, processing and supply of the substrate to the fracturing fluid.

[0072] Для эффективного диспергирования в жидкости для гидравлического разрыва модифицированные проппанты могут быть дополнительно обработаны смачивающим агентом, например, поверхностно-активным веществом или другим гидрофильным материалом. Проппанты, модифицированные гидрогелем и находящиеся во взвешенном состоянии в жидкости для гидравлического разрыва считаются самосуспендирующимися, если для предотвращения выпадения твердой фазы из суспензии требуется жидкость с низкой вязкостью.[0072] For effective dispersion in a fracturing fluid, the modified proppants can be further treated with a wetting agent, for example, a surfactant or other hydrophilic material. Hydrogel-modified proppants that are in suspension in a hydraulic fracturing fluid are considered self-suspending if low viscosity fluid is required to prevent precipitation of the solid phase from the suspension.

[0073] Модифицированные проппанты можно дополнительно модифицировать для улучшения сыпучести и технологических свойств во время переработки, транспортировки и хранения. Гигроскопичная поверхность модифицированных проппантов может в некоторых случаях оказывать отрицательное воздействие на сыпучесть насыпного материала модифицированных проппантов, вызывая слипание модифицированных проппантов, особенно заметное во влажных условиях и/или при высокой влажности. Модифицированным проппантам можно придать антислеживающие свойства посредством дополнительной модификации, для уменьшения или устранения слеживания посредством снижения гигроскопичности модифицированных проппантов во время переработки, транспортировки и хранения, или посредством снижения взаимодействия между соседними поверхностями модифицированных проппантов во время переработки, транспортировки и хранения, или обоими указанными способами. В вариантах реализации агент, предотвращающий слеживание, не оказывает воздействия на ожидаемые технологические характеристики модифицированных проппантов при введении модифицированных проппантов в водную жидкость в целевых применениях. Модифицированные проппанты можно обрабатывать агентами, предотвращающими слеживание, такими как мелкодисперсные твердые вещества, или второй внешний слой, или оба указанных варианта. Второй внешний слой может иметь низкую плотность сшивки с поверхностью модифицированного проппанта, или представлять собой твердый негигроскопичный слой, или слой катионной соли, или масляный гидрофобный слой, или комбинацию указанных вариантов. Модифицированные проппанты с агентом, предотвращающим слеживание, могут обладать улучшенными технологическими свойствами, такими как сыпучие свойства, стойкость к слипанию, простота перемещения, простота дозирования и простота выгрузки из емкости для хранения или транспортировки. В вариантах реализации модифицированные проппанты с агентами, предотвращающими слеживание, могут иметь сниженные требования к сушке, благодаря чему можно производить готовый продукт с меньшими затратами энергии, времени и оборудования.[0073] Modified proppants can be further modified to improve flowability and processing properties during processing, transportation, and storage. The hygroscopic surface of the modified proppants may in some cases have a negative effect on the flowability of the bulk material of the modified proppants, causing the adhesion of the modified proppants, especially noticeable in wet conditions and / or at high humidity. Modified proppants can be given anti-caking properties by additional modification, to reduce or eliminate caking by reducing the hygroscopicity of the modified proppants during processing, transportation and storage, or by reducing the interaction between adjacent surfaces of the modified proppants during processing, transportation and storage, or both of these methods. In embodiments, the anti-caking agent does not affect the expected processing characteristics of the modified proppants when introducing the modified proppants into the aqueous liquid in the targeted applications. Modified proppants can be treated with anti-caking agents, such as finely divided solids, or a second outer layer, or both. The second outer layer may have a low density of crosslinking with the surface of the modified proppant, or be a solid non-hygroscopic layer, or a layer of cationic salt, or an oil hydrophobic layer, or a combination of these options. Modified proppants with an anti-caking agent may have improved processing properties such as bulk properties, resistance to sticking, ease of movement, ease of dispensing, and ease of unloading from a storage or transportation container. In embodiments, modified proppants with anti-caking agents can have reduced drying requirements, so that a finished product can be produced with less energy, time and equipment.

[0074] В вариантах реализации агент, предотвращающий слеживание, представляет собой мелкодисперсное твердое вещество, включающее глины, кремнийсодержащие материалы, органические вещества, оксиды металлов или слои жирных кислот. В других вариантах реализации агент, предотвращающий слеживание, представляет собой мелкодисперсное твердое вещество, такое как силикат кальция, силикат магния, карбонат кальция, тальк, каолин, бентонит, аттапульгит, диатомовая земля, диоксид кремния, коллоидный диоксид кремния, пирогенный диоксид кремния, кукурузный крахмал, углеродная сажа, микрокристаллическая целлюлоза, оксид железа, оксид алюминия, стеарат кальция, стеарат магния или комбинации указанных веществ.[0074] In embodiments, the anti-caking agent is a finely divided solid, including clays, silicon materials, organic materials, metal oxides, or layers of fatty acids. In other embodiments, the anti-caking agent is a finely divided solid, such as calcium silicate, magnesium silicate, calcium carbonate, talc, kaolin, bentonite, attapulgite, diatomaceous earth, silicon dioxide, colloidal silicon dioxide, fumed silica, corn starch carbon black, microcrystalline cellulose, iron oxide, alumina, calcium stearate, magnesium stearate, or combinations thereof.

[0075] В вариантах реализации агент, предотвращающий слеживание, представляет собой второй внешний слой, образованный посредством сшивки с поверхностью модифицированного проппанта. Введение соединений, способных сшивать набухающий полимер на поверхности проппанта, способно эффективно снижать способность полимерного слоя к преждевременному набуханию. Уменьшение набухания полимера будет уменьшать склонность модифицированного проппанта подвергаться слеживанию или агломерации во время транспортировки и хранения. В вариантах реализации сшивающие соединения обладают способностью образовывать связь с гидроксильной функциональной группой, карбоксильной функциональной группой, аминной функциональной группой или амидной функциональной группой. Сшивающие соединения могут быть выбраны из органических соединений, содержащих альдегидную, аминную, ангидридную или эпоксидную функциональные группы. Сшивающие соединения также могут представлять собой металлоорганические соединения. В вариантах реализации сшивающие соединения образуют связь, которая может быть разрушена или удалена при механическом сдвиге. Металлоорганические соединения, способные к ассоциации и/или связыванию с гидроксильными и карбоксильными функциональными группами, представляют собой примеры сшивающих соединений, образующих связи, чувствительные к сдвигу. При высоких сдвиговых усилиях при перекачке насосом, ассоциированной с гидравлическим разрывом, сшивка полимера может разрушаться и полимер может набухать неограниченно, при введении модифицированного проппанта в жидкость для гидроразрыва.[0075] In embodiments, the anti-caking agent is a second outer layer formed by crosslinking the surface of the modified proppant. The introduction of compounds capable of crosslinking the swellable polymer on the surface of the proppant can effectively reduce the ability of the polymer layer to prematurely swell. Reducing the swelling of the polymer will reduce the tendency of the modified proppant to undergo caking or agglomeration during transportation and storage. In embodiments, crosslinking compounds are capable of forming a bond with a hydroxyl functional group, a carboxyl functional group, an amine functional group or an amide functional group. Crosslinking compounds can be selected from organic compounds containing aldehyde, amine, anhydride or epoxy functional groups. Crosslinking compounds can also be organometallic compounds. In embodiments, the crosslinking compounds form a bond that can be broken or removed by mechanical shear. Organometallic compounds capable of association and / or binding to hydroxyl and carboxy functional groups are examples of crosslinking compounds that form shear sensitive bonds. At high shear forces during pumping associated with hydraulic fracturing, polymer crosslinking can break and the polymer can swell indefinitely when a modified proppant is introduced into the hydraulic fracturing fluid.

[0076] В вариантах реализации агент, предотвращающий слеживание, представляет собой тонкий второй слой твердого негигроскопичного материала, такого как жирные кислоты, гидрированные жирные кислоты, гидрированные масла, воски, полиэтилен, полиэтиленоксиды, полипропиленоксиды, сополимеры полиэтиленоксида и полипропиленоксида или комбинации указанных соединений. Примеры жирных кислот, подходящих для применения в качестве второго слоя, включают стеариновую кислоту, пальмитиновую кислоту, лауриновую кислоту или жирные кислоты таллового масла, содержащие стеариновую кислоту, пальмитиновую кислоту и/или лауриновую кислоту. Примеры гидрированных масел, подходящих для применения в качестве второго слоя, включают гидрированное касторовое масло. Примеры восков, подходящих для применения в качестве второго слоя, включают парафин, вазелин и гач. Тонкий плотный слой может быть нанесен на поверхность модифицированного проппанта для создания барьера, препятствующего прилипанию слоя набухающего полимера на соседних частицах модифицированного проппанта во время хранения. Применяемый твердый внешний слой может состоять из соединений, которые растворимы в воде, нерастворимы в воде, или обоих указанных типов. Твердый внешний слой негигроскопичен. Твердый внешний слой выбран так, чтобы оставаться в твердой фазе при температурах ниже 38°C, и имеет температуру плавления в диапазоне от 40°C до 120°C. В вариантах реализации внешний слой выбран так, чтобы температура плавления была достаточно низкой для того, чтобы внешний слой находился в жидкой фазе во время процесса сушки при производстве модифицированного проппанта, но достаточно высокой для того, чтобы внешний слой находился в твердой фазе во время хранения и транспортировки модифицированного проппанта. В твердой фазе внешний слой действует как барьер, предотвращающий/уменьшающий слеживание модифицированного проппанта во влажных условиях. Твердый внешний слой можно вводить в модифицированный проппант в виде мелкодисперсного порошка, хлопьев, раствора в масляном носителе или теплой жидкости. Твердый внешний слой можно вводить в модифицированный проппант непосредственно перед полимером, одновременно с полимером, в виде смеси с полимером, или вводить в некий момент после введения полимера, но до процесса высушивания. Предпочтительно, твердый внешний слой агента, предотвращающего слеживание, вводят после тщательного перемешивания полимера с модифицированным проппантом, но до высушивания модифицированного проппанта.[0076] In embodiments, the anti-caking agent is a thin second layer of solid non-hygroscopic material such as fatty acids, hydrogenated fatty acids, hydrogenated oils, waxes, polyethylene, polyethylene oxides, polypropylene oxides, copolymers of polyethylene oxide and polypropylene oxide, or combinations thereof. Examples of fatty acids suitable for use as a second layer include stearic acid, palmitic acid, lauric acid or tall oil fatty acids containing stearic acid, palmitic acid and / or lauric acid. Examples of hydrogenated oils suitable for use as a second layer include hydrogenated castor oil. Examples of waxes suitable for use as a second layer include paraffin, petroleum jelly, and gach. A thin dense layer can be applied to the surface of the modified proppant to create a barrier to preventing the swelling polymer layer from adhering to adjacent particles of the modified proppant during storage. The applied solid outer layer may consist of compounds that are soluble in water, insoluble in water, or both of these types. The solid outer layer is non-hygroscopic. The solid outer layer is selected to remain in the solid phase at temperatures below 38 ° C, and has a melting point in the range from 40 ° C to 120 ° C. In embodiments, the outer layer is selected so that the melting temperature is sufficiently low so that the outer layer is in the liquid phase during the drying process during the production of the modified proppant, but high enough so that the outer layer is in the solid phase during storage and transporting modified proppant. In the solid phase, the outer layer acts as a barrier to prevent / reduce caking of the modified proppant in wet conditions. The solid outer layer can be introduced into the modified proppant in the form of a fine powder, flakes, solution in an oil carrier or a warm liquid. The solid outer layer can be introduced into the modified proppant immediately before the polymer, simultaneously with the polymer, as a mixture with the polymer, or introduced at some point after the polymer is introduced, but before the drying process. Preferably, the solid outer layer of the anti-caking agent is introduced after thoroughly mixing the polymer with a modified proppant, but before drying the modified proppant.

[0077] В вариантах реализации агент, предотвращающий слеживание, представляет собой второй слой соли, несущей одновалентный катионный заряд, которую можно вводить в модифицированный проппант в виде жидкости или масляного раствора при температурах ниже 100°C, такой как катионное поверхностно-активное вещество или гидрат одновалентной соли. Катионные поверхностно-активные вещества, содержащие четвертичный амин с гидрофобным «хвостом», такие как коммерчески доступные Adogen 464 или Arquad 2НТ-75 от Akzo Nobel, можно применять в качестве второго покрытия для придания модифицированному проппанту гидрофобного слоя, который также нейтрализует возможный анионный заряд полимера. Многие гидраты солей, такие как тригидрат ацетата натрия и додекагидрат сульфата алюминия-натрия, имеют температуры плавления ниже 100°C и могут быть введены в модифицированный проппант и расплавлены в качестве второго слоя во время сушки модифицированного проппанта. Как в случае катионного поверхностно-активного вещества, так и в случае гидрата соли, получают концентрированный слой катионного заряда на поверхности модифицированного проппанта, который может уменьшать потенциал набухания анионно заряженного полимера. При введении модифицированного проппанта в водный поток одновалентная соль в достаточной степени разбавляется, чтобы обеспечить возможность модифицированному проппанту выполнять предназначенную функцию.[0077] In embodiments, the anti-caking agent is a second salt layer with a monovalent cationic charge that can be introduced into the modified proppant as a liquid or an oil solution at temperatures below 100 ° C, such as a cationic surfactant or hydrate monovalent salt. A cationic surfactant containing a quaternary amine with a hydrophobic tail, such as the commercially available Adogen 464 or Arquad 2HT-75 from Akzo Nobel, can be used as a second coating to impart a hydrophobic layer to the modified proppant, which also neutralizes the possible anionic charge of the polymer . Many salt hydrates, such as sodium acetate trihydrate and aluminum-sodium sulfate dodecahydrate, have melting points below 100 ° C and can be introduced into the modified proppant and melted as a second layer during drying of the modified proppant. Both in the case of a cationic surfactant and in the case of salt hydrate, a concentrated cationic charge layer is obtained on the surface of the modified proppant, which can reduce the swelling potential of the anionically charged polymer. When a modified proppant is introduced into the water stream, the monovalent salt is sufficiently diluted to allow the modified proppant to fulfill its intended function.

[0078] В вариантах реализации агент, предотвращающий слеживание, представляет собой второй слой гидрофобного смазывающего масла, нанесенный на модифицированный проппант, причем указанное масло выбрано из группы, состоящей из кремнийорганических масел, минеральных масел, вазелинов, триглицеридов или комбинации указанных масел. Примеры кремнийорганических масел, подходящих для применения в качестве гидрофобного смазывающего второго слоя, включают полидиметилсилоксан. Примеры триглицеридов, подходящих для применения в качестве гидрофобного смазывающего второго слоя, включают кукурузное масло, арахисовое масло, касторовое масло и другие растительные масла. Предпочтительно, гидрофобное смазывающее масло имеет температуру дымообразования и температуру кипения выше температуры, применяемой на стадии высушивания при производстве модифицированного проппанта. Предпочтительно температура дымообразования масла составляет более 200°C. Предпочтительно температура дымообразования масла составляет по меньшей мере 175°C.[0078] In embodiments, the anti-caking agent is a second layer of hydrophobic lubricating oil applied to a modified proppant, said oil being selected from the group consisting of organosilicon oils, mineral oils, petroleum jelly, triglycerides, or a combination of these oils. Examples of organosilicon oils suitable for use as a hydrophobic lubricating second layer include polydimethylsiloxane. Examples of triglycerides suitable for use as a hydrophobic lubricating second layer include corn oil, peanut oil, castor oil and other vegetable oils. Preferably, the hydrophobic lubricating oil has a smoke point and a boiling point higher than that used in the drying step in the production of the modified proppant. Preferably, the smoke temperature of the oil is more than 200 ° C. Preferably, the smoke temperature of the oil is at least 175 ° C.

[0079] Согласно настоящему изобретению и в противоположность традиционному подходу, заключающемуся в создании однородной жидкости средней вязкости, в модифицированных гидрогелем проппантах может быть успешно использован метод локализации концентрата полимера на поверхности проппанта. Локализованный слой гидрогеля позволяет более эффективно использовать полимер, поскольку для приготовления суспензии проппанта может быть использовано меньшее количество полимера по сравнению, например, с традиционными жидкостями для гидроразрыва с полимерными добавками, такими как вода с добавками несшитого полимера, линейные и сшитые гели. Не смотря на то, что модифицированные гидрогелем проппанты считаются самосуспендирующимися, они могут быть использованы в комбинации с понизителями трения, линейными и сшитыми гелями.[0079] According to the present invention and in contrast to the traditional approach of creating a homogeneous medium-viscosity fluid, the method of localizing the polymer concentrate on the surface of the proppant can be successfully used in hydrogel-modified proppants. The localized hydrogel layer allows more efficient use of the polymer, since a smaller amount of polymer can be used to prepare a proppant suspension compared to, for example, conventional fracturing fluids with polymer additives, such as water with non-crosslinked polymer additives, linear and crosslinked gels. Despite the fact that hydrogel-modified proppants are considered self-suspending, they can be used in combination with friction reducers, linear and crosslinked gels.

[0080] Модифицированные гидрогелем проппанты, описанные в настоящем изобретении, отличаются тем, что имеют преимущество при подаче снижающего трение полимера в жидкость для гидроразрыва и, таким образом, потребность в других полимерах-понизителях трения или отсутствует или составляет значительно меньшее количество, если в операциях гидравлического разрыва пласта используют проппанты, модифицированные гидрогелем. В вариантах реализации некоторое количество гидрогелевого полимера может десорбироваться с поверхности проппанта, приводя к преимущественному снижению трения или вязкостных свойств жидкости для гидроразрыва. Хотя примеры вариантов реализации настоящего изобретения сосредоточены на применении модифицированных гидрогелем проппантов для целей гидравлического разрыва, можно представить себе другие применения модифицированных гидрогелем проппантов, в которых можно использовать способность указанных проппантов к удержанию воды или снижению трения. Например, модифицированные гидрогелем проппанты можно применять для абсорбции воды из влажных сред, посредством создания удерживающих воду частиц, которые можно удалить из среды, удаляя вместе с ними нежелательную влагу. В другом примере модифицированные гидрогелем проппанты можно применять в ситуациях, когда было бы выгодно введение воды в среду. Модифицированный гидрогелем проппант может быть насыщен водой или водным раствором, а затем использован, например, в качестве добавки для рекультивации почвы в сухих условиях. Модифицированные гидрогелем проппанты могут быть изготовлены из песка или других субстратов, совместимых с почвой, и их можно транспортировать в район применения в сухом виде; затем их можно насыщать водой и использовать в качестве почвоулучшителя. В других вариантах реализации модифицированные гидрогелем проппанты можно применять в качестве почвоулучшителя в сухом виде, при этом они могут поглощать и удерживать влагу из окружающей среды, орошения, дождей и подобных источников. В указанных вариантах реализации можно выгодно использовать влагоудерживающие свойства модифицированных гидрогелем проппантов. В вариантах реализации можно применять модифицированный гидрогелем проппант для уменьшения эрозии пахотного слоя, семенного ложа, смесей для гидропосева, и подобных применений. В вариантах реализации, модифицированный гидрогелем проппант можно применять в качестве носителя для введения других совместимых агентов на участок, например, в почву. Модифицированные гидрогелем проппанты могут содержать дополнительные составы, вытекающие из или через слой гидрогеля в окружающую среду, по мере разрушения гидрогеля или по мере того, как гидрогель впитывает влагу и расширяется. Примеры таких составов включают удобрения, семена, регуляторы роста растений, гербициды, пестициды, фунгициды и подобные добавки. Другие применения модифицированных гидрогелем проппантов, полученных согласно описанным составам и способам, можно предположить исходя из их свойств, приведенных в настоящем описании.[0080] The hydrogel-modified proppants described in the present invention are characterized in that they have the advantage of feeding the friction reducing polymer to the fracturing fluid, and thus the need for other friction reducing polymers is either absent or significantly less if the operations hydraulic fracturing using proppants modified with hydrogel. In embodiments, a certain amount of hydrogel polymer can be desorbed from the proppant surface, leading to a predominant reduction in the friction or viscosity properties of the fracturing fluid. Although examples of embodiments of the present invention focus on the use of hydrogel-modified proppants for hydraulic fracturing purposes, other applications of hydrogel-modified proppants can be envisioned in which the ability of these proppants to retain water or reduce friction can be used. For example, hydrogel-modified proppants can be used to absorb water from wet environments by creating water-retaining particles that can be removed from the medium by removing unwanted moisture along with them. In another example, hydrogel-modified proppants can be used in situations where introducing water into the medium would be beneficial. Hydrogel-modified proppant can be saturated with water or an aqueous solution, and then used, for example, as an additive for soil remediation in dry conditions. Hydrogel-modified proppants can be made from sand or other substrates compatible with the soil, and they can be transported to the area of use in dry form; then they can be saturated with water and used as soil improver. In other embodiments, hydrogel-modified proppants can be used as a dry conditioner, while they can absorb and retain moisture from the environment, irrigation, rains, and the like. In these embodiments, it is possible to advantageously use the water-holding properties of the hydrogel-modified proppants. In embodiments, a hydrogel-modified proppant can be used to reduce erosion of the arable layer, seed bed, mixtures for hydroseeding, and similar applications. In embodiments, the hydrogel-modified proppant can be used as a carrier for introducing other compatible agents into the area, for example, into the soil. Hydrogel-modified proppants may contain additional formulations flowing from or through the hydrogel layer to the environment as the hydrogel breaks down or as the hydrogel absorbs moisture and expands. Examples of such formulations include fertilizers, seeds, plant growth regulators, herbicides, pesticides, fungicides, and the like. Other applications of hydrogel-modified proppants obtained according to the described compositions and methods can be assumed based on their properties described in the present description.

[0081] В вариантах реализации изобретения используемый для получения модифицированных проппантов гидрогелевый полимер может включать полиакриламид, сополимеры акриламида с анионными и катионными сомономерами, гидролизованный полиакриламид, сополимеры акриламида с гидрофобными сомономерами, (поли)акриловую кислоту, соли (поли)акриловой кислоты, карбоксиметилцеллюлозу, гидроксиэтилцеллюлозу, гидроксипропилцеллюлозу, гуаровую смолу, альгинат, каррагинан, смолу плодоворожкового дерева, карбоксиметилгуар, карбоксиметилгидроксипропилгуаровую смолу, гидрофобноассоциированные набухающие эмульсионные (HASE) полимеры, латексные полимеры, крахмалы и подобные полимеры. В вариантах реализации гидрогелевый полимер может иметь молекулярную массу (г/моль) свыше 1 миллиона, например, в диапазоне от 10 миллионов до 40 миллионов Дальтон. В вариантах реализации гидрогелевый полимер может представлять собой высокомолекулярный полимер винильного присоединения, растворимый в воде и имеющий линейную структуру.[0081] In embodiments of the invention, the hydrogel polymer used to prepare modified proppants may include polyacrylamide, copolymers of acrylamide with anionic and cationic comonomers, hydrolyzed polyacrylamide, copolymers of acrylamide with hydrophobic comonomers, (poly) acrylic acid, salts of (poly) acrylic acid, carboxymethyl, hydroxyethyl cellulose, hydroxypropyl cellulose, guar gum, alginate, carrageenan, fruit tree resin, carboxymethyl guar, carboxymethyl hydroxypropyl ApoB resin gidrofobnoassotsiirovannye swellable emulsion (HASE) polymers, latex polymers, starches and the like polymers. In embodiments, the hydrogel polymer may have a molecular weight (g / mol) of more than 1 million, for example, in the range of 10 million to 40 million Daltons. In embodiments, the hydrogel polymer may be a high molecular weight vinyl addition polymer soluble in water and having a linear structure.

[0082] В вариантах реализации гидрогелевый полимер может быть сшитым, как описано выше, для улучшения свойств полимера поглощать воду и набухать. Сшивающие агенты можно вводить как элемент гидрогелевого основного полимера, или их можно вводить как химические модификаторы предварительно полученных полимеров. Сшивающие соединения можно вводить непосредственно в полимер, применяемый для покрытия проппанта, вводить в проппант одновременно с полимером при смешивании, или вводить в некоторый момент после введения в проппант полимера, но до высушивания.[0082] In embodiments, the hydrogel polymer may be crosslinked as described above to improve the ability of the polymer to absorb water and swell. Crosslinking agents can be introduced as an element of the hydrogel base polymer, or they can be introduced as chemical modifiers of preformed polymers. Crosslinking compounds can be introduced directly into the polymer used to coat the proppant, introduced into the proppant simultaneously with the polymer when mixed, or introduced at some point after the polymer is introduced into the proppant, but before drying.

[0083] Локализация полимера вокруг поверхности проппанта согласно приведенному в настоящей заявке способу приводит к более эффективному использованию полимера и предотвращает выпадение твердой фазы проппанта из раствора полимера. В вариантах реализации изобретения слой полимера гидратируется вокруг проппанта, эффективно препятствуя контакту между частицами проппанта. Это способно предупредить формирование компактного неподвижного слоя проппанта и, как результат, облегчает ресуспендирование в жидкости для гидроразрыва. Способность модифицированного проппанта повторно образовывать суспензию важны в ситуации, когда движение текучей среды оказалось нарушено во время проведения операций гидравлического разрыва пласта. В этом случае, во избежание потерь проппанта или непредусмотренного блокирования линии тока при возобновлении движения, важно, чтобы проппант мог быть ресуспендирован.[0083] the Localization of the polymer around the surface of the proppant according to the method described in this application leads to more efficient use of the polymer and prevents the proppant from precipitating from the polymer solution. In embodiments of the invention, the polymer layer hydrates around the proppant, effectively preventing contact between the proppant particles. This is able to prevent the formation of a compact fixed proppant layer and, as a result, facilitates resuspension in fracturing fluid. The ability of a modified proppant to re-form a slurry is important in situations where fluid movement has been impaired during hydraulic fracturing operations. In this case, in order to avoid proppant loss or inadvertent blockage of the flow line when resuming movement, it is important that the proppant can be resuspended.

[0084] Модифицирование поверхности полимера согласно приведенному в настоящей заявке способу может приводить к увеличению эффективного гидродинамического радиуса частицы проппанта при набухании полимера. Это влечет за собой затягивание движения проппанта, а также эффективному изменению объемной плотности гидрогель/частицы. И то, и другое может стать причиной снижения скорости оседания частиц проппанта и значительному улучшению транспортных свойств текучей среды.[0084] Modification of the polymer surface according to the method described in this application can lead to an increase in the effective hydrodynamic radius of the proppant particle during polymer swelling. This entails a delayed proppant movement as well as an effective change in the bulk density of the hydrogel / particle. Both that and another can cause a decrease in the sedimentation rate of proppant particles and a significant improvement in the transport properties of the fluid.

[0085] В модифицированных гидрогелем проппантах согласно настоящему изобретению можно преимущественно применять локализацию концентрации полимера на поверхности проппанта. Предпочтительно, после гидратации гидрогеля водой и воздействия условий сдвига, таких как перекачка по трубопроводу, большая часть гидрогелевого полимера остается связана с поверхностью проппанта. В вариантах реализации способ получения покрытия частиц субстрата гидрогелевым полимером включает физическое или химическое прикрепление полимера к поверхности проппанта. Указанное прикрепление может быть вызвано перепутыванием полимерных цепей при высушивании гидрогелевой пленки, что приводит к образованию гидрогелевого покрытия, противостоящего десорбции под воздействием сдвига в гидратированном состоянии. В вариантах реализации перепутыванию полимерных цепей содействуют посредством химической реакции или взаимодействия между полимерными цепями. В вариантах реализации в качестве покрытия применяют линейный несшитый гидрогелевый полимер, для обеспечения линейным полимерным цепям возможности перепутываться при образовании полимерного покрытия. В вариантах реализации перепутыванию полимерных цепей содействуют посредством процесса сушки при производстве и посредством использования коалесцирующих добавок. Коалесцирующие добавки представляют собой добавки, вызывающие слияние отдельных капелек эмульсии в составе покрытия в непрерывную пленку при высушивании. В вариантах реализации коалесцирующая добавка представляет собой спирт, такой как пропанол, глицерин, пропиленгликоль или этиленгликоль. На ФИГ. 4А и 4В представлены два изображения, полученных при помощи растрового электронного микроскопа (РЭМ), демонстрирующие эффект глицерина на коалесценцию полимера покрытия с образованием непрерывной пленки. На изображении, полученном при помощи растрового электронного микроскопа, представленном на ФИГ. 4А, проппант покрывали гидрогелевым составом из эмульсии анионного полиакриламида без добавления глицерина, а затем высушивали при 100°C в течение 1 часа. На изображении, показанном на ФИГ. 4А, можно видеть полное покрытие поверхности зерна проппанта, но все еще остаются видимыми отдельные капельки эмульсии диаметром примерно 1 микрон. На изображении РЭМ, показанном на ФИГ. 4В, проппант покрывали той же эмульсией анионного полиакриламида, но с добавлением 10% масс. глицерина в качестве коалесцирующего агента; а затем высушивали при 100°C в течение 1 часа. Действие коалесцирующего агента хорошо заметно по внешнему виду высохшей пленки: изображение РЭМ на ФИГ. 4В показывает по существу полное покрытие зерна проппанта, и в этом случае капельки эмульсии слились в более непрерывную пленку. На ФИГ. 5 показано изображение РЭМ высушенной пленки гидрогеля, полученной таким же способом, что и на ФИГ. 4В. Пленка гидрогеля на ФИГ. 5 показывает хорошую коалесценцию капелек эмульсии в пленку и полное покрытие поверхности зерна проппанта.[0085] In the hydrogel-modified proppants of the present invention, localization of polymer concentration on the surface of the proppant can advantageously be used. Preferably, after hydration of the hydrogel with water and exposure to shear conditions, such as pumping through a pipeline, most of the hydrogel polymer remains bound to the proppant surface. In embodiments, a method for coating a substrate particle with a hydrogel polymer comprises physically or chemically attaching the polymer to the surface of the proppant. This attachment may be caused by entanglement of the polymer chains when the hydrogel film is dried, which leads to the formation of a hydrogel coating that resists desorption by shear in the hydrated state. In embodiments, entanglement of the polymer chains is facilitated by a chemical reaction or interaction between the polymer chains. In embodiments, a linear, non-crosslinked hydrogel polymer is used as a coating to allow linear polymer chains to become entangled in the formation of the polymer coating. In embodiments, entanglement of the polymer chains is facilitated through a drying process in production and through the use of coalescing additives. Coalescing additives are additives that cause the merging of individual droplets of the emulsion in the coating composition into a continuous film upon drying. In embodiments, the coalescing additive is an alcohol, such as propanol, glycerin, propylene glycol or ethylene glycol. In FIG. 4A and 4B show two images obtained using a scanning electron microscope (SEM), showing the effect of glycerol on the coalescence of the coating polymer to form a continuous film. In the image obtained using a scanning electron microscope, presented in FIG. 4A, the proppant was coated with a hydrogel composition from an anionic polyacrylamide emulsion without glycerol added, and then dried at 100 ° C for 1 hour. In the image shown in FIG. 4A, a complete coating of the surface of the proppant grain can be seen, but individual droplets of the emulsion with a diameter of about 1 micron still remain visible. In the SEM image shown in FIG. 4B, the proppant was coated with the same emulsion of anionic polyacrylamide, but with the addition of 10% of the mass. glycerol as a coalescing agent; and then dried at 100 ° C for 1 hour. The effect of the coalescing agent is clearly visible in the appearance of the dried film: the SEM image in FIG. 4B shows a substantially complete coating of proppant grain, in which case the emulsion droplets merged into a more continuous film. In FIG. 5 shows an SEM image of a dried hydrogel film obtained in the same manner as in FIG. 4B. The hydrogel film of FIG. 5 shows the good coalescence of the emulsion droplets in the film and the complete coating of the surface of the proppant grain.

[0086] В вариантах реализации изобретения для улучшения удерживания гидрогелевого полимера на поверхности частиц проппанта могут быть использованы пары полимеров, необязательно, совместно с ионным сочетанием. Например, на проппант в качестве первого слоя наносят катионный полимер, который будет «закреплять на месте» второй слой, содержащий гидрогель, такой как анионный полимер с высокой молекулярной массой, посредством ионного сочетания. В вариантах реализации изобретения катионным полимером может быть полидиаллилдиметилхлорид аммония (поли-DADMAC), линейный полиэтиленимин (LPEI), разветвленный полиэтиленимин (BPEI), хитозан, полимер эпихлоргидрина/диметиламина, полимер этилендихлориддиметиламина или катионный полиакриламид. Слой катионного полимера может быть нанесен на проппант до или после модифицирования его поверхности посредством анионного гидрогелевого слоя. Взаимодействие при ионном сочетании может выступать в качестве механизма закрепления и способствовать предотвращению десорбции анионного полимера в условиях среды с высокой скоростью сдвига, например, прохождения через насос или во время закачивания в буровую скважину. Катионный полимер также может улучшать удерживание полимера в результате замедления гидратации и удлинения цепей анионного полимера. Считается, что в процессе перекачки, чем короче полимерная цепь, тем выше степень удерживания полимера на проппанте (т.е. тем ниже десорбция) во время перекачки.[0086] In embodiments of the invention, polymer pairs may optionally be used in conjunction with an ionic combination to improve the retention of the hydrogel polymer on the surface of the proppant particles. For example, a cationic polymer is applied to the proppant as a first layer, which will “fix in place” a second layer containing a hydrogel, such as a high molecular weight anionic polymer, by ionic coupling. In embodiments of the invention, the cationic polymer may be ammonium polydiallyl dimethyl chloride (poly-DADMAC), linear polyethyleneimine (LPEI), branched polyethyleneimine (BPEI), chitosan, epichlorohydrin / dimethylamine polymer, ethylene dichloride dimethylamine polymer or cationic polyacrylamide. The cationic polymer layer can be applied to the proppant before or after surface modification by means of an anionic hydrogel layer. The ion-coupled interaction can act as a fixing mechanism and can help prevent desorption of the anionic polymer under high shear conditions, for example, passing through a pump or during injection into a borehole. The cationic polymer can also improve polymer retention by slowing down hydration and chain elongation of the anionic polymer. It is believed that during pumping, the shorter the polymer chain, the higher the degree of polymer retention on the proppant (i.e., the lower the desorption) during pumping.

[0087] В вариантах реализации, ковалентное сшивание слоя гидрогелевого полимера на поверхности проппанта может улучшить набухаемость полимера и устойчивость к усилиям сдвига, препятствуя в результате преждевременному отделению гидрогеля от проппанта. Ковалентные сшивающие полимеры могут включать следующие функциональные группы: эпоксиды, ангидриды, альдегиды, диизоцианаты, карбодиамиды, дивиниловые или диаллиловые группы. Примерами таких ковалентных сшивателей являются: диглцидиловый эфир ПЭГ, эпихлоргидрин, малеиновый ангидрид, формальдегид, глиоксаль, глутаральдегид, толуилендиизоцианат, метилендифенилдиизоцианат, 1-этил-3-(3-диметиламинопропил)карбодиамид, метилен-бис-акриламид и подобные соединения. Ковалентное сшивание слоя гидрогелевого полимера на поверхности проппанта может эффективно создавать «полимерные решетки», способные набухать вокруг проппанта. Ковалентные связи препятствуют полной десорбции полимера в раствор. Частично нерастворимый слой полимера обладает способностью набухать с образованием слоя гидратированного полимера.[0087] In embodiments, covalent crosslinking of the hydrogel polymer layer on the proppant surface can improve polymer swelling and shear resistance, thereby preventing premature separation of the hydrogel from the proppant. Covalent crosslinking polymers may include the following functional groups: epoxides, anhydrides, aldehydes, diisocyanates, carbodiamides, divinyl or diallyl groups. Examples of such covalent crosslinkers are: PEG diglycidyl ether, epichlorohydrin, maleic anhydride, formaldehyde, glyoxal, glutaraldehyde, toluene diisocyanate, methylenediphenyl diisocyanate, 1-ethyl-3- (3-dimethylaminopropyl-amide-bis-carbides. Covalent crosslinking of the hydrogel polymer layer on the proppant surface can effectively create “polymer lattices” capable of swelling around the proppant. Covalent bonds prevent complete desorption of the polymer into the solution. The partially insoluble polymer layer has the ability to swell to form a hydrated polymer layer.

[0088] Для дополнительного предотвращения возможного отделения гидрогеля от поверхности частицы, частицу проппанта можно подвергнуть обработке для введения функциональных групп, также участвующих в процессе полимеризации. Например, частицы песка можно обрабатывать силанами, с образованием частиц с винильными функциональными группами, гидроксильными, эпоксидными и т.д.[0088] To further prevent the possible separation of the hydrogel from the surface of the particle, the proppant particle can be treated to introduce functional groups also involved in the polymerization process. For example, sand particles can be treated with silanes, with the formation of particles with vinyl functional groups, hydroxyl, epoxy, etc.

[0089] Замедленная/контролируемая гидратация слоя полимера может быть желательна для временной задержки гидратации и модифицирования поверхности полимера при обработке проппанта и первоначальном прокачивании ствола скважины. Факторы окружающей среды, такие как влажность и дождь, могут стать причиной преждевременной гидратации полимерного покрытия, и, в результате, затруднить эффективное дозирование проппанта, подаваемого в смеситель во время проведения операций по гидравлическому разрыву пласта. Также считается, что полностью гидратированный слой полимера проявляет большую склонность к десорбции в условиях больших сдвиговых усилий, связанных с закачиванием жидкости для гидроразрыва в трубу. По этой причине целесообразно создание поверхностно-модифицированного проппанта, обладающего пониженной или замедленной гидратацией. В вариантах реализации изобретения замедленная гидратация может быть достигнута добавлением ПАВ с низкой величиной гидрофильно-липофильного баланса (ГЛБ), исключением финишных поверхностно-активных веществ с высоким ГЛБ, сомономеров, снижающих растворимость, экранированием заряда с помощью моновалентной соли или добавлением гидрофобного слоя, например, жирной кислоты или жирного спирта.[0089] Slowed / controlled hydration of the polymer layer may be desirable to temporarily delay hydration and modify the polymer surface during proppant treatment and initial pumping of the wellbore. Environmental factors, such as humidity and rain, can cause premature hydration of the polymer coating, and, as a result, make it difficult to efficiently dispense the proppant supplied to the mixer during hydraulic fracturing operations. It is also believed that a fully hydrated polymer layer exhibits a greater tendency to desorption under conditions of high shear forces associated with pumping the fracturing fluid into the pipe. For this reason, it is advisable to create a surface-modified proppant with reduced or delayed hydration. In embodiments of the invention, delayed hydration can be achieved by adding surfactants with a low hydrophilic-lipophilic balance (HLB), with the exception of high surfactant high-HLB surfactants, solubility reducing comonomers, screening the charge with a monovalent salt, or by adding a hydrophobic layer, for example fatty acid or fatty alcohol.

[0090] В вариантах реализации изобретения для обеспечения гидрофобного взаимодействия в гидрогелевый полимер могут быть введены гидрофобные группы. Данный способ позволяет повысить солеустойчивость гидрогелевого слоя, притом, что гидрогелевый слой сохраняет способность к набуханию даже в водной текучей среде с повышенными концентрациями солей.[0090] In embodiments of the invention, hydrophobic groups may be introduced into the hydrogel polymer to provide hydrophobic interaction. This method allows to increase the salt tolerance of the hydrogel layer, despite the fact that the hydrogel layer retains the ability to swell even in an aqueous fluid with high salt concentrations.

[0091] Поскольку целью гидрогелевого покрытия является улучшение гидравлического переноса проппанта, важно, чтобы гидратированный гидрогелевый слой оставался прикрепленным или локализованным на поверхности проппанта при воздействии усилий сдвига в ходе переноса среды. Тем не менее, при помещении покрытого гидрогелем проппанта в скважину, подвергающуюся гидроразрыву, гидрогелевый полимер должен разрушаться или высвобождаться для отделения от зерен проппанта, с образованием упаковки проппанта с достаточной гидравлической проводимостью, обеспечивая возможность добычи флюидов. Удаление гидрогелевого слоя из проппанта вызывается такими факторами окружающей среды, как повышенные температуры, воздействие микроорганизмов, присутствие деструкторов, солевых растворов и/или углеводородов. В предпочтительном варианте реализации, после закачки проппанта с гидрогелевым покрытием в скважину, гидрогель разрушается, высвобождается, растворяется или отделяется при помощи деструктора, такого как окислитель или фермент. Окислительный тип деструктора может представлять собой пероксиды, пероксид магния, пероксид кальция, персульфат, бромат натрия, гипохлорит натрия, озон, нитрат натрия, и подобные соединения. Смесь первого окислителя, который активируется при более низкой температуре, такого как персульфат аммония, со вторым окислителем, который активируется при более высокой температуре, такого как пероксид магния, может улучшить деградацию гидрогеля после доставки на место проппанта с гидрогелевым покрытием. Ферментные деструкторы известны в данной области техники и широко применяются для снижения вязкости жидкостей, закачиваемых в скважины. Ферменты катализируют реакции разрушения или расщепления полимерных связей. В некоторых случаях ферментные деструкторы могут обеспечить более эффективное разрушение, поскольку они нацелены на связи в гидрогелевом полимере (полимерах). Ферментные деструкторы обычно более эффективны при низких и умеренных температурах и могут комбинироваться с окислителями, активируемыми при более высоких температурах. Выбор подходящего ферментного деструктора, который делают исходя из природы гидрогелевого полимера и условий в забое скважины, может улучшить разрушение гидрогеля.[0091] Since the purpose of the hydrogel coating is to improve hydraulic proppant transfer, it is important that the hydrated hydrogel layer remains attached or localized to the surface of the proppant when shear is applied during transfer of the medium. However, when a hydrogel-coated proppant is placed in a fracturing well, the hydrogel polymer must break down or release to separate from the proppant grains to form a proppant pack with sufficient hydraulic conductivity to allow fluid production. The removal of the hydrogel layer from the proppant is caused by environmental factors such as elevated temperatures, exposure to microorganisms, the presence of destructors, saline solutions and / or hydrocarbons. In a preferred embodiment, after pumping the hydrogel coated proppant into the well, the hydrogel is destroyed, released, dissolved or separated by a destructor, such as an oxidizing agent or an enzyme. The oxidative type of destructor may be peroxides, magnesium peroxide, calcium peroxide, persulfate, sodium bromate, sodium hypochlorite, ozone, sodium nitrate, and the like. A mixture of the first oxidizing agent, which is activated at a lower temperature, such as ammonium persulfate, with the second oxidizing agent, which is activated at a higher temperature, such as magnesium peroxide, can improve the degradation of the hydrogel after delivery of the hydrogel coated proppant. Enzymatic destructors are known in the art and are widely used to reduce the viscosity of fluids injected into wells. Enzymes catalyze the destruction or cleavage of polymer bonds. In some cases, enzymatic destructors can provide more effective destruction, since they are aimed at bonds in the hydrogel polymer (s). Enzymatic destructors are usually more effective at low and moderate temperatures and can be combined with oxidizing agents activated at higher temperatures. Choosing a suitable enzyme destructor, which is made based on the nature of the hydrogel polymer and downhole conditions, can improve hydrogel disruption.

[0092] Кроме того, в настоящей заявке описывается способ разрыва пласта в скважине, в котором используется проппант, покрытый гидрогелем в сочетании с не покрытым гидрогелем проппантом. Например, покрытый гидрогелем проппант может выполнять функцию суспендирующего агента для непокрытого гидрогелем проппанта.[0092] In addition, the present application describes a fracturing method in a well that uses proppant coated with a hydrogel in combination with a non-coated hydrogel proppant. For example, a hydrogel coated proppant may act as a suspending agent for a hydrogel coated proppant.

[0093] В конкретных вариантах реализации гидрогелевый полимер выбирают так, чтобы его гидратация по существу завершалась по меньшей мере за то время, пока модифицированный проппант, несущий указанный гидрогелевый полимер, достигает места своего назначения. В вариантах реализации место назначения во внутрискважинном применении представляет собой участок скважины, где модифицированный проппант входит в разрываемую геологическую формацию, например, там, где направление перемещения жидкости для гидроразрыва изменяется с вертикального на горизонтальное, или где направление бурильной колонны начинает изменяться с вертикального на горизонтальное. Самосуспендирующееся свойство предпочтительных модифицированных проппантов согласно настоящему изобретению может быть особенно полезно в жидкостях для гидравлического разрыва, движущихся по существу в горизонтальном направлении. В вариантах реализации гидрогелевый полимер для модифицированного проппанта выбирают так, чтобы его гидратация по существу завершалась в течение 2 часов, в течение 1 часа, в течение 40 минут, в течение 30 минут, в течение 20 минут или даже в течение 10 минут после контакта с избытком водопроводной воды при 20°C.[0093] In specific embodiments, the hydrogel polymer is selected so that its hydration is substantially complete at least while the modified proppant carrying said hydrogel polymer reaches its destination. In embodiments, the destination in the downhole application is a portion of the well where the modified proppant enters the fractured geological formation, for example, where the direction of hydraulic fracturing fluid changes from vertical to horizontal, or where the direction of the drill string begins to change from vertical to horizontal. The self-suspending property of the preferred modified proppants of the present invention can be particularly useful in fracturing fluids moving in a substantially horizontal direction. In embodiments, the hydrogel polymer for the modified proppant is selected so that its hydration is substantially complete within 2 hours, within 1 hour, within 40 minutes, within 30 minutes, within 20 minutes, or even within 10 minutes after contact with excess tap water at 20 ° C.

[0094] Кроме того, в настоящей заявке описывается способ повышения продуктивности скважины за счет усовершенствованного метода упаковки проппанта с использованием проппанта, покрытого гидрогелем. Покрытый гидрогелем проппант может быть более эффективно перенесен в дальние концы трещин, обеспечивая более высокий дебет нефти и газа из скважины. Поскольку поверхностно-модифицированные проппанты, описываемые в настоящей заявке, менее склонны к выпадению из текучей среды, легче ресуспендируются и транспортируются в трещине, полагают, что упаковка проппанта будет осуществляться более эффективно. Возможность переноса проппанта в трещинах далее может значительно увеличить эффективность интенсификации гидроразрыва пласта и обеспечить образование большего объема трещин с высокой плотностью размещения. Образовавшиеся каналы выгодно облегчают поступление газа/конденсата из пласта в ствол скважины.[0094] In addition, the present application describes a method for increasing well productivity through an improved proppant packing method using hydrogel coated proppant. Hydrogel-coated proppant can be more effectively transferred to the far ends of the fractures, providing a higher debit of oil and gas from the well. Since the surface-modified proppants described in this application are less prone to falling out of the fluid, are easier to resuspend and transport in the fracture, it is believed that proppant packaging will be more efficient. The ability to transfer proppant in the fractures further can significantly increase the efficiency of the stimulation of hydraulic fracturing and provide the formation of a larger volume of fractures with high density. The resulting channels advantageously facilitate the flow of gas / condensate from the formation into the wellbore.

[0095] Кроме того, в настоящей заявке описывается усовершенствованный способ упаковки проппанта с помощью маловязкой жидкости. В поверхностно-модифицированных проппантах, описанных в настоящей заявке, обеспечено более эффективное использование полимеров для суспендирования/транспорта частиц проппанта. Модифицирование поверхности придает проппанту свойства самосуспендирования, уменьшая или устраняя тем самым потребность в высоковязких жидкостях/гелях для транспортировки проппанта. Таким образом, для транспорта проппанта в трещины, в сочетании с поверхностно-модифицированным проппантом могут быть использованы жидкости более низкой вязкости. Это выгодно упрощает композиции гелей для гидроразрыва, в которых используются проппанты.[0095] In addition, the present application describes an improved method for packaging proppant using low-viscosity fluid. The surface-modified proppants described herein provide a more efficient use of polymers for suspending / transporting proppant particles. Surface modification gives the proppant self-suspending properties, thereby reducing or eliminating the need for high viscosity fluids / gels to transport proppant. Thus, lower viscosity fluids can be used to transport proppant to cracks in combination with a surface-modified proppant. This advantageously simplifies fracturing gel compositions using proppants.

[0096] Кроме того, в настоящей заявке описывается более эффективный способ гидроразрыва пласта в скважине, требующий меньшего количества проппанта. Поскольку высокоэффективная упаковка проппанта в трещине может быть обеспечена при помощи описываемых в настоящей заявке легкотранспортируемых поверхностно-модифицированных проппантов, предполагается, что для операции гидроразрыва потребуется меньшее их количество по сравнению с системами, в которых используются традиционные расклинивающие агенты. Принимая во внимание растущие потребности в проппантах/песке, гранулометрический состав которого отвечает требованиям гидроразрыва, и сокращение запасов песка, предпочтительного для использования в проппанте, целесообразна разработка систем и способов, таких как описываемые в настоящей заявке, в которых для достижения результатов, сравнимых или превосходящих современный уровень техники, может быть использовано меньшее количество проппанта.[0096] In addition, the present application describes a more effective method of hydraulic fracturing in the well, requiring less proppant. Since highly effective proppant packing in a fracture can be achieved using the easily transportable surface-modified proppants described in this application, it is anticipated that fewer fractions will be required for fracturing operations compared to systems using conventional proppants. Taking into account the growing demand for proppant / sand, the granulometric composition of which meets the requirements of hydraulic fracturing, and the reduction of sand reserves, preferred for use in proppant, it is advisable to develop systems and methods, such as described in this application, in which to achieve results comparable or superior to state of the art, less proppant can be used.

[0097] После закачивания в скважину проппантов, покрытых гидрогелем согласно настоящему изобретению, слой гидрогеля может деградировать в результате действия химических, температурных, механических и биологических механизмов. В частности, полимерная модификация поверхности проппанта может быть разрушена в результате действия химических деструкторов геля (брейкеров), например, пероксидисульфата аммония, перекиси магния или других окислителей. Полимерная модификация поверхности проппанта может быть также разрушена вследствие внутрипластовых условий, таких как повышенная концентрация солей, повышенная температура, контакт с углеводородами. Контролируемое разрушение гидрогелевого слоя после достижения целевой температуры в жидкости или прошествия определенного количества времени может быть использовано как средство непосредственного управления укладкой проппанта в требуемом месте в трещине. Деградирование гидрогелевого слоя также является благоприятным для обеспечения требуемой величины проницаемости расклиненной трещины после завершения операций по гидравлическому разрыву пласта. В вариантах реализации изобретения слой гидрогеля может проявлять свойства различной чувствительности к воздействующим факторам окружающей среды, например, набухать в водной среде под влиянием одного набора условий, таких как определенная температура или рН, и терять воду, объем, толщину или даже разрушаться под действием другого набора условий, т.е. другой температуры или рН.[0097] After pumping proppants coated with a hydrogel according to the present invention into the well, the hydrogel layer can degrade as a result of chemical, thermal, mechanical and biological mechanisms. In particular, the polymer modification of the proppant surface can be destroyed as a result of the action of chemical gel destructors (breakers), for example, ammonium peroxydisulfate, magnesium peroxide or other oxidizing agents. The polymer modification of the proppant surface can also be destroyed due to in-situ conditions, such as increased salt concentration, elevated temperature, and contact with hydrocarbons. The controlled destruction of the hydrogel layer after reaching the target temperature in the liquid or after a certain amount of time has passed can be used as a means of directly controlling the proppant placement in the desired location in the fracture. Degradation of the hydrogel layer is also beneficial to provide the required permeability of the wedged fracture after completion of hydraulic fracturing operations. In embodiments of the invention, the hydrogel layer may exhibit properties of different sensitivity to environmental factors, for example, swell in an aqueous medium under the influence of one set of conditions, such as a certain temperature or pH, and lose water, volume, thickness, or even collapse under the influence of another set conditions, i.e. different temperature or pH.

[0098] Например, в одном варианте реализации изобретения термочувствительный гидрогель наносили на расклинивающие материалы. Слой термочувствительного гидрогеля набухал под воздействием воды при первом наборе условий, например, температуре воды 50-100 градусов Фаренгейта (10-37,8°C), а затем разрушался при втором наборе условий - температуре воды 110-450 градусов Фаренгейта (43,3-232,2°C). Реализуя механизм различной чувствительности, проппант, покрытый термочувствительным гидрогелем может проявлять свойства самосуспендирования, в то время как он переносится жидкостью для гидроразрыва при некоторой начальной температуре воды, например, 50-100°F (10-37,8°C), к месту расположения трещин. Когда проппант в зоне продуктивного пласта начинает испытывать воздействие более высокой температуры, например, 110-450°F (43,3-232,2°C), гидрогелевый слой разрушается, обеспечивая отложение и цементирование проппанта в месте разрыва. Термочувствительный гидрогель может быть водорастворимым полимером или сополимерной композицией, содержащих в себя гидрофобные мономеры, выбранные из группы алкилакрилатных эфиров, N-алкилакриламидов, пропиленоксида, стирола и винилкапролактама. N-алкилзамещенными акриламидами могут быть N-изопропилакриламид, N-бутилакриламид, N-октилакриламид и им подобные. В алкилакрилатных эфирах алкильные цепи могут содержать от 1 до 30 атомов углерода. В предпочтительном варианте реализации изобретения термочувствительный гидрогелевый полимер включает N-изопропилакриламид и включает до 90 процентов единиц гидрофильного сомономера. Тип и количество заместителя гидрофобного мономера в гидрогелевом полимере может быть выбрано с помощью методов экспериментальной оптимизации для регулирования водорастворимости и термочувствительных свойств гидрогелевого полимера.[0098] For example, in one embodiment of the invention, a heat-sensitive hydrogel is applied to proppants. A layer of thermosensitive hydrogel swells under the influence of water during the first set of conditions, for example, a water temperature of 50-100 degrees Fahrenheit (10-37.8 ° C), and then collapsed during a second set of conditions - a water temperature of 110-450 degrees Fahrenheit (43.3 -232.2 ° C). By implementing a mechanism of different sensitivity, a proppant coated with a thermosensitive hydrogel can exhibit self-suspending properties, while it is transported by a fracturing fluid at a certain initial temperature of water, for example, 50-100 ° F (10-37.8 ° C), to its location cracks. When the proppant in the area of the reservoir begins to experience a higher temperature, for example, 110-450 ° F (43.3-232.2 ° C), the hydrogel layer is destroyed, providing deposition and cementing of the proppant at the fracture site. The heat-sensitive hydrogel may be a water-soluble polymer or copolymer composition comprising hydrophobic monomers selected from the group of alkyl acrylate esters, N-alkyl acrylamides, propylene oxide, styrene and vinyl caprolactam. N-alkyl substituted acrylamides can be N-isopropyl acrylamide, N-butyl acrylamide, N-octyl acrylamide and the like. In alkyl acrylate esters, alkyl chains may contain from 1 to 30 carbon atoms. In a preferred embodiment, the thermosensitive hydrogel polymer comprises N-isopropyl acrylamide and comprises up to 90 percent units of the hydrophilic comonomer. The type and amount of the hydrophobic monomer substituent in the hydrogel polymer can be selected using experimental optimization methods to control the water solubility and heat-sensitive properties of the hydrogel polymer.

[0099] Кроме того, в настоящей заявке описывается способ доставки добавок, например, химических добавок, в упаковку расклинивающего агента посредством введения указанных добавок в гидрогелевый слой модифицированного проппанта. Добавки могут включать химические добавки, которые могут быть введены в слой гидрогеля, например, ингибитор отложений, биоцид, деструктор, агент, регулирующий выпадение парафиновых отложений, агент, регулирующий выпадение асфальтеновых отложений и маркеры. Химические добавки могут быть в форме водорастворимых материалов, водонерастворимых частиц, волокон, металлических порошков или хлопьев и им подобных. Реагенты могут быть выбраны таким образом, что медленное растворение или разложение будет инициировать их химическую активность.[0099] Furthermore, the present application describes a method for delivering additives, for example, chemical additives, to a proppant package by introducing said additives into the hydrogel layer of a modified proppant. Additives may include chemical additives that can be introduced into the hydrogel layer, for example, a scale inhibitor, a biocide, a destructor, a paraffin scavenger, an asphaltene scavenger, and markers. Chemical additives may be in the form of water-soluble materials, water-insoluble particles, fibers, metal powders or flakes and the like. Reagents can be selected so that slow dissolution or decomposition will initiate their chemical activity.

[00100] В вариантах реализации изобретения химические добавки могут быть химически связаны с полимером в гидрогелевом слое, например, посредством ковалентного связывания, ионного связывания, гидрофобной ассоциации, образования водородных связей или инкапсулированием. Химические добавки могут быть добавлены в проппант отдельно от гидрогеля или в составе гидрогелевого покрытия во время изготовления покрытого проппанта. Таким указанным способом доставки могут быть добавлены химические вещества-деструкторы, такие как персульфаты, пероксиды, перманганаты, перхлораты, периодаты или перкарбонаты. Перенос и доставка данных реагентов с проппантом, покрытым гидрогелем, имеет преимущество адресной доставки этих химических веществ реагентов в трещину или в упаковку проппанта. Преимущество указанного способа заключается в концентрировании химических добавок в том месте, в котором требуется их действие, благодаря чему доставка химических добавок осуществляется более эффективно, более рационально и в меньшей концентрации. В вариантах реализации, десорбция, окисление или разрушение гидрогелевого полимера могут приводить к контролируемому высвобождению химических добавок из самосуспендирующегося проппанта.[00100] In embodiments of the invention, the chemical additives may be chemically bonded to the polymer in the hydrogel layer, for example, by covalent bonding, ionic bonding, hydrophobic association, hydrogen bonding, or encapsulation. Chemical additives can be added to the proppant separately from the hydrogel or as part of the hydrogel coating during the manufacture of the coated proppant. Destructive chemicals such as persulfates, peroxides, permanganates, perchlorates, periodates or percarbonates can be added by this indicated delivery method. The transfer and delivery of these hydrogel coated proppant reagents has the advantage of targeted delivery of these reagent chemicals to a fracture or proppant pack. The advantage of this method is the concentration of chemical additives in the place where their action is required, due to which the delivery of chemical additives is carried out more efficiently, more efficiently and in a lower concentration. In embodiments, desorption, oxidation, or degradation of the hydrogel polymer can result in a controlled release of chemical additives from the self-suspending proppant.

[00101] В вариантах реализации операция гидроразрыва может включать множество стадий разрыва; проппанты, вводимые на каждой стадии, могут содержать уникальные химические добавки, действующие как меченые вещества. Меченые вещества, обычно применяемые при гидравлическом разрыве, включают меченые вещества, которые можно детектировать при помощи высокоэффективной жидкостной хроматографии (ВЭЖХ), газовой хроматографии (ГХ), поглощения ультрафиолетового или видимого света и измерения радиоактивного сигнала. Анализ флюида, полученного из скважины, подвергнутой гидроразрыву, может обеспечить информацию об относительной продуктивности каждой из стадий гидроразрыва благодаря присутствию и концентрации уникальных меченых веществ, соответствующих стадиям. В других вариантах реализации добавки, действующие как деструкторы, могут быть заключены в слое гидрогеля, например, посредством физического связывания или включения в полимерный слой. В вариантах реализации деструкторы могут быть модифицированы посредством катионного покрытия поверхности для обеспечения механизма прикрепления для прикрепления деструкторов к анионному гидрогелю самосуспендирующегося проппанта. Например, порошок пероксида магния можно покрыть катионным полимером, таким как поли-DADMAC, а этот катионно модифицированый пероксид магния можно смешать с покрытым гидрогелем проппантом до или после введения проппанта в поток воды для гидравлического разрыва. При помощи указанного подхода деструкторы переносят в то же место, что и покрытые гидрогелем проппанты, так что деструктор может эффективно действовать на гидрогелевый слой. Окислительные деструкторы могут иметь усиленную активность при более высоких температурах. При помощи указанного способа деструктор, химически включенный в слой гидрогеля, может становиться активированным при помещении в трещины, например, посредством повышенных температур в нефтеносном пласте.[00101] In embodiments, the fracturing operation may include multiple fracturing steps; proppants administered at each stage may contain unique chemical additives that act as labeled substances. Labeled substances commonly used in hydraulic fracturing include labeled substances that can be detected by high performance liquid chromatography (HPLC), gas chromatography (GC), absorption of ultraviolet or visible light, and measurement of a radioactive signal. An analysis of the fluid obtained from the fractured well may provide information on the relative productivity of each of the fracturing stages due to the presence and concentration of unique labeled substances corresponding to the stages. In other embodiments, additives acting as destructors may be enclosed in a hydrogel layer, for example, by physical bonding or incorporation into a polymer layer. In embodiments, the destructors can be modified by cationic coating of the surface to provide an attachment mechanism for attaching the destructors to the self-suspending proppant anionic hydrogel. For example, magnesium peroxide powder can be coated with a cationic polymer such as poly-DADMAC, and this cationically modified magnesium peroxide can be mixed with hydrogel-coated proppant before or after the proppant is introduced into the water stream for hydraulic fracturing. Using this approach, the destructors are transferred to the same place as the hydrogel-coated proppants, so that the destructor can effectively act on the hydrogel layer. Oxidative destructors may have enhanced activity at higher temperatures. Using this method, a destructor chemically incorporated into the hydrogel layer can become activated when placed in cracks, for example, by means of elevated temperatures in the oil reservoir.

[00102] В других вариантах реализации деструкторы можно закачивать в подземную формацию до и/или после введения покрытых гидрогелем проппантов. В том случае, если деструктор закачивают перед проппантом, флюид, содержащий избыток деструктора, будет вытекать обратно через упаковку проппанта и обладать способностью содействовать деградации гидрогелевого слоя после того, как проппант достиг своего места назначения. В том случае, если деструктор закачивают в расклиненную формацию после проппанта, деструктор может просачиваться в упаковку проппанта и оказывать свое действие по разрушению гидрогелевого слоя. В вариантах реализации деструктор можно вводить многократно для содействия разрушению гидрогелевого слоя. В вариантах реализации деструкторы можно применять в виде комбинации нескольких типов, например, деструктор, активируемый при более низкой температуре, такой как персульфат аммония, можно применять для быстрого действия, в комбинации с капсулированным, более долгодействующим или активируемым при более высокой температуре деструктором, таким как пероксид магния, для получения отложенного эффекта разрушения гидрогелевого слоя с течением времени, до того как флюиды вытекут обратно и скважина будет введена в эксплуатацию.[00102] In other embodiments, the destructors can be pumped into the subterranean formation before and / or after the introduction of hydrogel coated proppants. In the event that the destructor is pumped before the proppant, the fluid containing excess destructor will flow back through the proppant pack and be able to promote degradation of the hydrogel layer after the proppant has reached its destination. In the event that the destructor is pumped into the propped formation after the proppant, the destructor can seep into the proppant package and exert its effect on the destruction of the hydrogel layer. In embodiments, the destructor may be administered multiple times to facilitate destruction of the hydrogel layer. In embodiments, the destructors can be used in the form of a combination of several types, for example, a destructor activated at a lower temperature, such as ammonium persulfate, can be used for quick action, in combination with an encapsulated, longer-acting or activated at a higher temperature, destructor, such as magnesium peroxide, to obtain the delayed effect of the destruction of the hydrogel layer over time, before the fluids flow back and the well is put into operation.

[00103] В вариантах изобретения поверхность частиц субстрата проппанта может быть покрыта выбранным полимером или в один слой, или в виде серии слоев (многослойное покрытие). При определенных обстоятельствах изменение свойств покрытия (однослойного или многослойного) может носить характер переключения. Применяемые в настоящей заявке термины «характер переключения» и «переключение свойств» относятся к изменению совокупности свойств/поведения в зависимости от обстоятельств или условий, например, смену одной совокупности свойств в фазе транспортировки на другую совокупность при нахождении в трещине. Переключение свойств, например, наблюдается в случае, когда частица проявляет гидрофильные свойства, находясь в жидкости для гидроразрыва, и адгезионные свойства находясь в трещине в пласте. Подобное поведение может быть вызвано такими обстоятельствами как высокое давление закрытия трещины в зоне разрыва пласта, при этом наружный слой покрытия перестраивается и демонстрирует более предпочтительные свойства.[00103] In embodiments of the invention, the surface of the proppant substrate particles may be coated with the selected polymer either in a single layer or as a series of layers (multilayer coating). Under certain circumstances, a change in the properties of a coating (single layer or multi-layer) may be a switching nature. The terms “nature of switching” and “switching properties” as used in this application refer to a change in a set of properties / behavior depending on circumstances or conditions, for example, a change in one set of properties in the transport phase to another set when in a crack. The switching of properties, for example, is observed in the case when a particle exhibits hydrophilic properties while in a fracturing fluid and adhesive properties while in a fracture in the formation. Such behavior can be caused by circumstances such as high crack closing pressure in the fracture zone, while the outer coating layer is rebuilt and exhibits more preferred properties.

[00104] В варианте реализации изобретения под действием высокого давления внутри трещины свойства покрытой частицы могли изменяться с гидрофильных на гидрофобные. В приводимой в качестве примера реализации изобретения в фазе транспортировки, когда гидрофильное покрытие частицы подвергалось воздействию водной жидкости для гидроразрыва, оно стремилось к полному расширению. В результате, в данном состоянии покрывающий слой выполнял роль смазочного материала частицы, способствуя ее движению в жидкости-носителе проппанта. После того, как частица была перенесена в трещину в месте разрыва пласта, высокое давление в ней позволяет преодолеть стерическое отталкивание внешних гидрофильных полимерных цепей, приводя к реорганизации внешнего слоя и, таким образом, подвергая воздействию внутренний слой. В вариантах изобретения переключение свойств внутреннего слоя может быть гидрофобным или адгезионным, или и тем и другим. Свойства внутреннего слоя проявляются при воздействии на него окружающей среды. Например, если внутренний слой обладает адгезионными свойствами, он скрепляет частицы друг с другом, что препятствует их обратному притоку. Внутренний слой может быть также выполнен таким образом, что при разрушении проппанта он будет захватывать тонкие частицы. Более того, остаточные интактные гидрофильные группы, присутствующие во внешнем покрывающем слое, могут обеспечивать свободный поток нефти через упаковку проппанта.[00104] In an embodiment of the invention, under the influence of high pressure inside the crack, the properties of the coated particle could change from hydrophilic to hydrophobic. In an exemplary embodiment of the invention in the transport phase, when the hydrophilic coating of a particle was exposed to an aqueous fracturing fluid, it sought to expand completely. As a result, in this state, the coating layer acted as a lubricant for the particle, facilitating its movement in the proppant carrier fluid. After the particle has been transferred to the fracture at the fracture site, the high pressure in it allows to overcome the steric repulsion of the external hydrophilic polymer chains, leading to the reorganization of the outer layer and, thus, exposing the inner layer. In embodiments of the invention, the switching properties of the inner layer may be hydrophobic or adhesive, or both. The properties of the inner layer are manifested when exposed to the environment. For example, if the inner layer has adhesive properties, it bonds the particles to each other, which prevents their backflow. The inner layer can also be made in such a way that when proppant is destroyed it will capture fine particles. Moreover, residual intact hydrophilic groups present in the outer coating layer can provide a free flow of oil through the proppant pack.

[00105] В вариантах реализации изобретения могут быть получены покрытые частицы проппанта, несущие последующие слои покрытия. Во-первых, для покрытия субстрата проппанта может быть применен активируемый давлением фиксирующий полимер. Покрывающий слой может быть эластомерным, обеспечивая тем самым прочность упаковки расклинивающего агента за счет агломерации частиц проппанта и распределению напряжений между ними. Кроме того, такой покрывающий слой способен инкапсулировать частицы субстрата и удерживать тонкие частицы, образующиеся в случае его разрушения. Во-вторых, блок-сополимер может быть адсорбирован или иным образом расположен на первом слое покрытия. Сополимер может иметь участок с высоким сродством к первому слою полимера, что обеспечивает сильное взаимодействие (гидрофобное взаимодействие), и другой участок - гидрофильный, обеспечивающий легкое транспортирование проппанта в жидкой среде-носителе.[00105] In embodiments of the invention, coated proppant particles carrying subsequent coating layers can be prepared. First, a pressure-activated fixing polymer can be used to coat the proppant substrate. The coating layer can be elastomeric, thereby ensuring the strength of the proppant pack due to agglomeration of the proppant particles and the distribution of stresses between them. In addition, such a coating layer is able to encapsulate the particles of the substrate and retain the fine particles formed in the event of its destruction. Secondly, the block copolymer can be adsorbed or otherwise located on the first coating layer. The copolymer may have a site with high affinity for the first polymer layer, which provides strong interaction (hydrophobic interaction), and another site is hydrophilic, providing easy transportation of proppant in a liquid carrier medium.

[00106] В некоторых вариантах реализации изобретения полезным может быть более сильное взаимодействие между первым и вторым покрывающими слоями. В этих целях может быть применен метод набухания-отбухания. Например, на поверхность частицы, покрытой эластомером, может быть адсорбирован блок-сополимер. Затем первый покрывающий слой может быть подвергнут набуханию с небольшим количеством органического растворителя, что позволяет гидрофобному блоку сополимера глубже проникать в первый покрывающий слой и вступать в связь с эластомерным покрытием. При удалении органического растворителя покрытый полимерный композиционный материал будет отбухать, в результате чего формируется более сильная связь сополимера с частицей эластомера. Эффективный способ реализации метода набухания-отбухания изложен в ʺSwelling-Based Method for Preparing Stable, Functionalized Polymer Colloids, ʺ A. Kim et al., J. Am. Chem. Soc. (2005) 127: 1592-1593), содержание которого включено в настоящую заявку посредством ссылки.[00106] In some embodiments, a stronger interaction between the first and second coating layers may be useful. For this purpose, the method of swelling-swelling can be applied. For example, a block copolymer can be adsorbed onto the surface of a particle coated with an elastomer. Then, the first coating layer can be swelled with a small amount of organic solvent, which allows the hydrophobic block of the copolymer to penetrate deeper into the first coating layer and to bond with the elastomeric coating. When the organic solvent is removed, the coated polymer composite material will swell, resulting in a stronger bond of the copolymer with the elastomer particle. An effective way to implement the swelling-swelling method is described in wSwelling-Based Method for Preparing Stable, Functionalized Polymer Colloids, ʺ A. Kim et al., J. Am. Chem. Soc. (2005) 127: 1592-1593), the contents of which are incorporated into this application by reference.

[00107] В вариантах реализации изобретения системы проппантов, в которых используют поверхностные покрытия, описываемые в настоящей заявке, обеспечивают снижение объема частиц аэрозолей, связанных с производством проппанта. Например, дыхательная фракция, содержащая тонкую кварцевую пыль, образование которой связано с обработкой и производством гранулированного песка, может улавливаться и удерживаться покрывающим слоем в процессе обработки проппанта. В вариантах реализации изобретения могут быть добавлены покрывающие агенты, характеризующиеся специфическим сродством к аэрозолям во внешней среде, отрицательно воздействующих на безопасность работающих или создающих проблемы при эксплуатации оборудования. В вариантах реализации изобретения гидрогелевое покрытие частиц проппанта может служить в качестве связующего или захватывающего агента при механическом улавливании или склеивании пылеобразных частиц.[00107] In embodiments of the invention, proppant systems utilizing the surface coatings described herein provide a reduction in the volume of aerosol particles associated with proppant production. For example, a respiratory fraction containing fine silica dust, the formation of which is associated with the processing and production of granular sand, can be trapped and retained by the coating layer during proppant treatment. In embodiments of the invention, coating agents may be added that are characterized by a specific affinity for aerosols in the environment that adversely affect the safety of workers or create problems in the operation of the equipment. In embodiments of the invention, the hydrogel coating of the proppant particles can serve as a binder or entrainment agent for mechanically capturing or adhering dusty particles.

[00108] Несмотря на то, что в настоящей заявке описывается двухслойная покрывающая система, подразумевается также, что изобретение относится и к многослойным (т.е. имеющим более двух слоев) покрытиям, формирующих частицы композиционного проппанта, при этом каждый отдельный покрывающий слой обладает какими-либо или всеми характеристиками двухслойного покрытия, описанного выше, или один и более слоев покрытия обеспечивают дополнительные свойства или признаки.[00108] Despite the fact that this application describes a two-layer coating system, it is also understood that the invention relates to multilayer (ie having more than two layers) coatings forming particles of composite proppant, with each individual coating layer having which - either all the characteristics of the two-layer coating described above, or one or more coating layers provide additional properties or features.

[00109] Введение соединений, способных к поперечной сшивке набухающего полимера на поверхности проппанта, может эффективно снижать способность полимерного слоя набухать преждевременно. Сниженная набухаемость полимера может уменьшить склонность покрытого полимером проппанта подвергаться слеживанию при хранении во влажных условиях. В некоторых вариантах реализации сшивающий агент не препятствует гидратации/набуханию полимерного покрытия при диспергировании покрытого полимером проппанта в водной жидкости, такой как жидкость для гидравлического разрыва. В вариантах реализации сшивающие соединения обладают способностью образовывать связь с карбоксильной функциональной группой, амидной функциональной группой или обеими указанными группами. В некоторых аспектах сшивающие соединения образуют связь, которая может быть разрушена или удалена под действием механического сдвига или под действием химического деструктора. Сшивающие соединения можно вводить непосредственно в полимер, применяемый для покрытия проппанта, одновременно с полимером добавлять к проппанту при смешивании или вводить через некоторое время после добавления полимера к проппанту, но перед высушиванием.[00109] the Introduction of compounds capable of cross-linking the swellable polymer on the surface of the proppant, can effectively reduce the ability of the polymer layer to swell prematurely. Reduced swelling of the polymer can reduce the tendency of the polymer coated proppant to undergo caking during storage in wet conditions. In some embodiments, the crosslinking agent does not interfere with the hydration / swelling of the polymer coating when dispersing the polymer coated proppant in an aqueous fluid, such as a fracturing fluid. In embodiments, crosslinking compounds are capable of forming a bond with a carboxyl functional group, an amide functional group, or both of these groups. In some aspects, the crosslinking compounds form a bond that can be broken or removed by mechanical shear or by a chemical destructor. Crosslinking compounds can be introduced directly into the polymer used to coat the proppant, simultaneously with the polymer added to the proppant when mixed, or administered some time after the polymer is added to the proppant, but before drying.

[00110] Сшивающие соединения могут быть выбраны из органических соединений, содержащих альдегидную, аминную, ангидридную или эпоксидную функциональные группы. Сшивающие соединения также могут представлять собой металлоорганическое соединение. Металлоорганические соединения, способные ассоциироваться и/или связываться с карбоксильной функциональной группой, представляют собой пример сшивающих соединений, образующих чувствительные к сдвигу связи. В таких вариантах реализации металлоорганические соединения способны снижать склонность к набуханию покрытого полимером проппанта посредством сшивки карбоксильных групп перед введением проппанта в жидкость для гидравлического разрыва. Затем, когда сшитое полимерное покрытие подвергается высоким сдвиговым усилиям при перекачке, связанной с гидравлическим разрывом, сшивка полимера может разрушаться, обеспечивая возможность полимеру неограниченно набухать при введении проппанта в жидкость для гидравлического разрыва.[00110] The crosslinking compounds may be selected from organic compounds containing aldehyde, amine, anhydride or epoxy functional groups. Crosslinking compounds may also be an organometallic compound. Organometallic compounds capable of associating and / or binding to a carboxy functional group are examples of crosslinking compounds that form bond shear sensitive compounds. In such embodiments, organometallic compounds are capable of reducing the tendency to swell polymer coated proppant by crosslinking carboxyl groups before introducing the proppant into the fracturing fluid. Then, when the crosslinked polymer coating undergoes high shear forces during pumping associated with hydraulic fracturing, the polymer crosslinking can break, allowing the polymer to swell indefinitely when proppant is introduced into the hydraulic fracturing fluid.

[00111] В некоторых вариантах реализации тонкий негигроскопичный слой покрытия можно наносить на поверхность покрытого гидрогелем проппанта для создания барьера, препятствующего слипанию слоев набухающего полимера на соседних частицах проппанта во время хранения. Применяемый внешний слой может состоять из соединений, растворимых в воде, нерастворимых в воде или обоих указанных типов. В вариантах реализации состав внешнего слоя может быть таким, чтобы он оставался в твердой фазе при температурах ниже 40°C и имел температуру плавления в диапазоне от 40°C до 120°C. Предпочтительно, внешний слой имеет такой состав, что его температура плавления достаточно низкая, чтобы внешний слой находился в жидкой фазе во время процесса высушивания при производстве покрытого полимером проппанта, но достаточно высокая, чтобы внешний слой находился в твердой фазе во время хранения и транспортировки покрытого полимером проппанта.[00111] In some embodiments, a thin, non-hygroscopic coating layer can be applied to the surface of the hydrogel-coated proppant to create a barrier to prevent the layers of swellable polymer from sticking to adjacent proppant particles during storage. The applied outer layer may consist of compounds soluble in water, insoluble in water, or both of these types. In embodiments, the composition of the outer layer may be such that it remains in the solid phase at temperatures below 40 ° C and has a melting point in the range from 40 ° C to 120 ° C. Preferably, the outer layer is of such a composition that its melting point is sufficiently low so that the outer layer is in the liquid phase during the drying process in the production of polymer coated proppant, but high enough so that the outer layer is in the solid phase during storage and transportation of the polymer coated proppant.

[00112] В указанных вариантах реализации внешний слой действует как барьер для уменьшения слеживания покрытого проппанта во влажной среде. В настоящем описании термин «слеживание» относится к образованию комков или твердых масс посредством слипания рыхлого гранулированного материала. Слеживание проппантов при хранении нежелательно с точки зрения обращения с материалом. Гидрофобный внешний слой можно вводить в покрытый полимером проппант в виде мелкодисперсного порошка или в виде жидкости. В вариантах реализации материал внешнего слоя можно расплавить перед введением в покрытый проппант; в других вариантах реализации материал внешнего слоя можно вводить в виде твердого или воскообразного материала, который может плавиться в ходе высушивания. Твердый внешний слой можно вводить в проппант одновременно с полимером или вводить через некоторое время после добавления полимера, но перед высушиванием. Внешний слой может состоять из жирных кислот, гидрированных масел, растительных масел, касторового масла, восков, полиэтиленоксидов, полипропиленоксидов и подобных соединений.[00112] In these embodiments, the outer layer acts as a barrier to reduce caking of the coated proppant in a humid environment. As used herein, the term “caking” refers to the formation of lumps or solid masses by adhering loose granular material. Tracking of proppants during storage is undesirable from the point of view of handling the material. The hydrophobic outer layer can be introduced into the polymer coated proppant in the form of a fine powder or in the form of a liquid. In embodiments, the material of the outer layer can be melted before introduction into the coated proppant; in other embodiments, the material of the outer layer can be introduced in the form of a solid or waxy material that can melt during drying. The solid outer layer can be introduced into the proppant simultaneously with the polymer, or introduced some time after the polymer is added, but before drying. The outer layer may consist of fatty acids, hydrogenated oils, vegetable oils, castor oil, waxes, polyethylene oxides, polypropylene oxides and the like.

2. Материалы субстратов в виде частиц2. Materials of substrates in the form of particles

[00113] В соответствии с данными системами и способами для формирования частиц композиционного проппанта может быть использован широкий спектр частиц субстрата проппанта. Частицы субстрата проппанта, подходящие для применения согласно настоящему изобретению, могут включать сортированный песок, песок с полимерным покрытием, боксит, керамические материалы, материалы на основе диоксида кремния, ореховую скорлупу, полимерные материалы, смолообразные материалы и им подобные, а также их комбинации. Описанный в настоящей заявке самосуспендирующийся проппант (ССП) может быть также получен с помощью специальных расклинивающих агентов, таких как керамика, бокситы и песок с полимерным покрытием. При объединении песка ССП со специальными материалами ССП получаемый проппант может иметь благоприятные прочность, проницаемость, суспендирующие и транспортные свойства. В вариантах реализации изобретения субстраты могут включать природные материалы, например, разрубленную, измельченную, размолотую, или раскрошенную до соответствующих размеров скорлупу орехов (таких как грецкий орех, орех-пекан, кокос, миндаль, фителефас, бразильский орех и им подобные) или, например, разрубленную, измельченную, размолотую, или раскрошенную до соответствующих размеров шелуху семян или плодовых косточек (слив, олив, персиков, вишни, абрикосов и т.п.), или, например, раскрошенные, размолотые, или измельченные материалы других растений, например, кукурузный початок. В вариантах реализации изобретения субстраты могут быть получены из древесины или переработанных лесоматериалов, включая без ограничения, такие породы, как дуб, пекан, орех, красное дерево, тополь и им подобные. В вариантах реализации изобретения при присоединении или связывании неорганического и органического материалов могут быть образованы агрегаты. Предпочтительно, чтобы частицы субстрата проппанта включали частицы (индивидуальные вещества или агрегаты из двух или более веществ) размером порядка от 4 до 100 (номер сита по американскому стандарту). Применяемый в настоящей заявке термин «частица, в форме частиц» включает без ограничения все известные формы материалов, например, сферические, удлиненные, полигональные, волокнистые, иррегулярные и их смеси.[00113] In accordance with these systems and methods, a wide variety of proppant substrate particles can be used to form composite proppant particles. Proppant substrate particles suitable for use according to the present invention may include sorted sand, polymer coated sand, bauxite, ceramic materials, silica materials, nutshells, polymeric materials, resinous materials and the like, and combinations thereof. The self-suspending proppant (SSP) described in this application can also be obtained using special proppants such as ceramic, bauxite and polymer coated sand. When combining sand SSP with special materials SSP, the resulting proppant can have favorable strength, permeability, suspending and transport properties. In embodiments of the invention, the substrates may include natural materials, for example, chopped, chopped, ground, or crumbled to the appropriate size nutshell (such as walnuts, pecans, coconuts, almonds, phytoteas, Brazil nuts and the like) or, for example chopped, chopped, chopped, or crushed to the appropriate size husks of seeds or fruit seeds (plums, olives, peaches, cherries, apricots, etc.), or, for example, crushed, chopped, or chopped materials of other plants, for example, corncob. In embodiments of the invention, the substrates can be obtained from wood or recycled timber, including without limitation, species such as oak, pecan, walnut, mahogany, poplar and the like. In embodiments of the invention, aggregates may be formed upon attachment or binding of inorganic and organic materials. Preferably, the particles of the proppant substrate include particles (individual substances or aggregates of two or more substances) of a size of the order of 4 to 100 (sieve number according to the American standard). Used in this application, the term "particle, in the form of particles" includes, without limitation, all known forms of materials, for example, spherical, elongated, polygonal, fibrous, irregular and mixtures thereof.

[00114] В вариантах реализации изобретения частицы субстрата могут быть получены в виде композиционного материала из связующего вещества и вещества наполнителя. Подходящие наполнители могут включать неорганические материалы, такие как твердое стекло, стеклянные микросферы, летучая зола, диоксид кремния, оксид алюминия, высокодисперсный углерод, технический углерод, графит, слюда, бор, диоксид циркония, тальк, каолин, диоксид титана, силикат кальция и им подобные. В некоторых вариантах реализации изобретения частицы субстрата проппанта могут быть армированы с целью повышения их устойчивости к высоким внутрипластовым давлениям, которые, в противном случае, могут вызывать их разрушение или деформацию. Армирующие вещества могут быть выбраны из числа материалов, способных придать дополнительную структурную прочность частицам субстрата проппанта, например, из таких высокопрочных частиц, как керамика, метал, стекло, песок и им подобные, или иных других материалов, способных в сочетании с частицей субстрата придавать ей дополнительную прочность.[00114] In embodiments of the invention, the substrate particles can be obtained in the form of a composite material from a binder and a filler material. Suitable fillers may include inorganic materials such as hard glass, glass microspheres, fly ash, silica, alumina, fine carbon, carbon black, graphite, mica, boron, zirconia, talc, kaolin, titanium dioxide, calcium silicate and the like. like that. In some embodiments of the invention, the proppant substrate particles can be reinforced to increase their resistance to high in-situ pressures, which, otherwise, can cause their destruction or deformation. Reinforcing agents may be selected from among materials capable of imparting additional structural strength to proppant substrate particles, for example, from high-strength particles such as ceramics, metal, glass, sand and the like, or other other materials capable of imparting to it in combination with a substrate particle extra strength.

[00115] Кроме немодифицированных или непокрытых субстратов, композиционные покрытые гидрогелем проппанты можно изготавливать из субстратов, подвергнутых предварительной обработке или покрытию. Например, специалистам в данной области техники известен ряд частиц проппанта с полимерным покрытием. Описанные выше составы и способы покрытий подходят для применения с покрытыми или обработанными частицами проппанта, включая проппанты, покрытые отверждаемыми или предварительно отвержденными полимерами.[00115] In addition to unmodified or uncoated substrates, composite hydrogel-coated proppants can be made from pre-treated or coated substrates. For example, a number of polymer coated proppant particles are known to those skilled in the art. The coating compositions and methods described above are suitable for use with coated or treated proppant particles, including proppants coated with curable or pre-cured polymers.

[00116] В одном из вариантов реализации для обработки песка с полимерным покрытием набухающий гидрогелевый слой, как описано выше, можно наносить на покрытый полимером песок для улучшения его характеристик суспендирования. В вариантах реализации можно включить введение соединений, действующих как усилители адгезии, для прикрепления гидрогеля к слою полимера. Усилители адгезии могут представлять собой, например, блок-сополимеры, состоящие из гидрофобных и гидрофильных мономеров. Блок-сополимер можно вводить после покрытия полимером субстрата песка или одновременно с покрытием полимером. Кроме блок-сополимера, можно применять катионные соединения, такие как жирные амины, поли-четвертичные амины и катионные поверхностно-активные вещества.[00116] In one embodiment for treating polymer coated sand, a swellable hydrogel layer, as described above, can be applied to polymer coated sand to improve its suspension characteristics. In embodiments, the introduction of compounds acting as adhesion promoters to attach the hydrogel to the polymer layer can be included. The adhesion promoters can be, for example, block copolymers consisting of hydrophobic and hydrophilic monomers. The block copolymer can be introduced after coating the sand substrate with the polymer or simultaneously with the polymer coating. In addition to the block copolymer, cationic compounds such as fatty amines, poly-quaternary amines and cationic surfactants can be used.

[00117] В некоторых вариантах реализации изобретения частица субстрата проппанта может быть изготовлена в виде агрегата из двух или более разнородных материалов, обеспечивающих ее различные свойства. Например, центральная частица субстрата, имеющая высокий предел прочности при сжатии, может сочетаться с плавучим материалом, отличающимся более низкой плотностью, чем материал центральной частицы. Комбинация этих двух материалов в форме агрегата обеспечивает соответствующий уровень прочности центральной частице при относительно более низкой плотности. Как частица с более низкой плотностью, она может быть соответствующим образом суспендирована в менее вязкой жидкости для гидроразрыва, что позволит перекачивать ее с меньшими затратами; помимо этого достигается более высокая степень дисперсности проппантов в продуктивном пласте, поскольку их продвижение осуществляется при помощи менее вязкой жидкости в более отдаленные зоны. Материалы с высокой плотностью, используемые в качестве частиц субстратов проппантов, например, песок, керамика, бокситы и им подобные, могут сочетаться с материалами более низкой плотности, такими как пустотелые частицы стекла, иные пустотелые частицы, некоторые полимерные материалы и материалы природного происхождения (скорлупа орехов, шелуха семян, косточки фруктов, древесина или иные природные материалы в разрубленном, измельченном, размолотом, или раскрошенном виде), позволяя в результате получить менее плотный агрегат, обладающий достаточным пределом прочности при сжатии.[00117] In some embodiments of the invention, the proppant substrate particle may be made in the form of an aggregate of two or more dissimilar materials providing its various properties. For example, a central particle of a substrate having a high compressive strength can be combined with a floating material with a lower density than the material of the central particle. The combination of these two materials in the form of an aggregate provides an appropriate level of strength for the central particle at a relatively lower density. As a particle with a lower density, it can be appropriately suspended in a less viscous fracturing fluid, which will allow it to be pumped at a lower cost; in addition, a higher degree of dispersion of proppants in the reservoir is achieved, since their promotion is carried out using less viscous fluid in more distant zones. High density materials used as proppant substrate particles, for example, sand, ceramics, bauxite and the like, can be combined with lower density materials such as hollow glass particles, other hollow particles, some polymeric materials and materials of natural origin (shell nuts, seed husks, fruit seeds, wood or other natural materials in chopped, chopped, crushed, or crumbled form), resulting in a less dense aggregate with sufficient compressive strength.

[00118] Агрегаты, подходящие для использования в качестве частиц субстратов проппантов, могут быть образованы с помощью методов связывания двух компонентов друг с другом. В соответствии с одним способом получения, частицы субстрата проппанта могут быть смешаны с плавучим материалом, размер частиц которого аналогичен размеру частиц субстрата проппанта. Два типа материалов затем перемешивали и связывали посредством адгезивного вещества, например, воска, фенолформальдегидной новолачной смолы и т.п., таким образом, что образовывалась группа слипшихся агрегированных частиц, при этом в одной подгруппе частицы субстрата проппанта были связаны с другими аналогичными частицами, во второй подгруппе частицы субстрата проппанта были связаны с плавучими частицами, а в третьей подгруппе плавучие частицы были связаны с другими плавучими частицами. Эти три подгруппы могут быть разделены по их разнице в плотности: первая подгруппа в воде будет тонуть, вторая - находиться в жидкости во взвешенном состоянии, третья - оставаться на поверхности.[00118] Aggregates suitable for use as proppant substrate particles can be formed using methods of binding the two components to each other. In accordance with one production method, proppant substrate particles can be mixed with a floating material whose particle size is similar to the proppant substrate particle size. The two types of materials were then mixed and bound by means of an adhesive substance, for example, wax, phenol-formaldehyde novolac resin and the like, so that a group of aggregated particles formed, while in one subgroup the proppant substrate particles were bound to other similar particles, in in the second subgroup, proppant substrate particles were associated with floating particles, and in the third subgroup, floating particles were associated with other floating particles. These three subgroups can be divided according to their difference in density: the first subgroup will sink in water, the second one will be in suspension in the liquid, and the third will remain on the surface.

[00119] В других вариантах реализации изобретения частицы субстрата проппанта могут быть выполнены таким образом, что они будут иметь меньшую плотность за счет покрытия поверхности частицы субстрата пенным материалом. Толщина пенного материала может быть рассчитана таким образом, что получаемый композиционный материал будет обладать нейтральной плавучестью. Для получения такой покрытой частицы проппанта, частица, имеющая требуемую прочность при сжатии, может быть покрыта веществом, участвующим в реакции пенообразования, с последующим воздействием другого реагента. Инициирование пенообразования приводит к получению частицы проппанта, покрытого слоем пенного материала.[00119] In other embodiments, the proppant substrate particles can be made to have a lower density by coating the surface of the substrate particle with foam material. The thickness of the foam material can be calculated so that the resulting composite material will have neutral buoyancy. To obtain such a coated proppant particle, a particle having the required compressive strength may be coated with a substance involved in the foaming reaction, followed by exposure to another reagent. Initiation of foaming results in a proppant particle coated with a layer of foam material.

[00120] В качестве примера может быть использовано вспенивание полиуретана в результате реакции воды с получением вокруг частиц покрытия, обеспечивающего более низкую общую объемную плотность частиц. Для создания такой покрытой частицы она может быть предварительно покрыта реагентом А, например, смесью одного или более высокомолекулярных спиртов с соответствующим катализатором (например, амином). Затем частица подвергается воздействию реагента Б, содержащего диизоцианат. Готовая пена образуется на частице, например, в результате обработки паром при одновременном встряхивании, перемешивание защищает частицы от агломерации по мере того, как на их поверхностях образуется пена.[00120] As an example, foaming of the polyurethane by the reaction of water can be used to form a coating around the particles to provide a lower overall bulk density of the particles. To create such a coated particle, it can be precoated with reagent A, for example, a mixture of one or more high molecular weight alcohols with an appropriate catalyst (for example, amine). The particle is then exposed to reagent B containing diisocyanate. The finished foam is formed on the particle, for example, as a result of steam treatment with simultaneous shaking, stirring protects the particles from agglomeration as foam forms on their surfaces.

[00121] В вариантах реализации изобретения наряду с ССП, в жидкость для гидроразрыва могут быть добавлены волокна, в том числе биоразлагаемые. Волокна, в том числе биоразлагаемые, могут образовывать поперечно сшитую структуру, способствующую переносу проппанта жидкостью. Специалистам в данной области известны типы волокон, добавляемые в жидкость для гидроразрыва. Специалистам в данной области техники будет понятно, что волокна, добавленные в жидкость для гидроразрыва, могут разлагаться в условиях скважиной среды и в упаковке проппанта будут образовываться пустоты. Образовавшиеся пустоты обеспечивают более высокую проницаемость и большее число каналов притока углеводородов из продуктивного пласта в ствол скважины.[00121] In embodiments of the invention, along with BSC, fibers, including biodegradable, can be added to the fracturing fluid. Fibers, including biodegradable ones, can form a cross-linked structure that promotes the transfer of proppant by liquid. The types of fibers added to a fracturing fluid are known to those skilled in the art. Those skilled in the art will understand that the fibers added to the fracturing fluid can decompose in a well environment and voids will form in the proppant pack. The resulting voids provide higher permeability and a greater number of channels for the influx of hydrocarbons from the reservoir into the wellbore.

[00122] Термин «волокно» может относиться к синтетическим или к натуральным волокнам. Применяемый в настоящей заявке термин «синтетические волокна» включает волокна или микроволокна, которые производятся промышленным способом полностью или частично. К синтетическим относятся искусственные химические волокна, в которых натуральный исходный материал-прекурсор модифицирован с образованием волокна. Например, целлюлоза (полученная из натуральных материалов) может быть превращена в искусственное волокно, такое как Рэйон (Rayon, вискозный шелк) или Лиоцелл (Lyocell). Целлюлоза может также быть преобразована в волокна ацетилцеллюлозы. Данные искусственные волокна являются примерами синтетических волокон. Синтетические волокна могут быть получены из синтетических материалов - органических или неорганических. Типичные синтетические волокна могут быть получены из таких материалов, как замещенные или незамещенные лактиды, гликолиды, полимолочная кислота, полигликолевая кислота или их сополимеров. Как известно специалистам в данной области техники, другие материалы для получения волокон содержат полимеры гликолевой кислоты или образуемые из нее сополимеры.[00122] The term "fiber" may refer to synthetic or natural fibers. As used herein, the term “synthetic fibers” includes fibers or microfibers that are manufactured industrially in whole or in part. Synthetic ones include artificial chemical fibers in which the natural precursor source material is modified to form fibers. For example, cellulose (derived from natural materials) can be made into man-made fibers such as Rayon (Rayon, rayon) or Lyocell. Cellulose can also be converted to cellulose acetate fibers. These artificial fibers are examples of synthetic fibers. Synthetic fibers can be obtained from synthetic materials - organic or inorganic. Typical synthetic fibers can be obtained from materials such as substituted or unsubstituted lactides, glycolides, polylactic acid, polyglycolic acid, or copolymers thereof. As is known to those skilled in the art, other materials for making fibers contain glycolic acid polymers or copolymers formed therefrom.

[00123] Применяемый в настоящей заявке термин «натуральное волокно» относится к волокнам или микроволокнам, полученным из естественных источников без искусственной модификации. Натуральные волокна содержат волокна растительного, животного и минерального происхождения. Среди волокон растительного происхождения преобладают целлюлозные, т.е. волокна хлопка, джута, льна, конопли, китайской крапивы, лубяное волокно сизаля и им подобные. Волокна растительного происхождения могут включать волокна, полученные из семян или семенных коробочек, например, хлопка или капка. Волокна растительного происхождения могут включать волокна, полученные из листьев, например, сизаля и агавы. Волокна растительного происхождения могут включать волокна, полученные из наружного слоя, кожуры или лыка, окружающего стебель растения, например, льна, джута, кенафа, конопли, китайской крапивы, ротанговой пальмы; волокна соевых бобов, древовидных лиан, джута, кенафа, технической конопли, китайской крапивы, ротанговой пальмы, волокна соевых бобов и волокна бананов. Волокна растительного происхождения могут включать волокна, полученные из плодов растений, например, волокна кокосового ореха. Волокна растительного происхождения могут включать волокна, полученные из стебля растения, например, пшеницы, риса, ячменя, бамбука и трав. Волокна растительного происхождения могут включать древесные волокна. Волокна животного происхождения содержат, как правило, такие белки, как шерсть, шелк, мохер и им подобные. Волокна животного происхождения могут быть получены из волосяного покрова животных, например, шерсти овец, коз, альпаки, лошадей и т.п. Волокна животного происхождения могут быть получены из частей организма животных: кишок, жил и сухожилий и т.п. Волокна животного происхождения могут быть получены из высушенной слюны или иных выделений насекомых, или их коконов; так, например, шелк производят из коконов шелкопряда. Волокна животного происхождения могут быть получены из птичьего пера. Волокна минерального происхождения получают из минерального сырья. Волокна минерального происхождения могут быть получены из асбеста. Они могут быть получены из стекла или керамики, например, штапельное стекловолокно, кварцевая нить, глинозем, силунд, бороуглерод и им подобные.[00123] As used in this application, the term "natural fiber" refers to fibers or microfibers obtained from natural sources without artificial modification. Natural fibers contain fibers of plant, animal and mineral origin. Among the fibers of plant origin, cellulose, i.e. fibers of cotton, jute, flax, hemp, Chinese nettle, bast fiber of sisal and the like. Fibers of plant origin may include fibers derived from seeds or seed bolls, such as cotton or kapok. Fibers of plant origin may include fibers derived from leaves, for example, sisal and agave. Fibers of plant origin may include fibers obtained from the outer layer, peel or bast surrounding the stem of the plant, for example, flax, jute, kenaf, hemp, Chinese nettle, rattan; soybean fibers, tree vines, jute, kenaf, industrial hemp, nettle, rattan, soybean fiber and banana fiber. Fibers of plant origin may include fibers obtained from the fruits of plants, for example, coconut fiber. Fibers of plant origin may include fibers obtained from the stem of a plant, for example, wheat, rice, barley, bamboo and herbs. Vegetable fibers may include wood fibers. Fibers of animal origin usually contain proteins such as wool, silk, mohair and the like. Fibers of animal origin can be obtained from the hairline of animals, for example, wool of sheep, goats, alpacas, horses, etc. Fibers of animal origin can be obtained from parts of the animal organism: intestines, veins and tendons, etc. Fibers of animal origin can be obtained from dried saliva or other secretions of insects, or their cocoons; for example, silk is produced from silkworm cocoons. Fibers of animal origin can be obtained from bird feathers. Fibers of mineral origin are obtained from mineral raw materials. Fibers of mineral origin can be obtained from asbestos. They can be obtained from glass or ceramics, for example, staple fiberglass, quartz filament, alumina, silundum, boron carbon and the like.

[00124] Преимущественно, волокна могут быть выбраны или произведены таким образом, что их разложение будет происходить при определенных значениях рН или температуры, или с течением времени, и/или иметь химическую совместимость со специальными жидкостями-носителями, используемыми при переносе проппанта. Подходящие синтетические волокна могут быть произведены, например, из твердых циклических димеров, или твердых полимеров органических кислот, способных гидролизоваться в конкретных или настраиваемых условиях рН, температуры, времени и т.п. Предпочтительно, чтобы волокна могли быть разрушены в предварительно заданных условиях в местах, куда они были перенесены. Предпочтительно, чтобы при разрушении волокон продукты распада были экологически безопасны.[00124] Preferably, the fibers can be selected or produced in such a way that their decomposition will occur at certain pH or temperature, or over time, and / or have chemical compatibility with special carrier fluids used in proppant transfer. Suitable synthetic fibers can be produced, for example, from solid cyclic dimers, or solid polymers of organic acids capable of hydrolyzing under specific or adjustable conditions of pH, temperature, time, and the like. Preferably, the fibers can be destroyed under predetermined conditions in the places where they were transferred. Preferably, when the destruction of the fibers of the decay products were environmentally friendly.

ПРИМЕРЫEXAMPLES

МатериалыMaterials

- Песок фракции 30/70 меш- Sand fraction 30/70 mesh

- Песок фракции 30/50 меш- Sand fraction 30/50 mesh

- Песок фракции 40/70 меш- Sand fraction 40/70 mesh

- Хлорид полидиалилдиметиламмония (Aldrich, Сент-Луис, Миссури)- Polydialldimethylammonium chloride (Aldrich, St. Louis, Missouri)

- LPEI 500 (Polymer Chemistry Innovations, Тусон, Аризона)- LPEI 500 (Polymer Chemistry Innovations, Tucson, Arizona)

- Этиловый спирт 200 Proof (Aldrich, Сент-Луис, Миссури)- Ethyl alcohol 200 Proof (Aldrich, St. Louis, Missouri)

- Гексан (VWR, Раднор, Пенсильвания)- Hexane (VWR, Radnor, PA)

- FLOPAM ЕМ533 (SNF)- FLOPAM EM533 (SNF)

- Диглицидиловый эфир полиэтиленгликоля (Aldrich, Сент-Луис, Миссури)- Polyethylene glycol diglycidyl ether (Aldrich, St. Louis, Missouri)

- Глиоксаль, раствор, 40% масс. (Aldrich, Сент-Луис, Миссури)- Glyoxal, solution, 40% of the mass. (Aldrich, St. Louis, Missouri)

- HFC-44 (Polymer Ventures, Чарльстон, Южная Каролина)- HFC-44 (Polymer Ventures, Charleston, South Carolina)

- Карбоксиметилцеллюлоза, натриевая соль (Sigma-Aldrich, Сент-Луис, Миссури)- Carboxymethyl cellulose, sodium salt (Sigma-Aldrich, St. Louis, Missouri)

- Персульфат аммония (Sigma-Aldrich, Сент-Луис, Миссури)- Ammonium persulfate (Sigma-Aldrich, St. Louis, Missouri)

- ПАВ этоксилированный лауриловый спирт (Ethal LA-12/80%)) (Ethox Chemical Co, Южная Каролина)- Surfactant ethoxylated lauryl alcohol (Ethal LA-12/80%)) (Ethox Chemical Co, South Carolina)

- Глицерин (US Glycerin, Каламазу, Мичиган)- Glycerin (US Glycerin, Kalamazoo, Michigan)

- Хлорид калия (Morton Salt, Чикаго, Иллинойс)- Potassium Chloride (Morton Salt, Chicago, Illinois)

- Высокодисперсный диоксид кремния (Cabot, Бостон, Массачусеттс)- Fine Silica (Cabot, Boston, Massachusetts)

[00125] Пример 1: Получение внутреннего слоя полимера[00125] Example 1: Obtaining an inner polymer layer

[00126] Внутренний слой полимера с концентрацией 100 ppm получали на песчаном образце путем добавления 200 г песка фракции 30/70 меш в длинномерный контейнер FlackTek Мах 100. К песку добавляли 85 г водопроводной воды и 2 г 1% раствора хлорида полидиалилдиметиламмония (PDAC). Затем образец вручную встряхивали в течение приблизительно 5 минут, отфильтровывали в вакуум-фильтре и высушивали в печи при 80°C. Песчаный образец удаляли из печи и использовали в последующем испытании.[00126] A 100 ppm inner polymer layer was obtained on a sand sample by adding 200 g of 30/70 mesh sand to a long FlackTek Max 100 container. 85 g of tap water and 2 g of 1% solution of polydiallyldimethylammonium chloride (PDAC) were added to the sand. Then, the sample was manually shaken for approximately 5 minutes, filtered in a vacuum filter and dried in an oven at 80 ° C. A sand sample was removed from the oven and used in a subsequent test.

[00127] Способ, аналогичный вышеописанному, применяли для создания внутреннего слоя полимерного покрытия в 10 ppm, с тем исключением, что использовали только 0,2 г 1% раствора PDAC.[00127] A method similar to the above was used to create the inner layer of the polymer coating at 10 ppm, with the exception that only 0.2 g of a 1% PDAC solution was used.

[00128] Способ, аналогичный вышеописанному, применяли для создания внутреннего слоя полимера с максимальным нагружением полимером («Мах PDAC»), с тем исключением, что использовали 1 г 20% (масс.) раствора PDAC. После обработки песок промывали в избыточном объеме водопроводной воды, отфильтровывали в вакууме и высушивали в печи при 80°C. Песчаный образец удаляли из печи и использовали в последующем испытании.[00128] A method similar to the above was used to create the polymer inner layer with maximum polymer loading (“Max PDAC”), with the exception that 1 g of a 20% (wt.) PDAC solution was used. After processing, the sand was washed in an excess volume of tap water, filtered in vacuo and dried in an oven at 80 ° C. A sand sample was removed from the oven and used in a subsequent test.

[00129] Пример 2: Получение внутреннего слоя полимера[00129] Example 2: Obtaining an inner polymer layer

[00130] Внутренний слой полимера с концентрацией 100 ppm получали на песчаном образце растворением 0,2 г LPEI 500 в 10 г этанола с получением 2% раствора LPEI 500 в этаноле. К 70 г этанола в круглодонной колбе объемом 250 мл добавляли 0,75 г 2% раствора LPEI 500. Затем в круглодонную колбу добавляли 150 г песка фракции 30/70 меш. Растворитель удаляли при помощи ротационного испарителя с водяной баней, нагретой до 65°C. Затем образец удаляли из колбы и использовали в последующем испытании.[00130] An inner polymer layer with a concentration of 100 ppm was obtained on a sand sample by dissolving 0.2 g of LPEI 500 in 10 g of ethanol to obtain a 2% solution of LPEI 500 in ethanol. To 70 g of ethanol in a 250 ml round-bottom flask was added 0.75 g of a 2% LPEI 500 solution. Then, 150 g of 30/70 mesh sand was added to the round-bottom flask. The solvent was removed using a rotary evaporator with a water bath heated to 65 ° C. Then the sample was removed from the flask and used in a subsequent test.

[00131] Пример 3: Получение внешнего слоя полимера[00131] Example 3: Obtaining the outer polymer layer

[00132] Внешние слои полимера наносили на песчаные образцы перемешиванием песка с жидким полимером Flopam ЕМ533 при различных условиях. В одном способе нанесения покрытия добавляли беспримесный полимерный продукт. В другом способе нанесения покрытия полимерный продукт разбавляли гексаном. Для разбавления гексаном к 10 г гексана в 40 мл стеклянной виале добавляли 10 г полимера и при помощи вихревой мешалки доводили смесь до гомогенного состояния. Затем полимер добавляли к 30 г песчаных образцов фракции 30/70 меш в контейнерах FlackTek Мах 100. Образцы помещали в смеситель FlackTek DAC150 SpeedMixer на примерно 25 секунд при 2600 об/мин. После этого образцы удаляли из SpeedMixer'a и высушивали в печи при 80°C в течение ночи.[00132] The outer polymer layers were applied to sand samples by mixing sand with a Flopam EM533 liquid polymer under various conditions. In one coating method, a pure polymer product was added. In another coating method, the polymer product was diluted with hexane. For dilution with hexane, 10 g of polymer was added to 10 g of hexane in 40 ml glass vial and the mixture was brought to a homogeneous state using a vortex mixer. The polymer was then added to 30 g of 30/70 mesh sand samples in FlackTek Max 100 containers. Samples were placed in a FlackTek DAC150 SpeedMixer for about 25 seconds at 2600 rpm. After that, the samples were removed from SpeedMixer and dried in an oven at 80 ° C overnight.

[00133] Пример 4: Свойства внешнего слоя полимера. Время осаждения[00133] Example 4: Properties of the outer polymer layer. Deposition time

[00134] Оценку свойств песчаных образцов, приготовленных в ходе предыдущего примера, производили на основе испытания на время осаждения. Перед испытанием все песчаные образцы просеивали через сито в 25 меш. Время осаждения определяли путем добавления 1 г песчаного образца к 100 мл водопроводной воды, помещенной в мерный цилиндр емкостью 100 мл. Затем мерный цилиндр переворачивали 8 раз, после чего фиксировали время, необходимое для того, чтобы весь песок осел на дно мерного цилиндра. Для каждого образца время фиксировали три раза. Время осаждения представлено в Таблице 1.[00134] The evaluation of the properties of the sand samples prepared in the previous example was made based on the sedimentation test. Before testing, all sand samples were sieved through a 25 mesh sieve. The deposition time was determined by adding 1 g of a sand sample to 100 ml of tap water placed in a 100 ml measuring cylinder. Then the graduated cylinder was inverted 8 times, after which the time required for all the sand to settle on the bottom of the graduated cylinder was fixed. For each sample, time was fixed three times. The deposition time is presented in Table 1.

Figure 00000001
Figure 00000001

[00135] Пример 5: Свойства внешнего слоя полимера, толщина осажденного слоя[00135] Example 5: Properties of the outer polymer layer, the thickness of the deposited layer

[00136] Полученные в Примере 3 песчаные образцы с внешним слоем полимера также подвергали оценке путем наблюдения толщины осажденного слоя в воде. В стеклянную виалу объемом 20 мл к 10 г водопроводной воды добавляли 1 г песчаного образца. Для надлежащего увлажнения песка виалы 10 раз переворачивали. Затем виалы оставляли в спокойном состоянии примерно на 30 минут. Для измерения толщины осажденного слоя песка в виале использовали цифровой штангенциркуль. Результаты представлены в Таблице 2.[00136] The sand samples obtained in Example 3 with an external polymer layer were also evaluated by observing the thickness of the deposited layer in water. In a 20 ml glass vial, 1 g of a sand sample was added to 10 g of tap water. To properly hydrate the sand, the vials are turned 10 times. Then the vials were left in a relaxed state for about 30 minutes. To measure the thickness of the deposited sand layer in the vial, a digital caliper was used. The results are presented in Table 2.

Figure 00000002
Figure 00000002

[00137] Пример 6: Ионное сшивание внешнего слоя полимера[00137] Example 6: Ionic crosslinking of the outer polymer layer

[00138] 40 г песчаного образца фракции 30/70 меш обрабатывали полимером для внешнего слоя, для чего 1,3 г полимера Flopam ЕМ533 добавляли к 40 г песка, помещенного в контейнер FlackTek Мах 100, после чего контейнер вручную встряхивали в течение 2 минут. Затем песок просеивали через сито в 25 меш. В целях оценки степени удержания полимера на песке в условиях сдвига проводили испытания, для чего в аналитический стакан объемом 300 мл с 200 г водопроводной воды с различными уровнями PDAC добавляли 10 г обработанного песка. Полагают, что ионное взаимодействие PDAC будет стабилизировать слой полимера на песке. Затем, при помощи верхнеприводной мешалки с лопастью пропеллерного типа, суспензию перемешивали 5 минут при 900 об/мин. После прекращения перемешивания образцам давали отстояться в течение 10 минут. Вязкость надосадочной жидкости измеряли с помощью реометра Brookfield DV-III+ со шпинделем LV-II при 60 об/мин. Толщину слоя осажденного в стакане песка измеряли при помощи цифрового штангенциркуля. Результаты представлены в Таблице 3.[00138] 40 g of the sand sample of the 30/70 mesh fraction was treated with polymer for the outer layer, for which 1.3 g of Flopam EM533 polymer was added to 40 g of sand placed in a FlackTek Max 100 container, after which the container was shaken manually for 2 minutes. Then the sand was sieved through a 25 mesh sieve. In order to assess the degree of polymer retention in the sand under shear conditions, tests were performed, for which 10 g of treated sand was added to a 300 ml test beaker with 200 g of tap water with various PDAC levels. It is believed that the PDAC ionic interaction will stabilize the polymer layer in the sand. Then, using an overhead stirrer with a propeller-type blade, the suspension was stirred for 5 minutes at 900 rpm. After stirring was stopped, the samples were allowed to stand for 10 minutes. The viscosity of the supernatant was measured using a Brookfield DV-III + rheometer with an LV-II spindle at 60 rpm. The thickness of the layer deposited in a glass of sand was measured using a digital caliper. The results are presented in Table 3.

Figure 00000003
Figure 00000003

[00139] Пример 7: Ковалентное сшивание внешнего слоя полимера - ДГЭ ПЭГ[00139] Example 7: Covalent crosslinking of the outer polymer layer — DHE PEG

[00140] Четыре образца песка фракции 30/70 обрабатывали Flopam ЕМ533, для чего 0,66 г полимера добавляли к 20 г песка, помещенного в контейнер FlackTek Мах 100, после чего контейнер вручную встряхивали в течение 2 минут. Затем к обработанным образцам песка добавляли различные количества свежеприготовленного 1% раствора диглицидилового эфира полиэтиленгликоля (ДГЭ ПЭГ) в деионизированной воде. Далее образцы вновь вручную встряхивали в течение 2 минут, после чего помещали в печь при 100°C на 1 час. Образцы вынимали из печи и просеивали через сито в 25 меш. Толщину слоя для четырех образцов измеряли по следующей методике: в стеклянную виалу объемом 20 мл к 10 г водопроводной воды добавляли 1 г песчаного образца; для надлежащего увлажнения песка виалы переворачивали приблизительно 10 раз, после чего оставляли в покое примерно на 10 минут. Толщину слоя измеряли при помощи цифрового штангенциркуля. Результаты приведены в Таблице 4.[00140] Four sand samples of fraction 30/70 were treated with Flopam EM533, for which 0.66 g of polymer was added to 20 g of sand placed in a FlackTek Max 100 container, after which the container was manually shaken for 2 minutes. Then, various amounts of freshly prepared 1% solution of polyethylene glycol diglycidyl ether (DHE PEG) in deionized water were added to the treated sand samples. Then, the samples were again manually shaken for 2 minutes, after which they were placed in an oven at 100 ° C for 1 hour. Samples were removed from the oven and sieved through a 25 mesh sieve. The layer thickness for four samples was measured by the following procedure: 1 g of a sand sample was added to a glass vial with a volume of 20 ml to 10 g of tap water; to properly moisten the sand, the vials were turned about 10 times, and then left alone for about 10 minutes. The thickness of the layer was measured using a digital caliper. The results are shown in Table 4.

Figure 00000004
Figure 00000004

[00141] Пример 8: Ковалентное сшивание внешнего слоя полимера - глиоксаля[00141] Example 8: Covalent crosslinking of the outer polymer layer - glyoxal

[00142] Четыре образца песка фракции 30/70 обрабатывали Flopam ЕМ533, для чего 0,66 г полимера добавляли к 20 г песка, помещенного в контейнер FlackTek Мах 100, после чего контейнер вручную встряхивали в течение 2 минут. 1% раствор глиоксаля в этаноле получали добавлением в стеклянную виалу емкостью 20 мл 0,25 г 40% (масс.) глиоксаля, после чего раствор доводили до массы 10 г при помощи этанола. Затем различные количества 1% раствора глиоксаля добавляли к обработанным песчаным образцам; образцы вручную встряхивали в течение 2 минут и помещали в печь при 100°C на 30 минут. Образцы вынимали из печи и просеивали через сито в 25 меш. Для измерения толщины осажденного слоя в стеклянную виалу емкостью 20 мл с 10 г водопроводной воды добавляли 1 г песка, виалу 10 раз переворачивали и давали отстояться в течение 10 минут. Толщину слоя измеряли при помощи цифрового штангенциркуля. Результаты приведены в Таблице 5.[00142] Four sand samples of fraction 30/70 were treated with Flopam EM533, for which 0.66 g of polymer was added to 20 g of sand placed in a FlackTek Max 100 container, after which the container was manually shaken for 2 minutes. A 1% solution of glyoxal in ethanol was prepared by adding 0.25 g of 40% (mass.) Glyoxal to a glass vial with a capacity of 20 ml, after which the solution was adjusted to 10 g with ethanol. Then, various amounts of a 1% glyoxal solution were added to the treated sand samples; samples were manually shaken for 2 minutes and placed in an oven at 100 ° C for 30 minutes. Samples were removed from the oven and sieved through a 25 mesh sieve. To measure the thickness of the deposited layer, 1 g of sand was added to a 20 ml glass vial with 10 g of tap water, the vial was inverted 10 times and allowed to stand for 10 minutes. The thickness of the layer was measured using a digital caliper. The results are shown in Table 5.

Figure 00000005
Figure 00000005

[00143] Пример 9: Катионно-анионная обработка полимера[00143] Example 9: Cationic anionic polymer treatment

[00144] Три образца песка фракции 30/70 меш массой 30 г обрабатывали с помощью Polymer Ventures HCF-44 в контейнере FlackTek Max 100. Контейнер вручную встряхивали в течение 2 минут. Затем к каждому образцу добавляли Flopam ЕМ533. Контейнер снова встряхивали 2 минуты. Далее образцы в течение ночи высушивали при 80°C. Образцы вынимали из печи и просеивали через сито в 25 меш. Для измерения толщины осажденного слоя в стеклянную виалу емкостью 20 мл с 10 г водопроводной воды добавляли 1 г песка, виалу 10 раз переворачивали и давали отстояться в течение 10 минут. Толщину слоя измеряли при помощи цифрового штангенциркуля. Результаты представлены в Таблице 6.[00144] Three 30/70 mesh sand samples weighing 30 g were treated with Polymer Ventures HCF-44 in a FlackTek Max 100 container. The container was shaken manually for 2 minutes. Then, Flopam EM533 was added to each sample. The container was again shaken for 2 minutes. Next, the samples were dried at 80 ° C overnight. Samples were removed from the oven and sieved through a 25 mesh sieve. To measure the thickness of the deposited layer, 1 g of sand was added to a 20 ml glass vial with 10 g of tap water, the vial was inverted 10 times and allowed to stand for 10 minutes. The thickness of the layer was measured using a digital caliper. The results are presented in Table 6.

Figure 00000006
Figure 00000006

[00145] Пример 10: Песок, покрытый частицами высокомолекулярного полимера[00145] Example 10: Sand coated with particles of a high molecular weight polymer

[00146] Песок фракции 30/70 меш массой 30 г помещали в контейнер FlackTek Мах 100. К песку добавляли 0,3 г парафинового воска. Образец помещали в смеситель FlackTek DAC 150 SpeedMixer, где перемешивали при 2500 об/мин в течение 2 минут. После перемешивания к образцу добавляли 1 г карбоксиметилцеллюлозы. Затем образец вновь помещали в смеситель FlackTek DAC 150 SpeedMixer, где перемешивали при 2500 об/мин в течение минуты. Песок просеивали через сито в 25 меш. Для измерения толщины осажденного слоя в стеклянную виалу емкостью 20 мл с 10 г водопроводной воды добавляли 1 г песка, виалу 10 раз переворачивали и давали отстояться в течение 10 минут. В этом образце песок моментально агрегировался и не диспергировался в воде, таким образом, точное измерение толщины слоя не могло быть произведено.[00146] Sand 30/70 mesh fraction weighing 30 g was placed in a FlackTek Max 100 container. 0.3 g of paraffin wax was added to the sand. The sample was placed in a FlackTek DAC 150 SpeedMixer, where it was mixed at 2500 rpm for 2 minutes. After stirring, 1 g of carboxymethyl cellulose was added to the sample. Then the sample was again placed in a FlackTek DAC 150 SpeedMixer, where it was mixed at 2500 rpm for a minute. Sand was sieved through a 25 mesh sieve. To measure the thickness of the deposited layer, 1 g of sand was added to a 20 ml glass vial with 10 g of tap water, the vial was inverted 10 times and allowed to stand for 10 minutes. In this sample, sand was instantly aggregated and did not disperse in water, so an accurate measurement of the layer thickness could not be made.

[00147] Пример 11: Испытание модифицированного песка в стакане[00147] Example 11: Test modified sand in a glass

[00148] Песок фракции 30/70 меш массой 30 г добавляли в контейнер FlackTek Мах 100. Песок обрабатывали Flopam ЕМ533, для чего 0,45 г полимера добавляли в контейнер и вручную встряхивали в течение 2 минут. Далее образец в течение ночи высушивали при 80°C. После высушивания образец вынимали из печи и просеивали через сито в 25 меш. По завершении просеивания, подготавливали четыре образца; для этого в стеклянную виалу емкостью 20 мл с 10 г водопроводной воды добавляли 1 г обработанного песка. Виалы переворачивали 10 раз и оставляли на 10 минут отстаиваться. 10% раствор персульфата аммония получали добавлением 2 г персульфата аммония к 18 г водопроводной воды. Затем различные количества полученного раствора добавляли в виалы с образцами. Виалы с образцами несколько раз переворачивали, после чего помещали в печь при 80°C на 1 час. Через час образцы вынимали и исследовали толщину осажденного слоя. Результаты приведены в Таблице 7.[00148] Sand 30/70 mesh fraction weighing 30 g was added to the FlackTek Max 100 container. The sand was treated with Flopam EM533, for which 0.45 g of polymer was added to the container and shaken manually for 2 minutes. The sample was then dried at 80 ° C overnight. After drying, the sample was taken out of the oven and sieved through a 25 mesh sieve. Upon completion of sieving, four samples were prepared; for this, 1 g of treated sand was added to a 20 ml glass vial with 10 g of tap water. The vials were turned over 10 times and left to stand for 10 minutes. A 10% solution of ammonium persulfate was obtained by adding 2 g of ammonium persulfate to 18 g of tap water. Then, various amounts of the resulting solution were added to the sample vials. The vials with samples were turned over several times, after which they were placed in an oven at 80 ° C for 1 hour. After an hour, the samples were removed and the thickness of the deposited layer was examined. The results are shown in Table 7.

Figure 00000007
Figure 00000007

[00149] Пример 12: Добавки к эмульсиям[00149] Example 12: Additives for emulsions

[00150] Для определения влияния добавок к эмульсиям на свойства самосуспендирующегося проппанта (ССП), к эмульсионному полимеру ЕМ533, до нанесения на гранулированный песок проппанта, добавляли глицерин и Ethal LA-12/80%. Три различных образца полимера были приготовлены следующим образом:[00150] In order to determine the effect of emulsion additives on the properties of self-suspending proppant (SSP), glycerol and Ethal LA-12/80% were added to the emulsion polymer EM533, before applying proppant to granular sand. Three different polymer samples were prepared as follows:

- Полимер ССП: 10 г ЕМ533, без добавок- SSP polymer: 10 g EM533, no additives

- ССП + глицерин: 9 г ЕМ533 и 1 г глицерина- BSC + glycerin: 9 g EM533 and 1 g glycerol

- ССП + глицерин + Ethal: 9 г ЕМ533+0,9 г глицерина +0,1 г Ethal LA-12/80%.- BSC + glycerin + Ethal: 9 g EM533 + 0.9 g glycerol +0.1 g Ethal LA-12/80%.

[00151] Каждый из указанных выше образцов при помощи вихревой мешалки доводили до гомогенного состояния в течение 30 сек. Для приготовления модифицированного проппанта, 50 г песка фракции 40/70 меш соединяли с 1,5 г одного из образцов вышеописанного полимера и перемешивали в течение 30 секунд. Образцы модифицированного проппанта оценивали на сопротивление сдвигу в ходе испытания 1 литра суспензии. Для проведения этого испытания 50 грамм модифицированного проппанта добавляли к 1 литру воды, помещенной в квадратный пластиковый стакан, после чего перемешивали при помощи лопастного/вибрационного смесителя (ЕС Engineering, модель CLM-4) при 200 об/мин (соответствует скорости сдвига около 550 сек-1) в течение разного количества времени. Затем испытуемые на сдвиг образцы переливали в мерный цилиндр емкостью 1000 мл и оставляли для осаждения под собственным весом на 10 минут, после чего регистрировали толщину слоя осажденного песка проппанта. Для сравнения, немодифицированный песок проппанта после перемешивания в течение неограниченного времени приводит к осаждению слоя толщиной 10 мм. Образцы самосуспендирующегося проппанта, по сравнению с немодифицированным, дают более высокий уровень слоя за счет слоя гидрогеля, в который заключены зерна песка. В целом, увеличение скорости или времени сдвига может вызывать уменьшение толщины слоя самосуспендирующегося проппанта вследствие десорбции гидрогелевого слоя с поверхности модифицированного проппанта. По этой причине в этом испытании желательно, чтобы толщина осажденного слоя была как можно больше, особенно после сдвига. Приведенные ниже результаты показывают, что добавление глицерина улучшает показатель толщины слоя и сопротивление сдвигу продукта. Добавление глицерина и Ethal'а, при том, что первоначально показатель толщины слоя улучшается, в долгосрочном аспекте приводит к небольшому снижению сопротивления сдвигу. Эти результаты изображены на графике ФИГ. 6.[00151] Each of the above samples was brought to a homogeneous state with a vortex mixer within 30 seconds. To prepare a modified proppant, 50 g of sand fraction 40/70 mesh was combined with 1.5 g of one of the samples of the above polymer and mixed for 30 seconds. Samples of modified proppant were evaluated for shear resistance during the test of 1 liter of suspension. To conduct this test, 50 grams of the modified proppant was added to 1 liter of water placed in a square plastic cup, and then mixed using a paddle / vibration mixer (EC Engineering, model CLM-4) at 200 rpm (corresponding to a shear rate of about 550 sec -1 ) for a different amount of time. Then, the shear test samples were poured into a 1000 ml graduated cylinder and left to sediment under their own weight for 10 minutes, after which the thickness of the deposited proppant sand layer was recorded. For comparison, unmodified proppant sand after mixing for an unlimited time leads to the deposition of a layer with a thickness of 10 mm Samples of self-suspending proppant, in comparison with unmodified, give a higher level of the layer due to the hydrogel layer, in which sand grains are enclosed. In general, an increase in shear rate or time may cause a decrease in the thickness of the self-suspending proppant layer due to desorption of the hydrogel layer from the surface of the modified proppant. For this reason, in this test, it is desirable that the thickness of the deposited layer be as large as possible, especially after shear. The results below show that the addition of glycerol improves the layer thickness and shear resistance of the product. The addition of glycerol and Ethal, while initially improving the layer thickness, leads to a slight decrease in shear resistance in the long term. These results are shown in the graph of FIG. 6.

[00152] Пример 13: Глицерин и технологические характеристики[00152] Example 13: Glycerin and technological characteristics

[00153] Данное испытание преследовало цель определить степень влияния глицерина и других добавок на рабочие характеристики самосуспендирующихся проппантов (далее обозначаемых как ССП). 1 кг сухого песка фракции 40/70 меш добавляли в чашу стационарного смесителя KitchenAid модели KSM90WH, оборудованного лопастной насадкой. 3,09 г глицерина смешивали с 27,84 г эмульсионного полимера ЕМ533, после чего смесь добавляли поверх песка и оставляли пропитываться в течение 1 минуты. В момент времени «0» запускали смеситель со скоростью «1» (начальная скорость вращения - 72 об/мин). Образцы отбирались с интервалом 1-2 минуты и высушивались в течение часа при 90°C. Затем каждый образец подвергали испытанию на сдвиг с 1 литром суспензии, для чего 50 г ССП добавляли к 1 л воды и подвергали смешиванию при 200 об/мин (приблизительно соответствует скорости сдвига 550 сек-1) в течение 20 минут. После переноса смеси вода/ССП в мерный цилиндр емкостью 1 литр и 10-минутного отстаивания регистрировали толщину слоя. Испытание повторяли с навеской эмульсионного полимера ЕМ533 в 30,93 г, отдельно добавленной к 1 кг песка. Полученные результаты приведены на ФИГ. 7. Как видно из графика, глицериновая добавка значительно увеличивала толщину слоя.[00153] This test was aimed at determining the degree of influence of glycerol and other additives on the performance of self-suspending proppants (hereinafter referred to as SSP). 1 kg of dry sand fraction 40/70 mesh was added to the bowl of a stationary mixer KitchenAid model KSM90WH, equipped with a blade nozzle. 3.09 g of glycerol was mixed with 27.84 g of EM533 emulsion polymer, after which the mixture was added over sand and allowed to soak for 1 minute. At time “0”, the mixer was started at a speed of “1” (initial rotation speed - 72 rpm). Samples were taken at intervals of 1-2 minutes and dried for one hour at 90 ° C. Then, each sample was subjected to a shear test with 1 liter of suspension, for which 50 g of BSC was added to 1 L of water and mixed at 200 rpm (approximately corresponds to a shear rate of 550 sec -1 ) for 20 minutes. After transferring the water / MSP mixture to a 1 liter measuring cylinder and 10 minutes of settling, the layer thickness was recorded. The test was repeated with a weighed emulsion polymer EM533 in 30.93 g, separately added to 1 kg of sand. The results are shown in FIG. 7. As can be seen from the graph, the glycerin additive significantly increased the thickness of the layer.

[00154] Различие рабочих характеристик становилось еще более заметным, когда испытание повторяли с более высоким скоростями перемешивания. В этом случае смеситель устанавливали на скорость «4» (начальная скорость вращения - 150 об/мин). При небольшом времени перемешивания образцы смешивались в недостаточной степени, что приводило к неполному покрытию песка и быстрой десорбции полимера с поверхности ССП при проведении испытания на сдвиг. С увеличением времени перемешивания в процессе нанесения покрытия улучшались и рабочие характеристики до тех пор, пока не достигался идеальный характер покрытия, при котором данному образцу соответствовала максимальная толщина осажденного слоя. После этого, при увеличении времени перемешивания, наблюдалось экспоненциальное ухудшение (уменьшение) толщины осажденного слоя, что, возможно, является результатом механического истирания поверхности покрытия при продолжительном перемешивании. При более высоких скоростях перемешивания этот процесс происходил еще быстрее, так, что временной интервал обработки только для одного эмульсионного полимера составлял менее одной минуты. При добавлении глицерина и применения более низких скоростей перемешивания этот интервал увеличивался почти до 15 минут. По сравнению с испытаниями с только эмульсионным полимером, использование глицерина приводило к расширению временного интервала обработки, свидетельствуя о том, что получение ССП с глицерином является более функциональным. В то же время, глицерин обеспечивал более полное инвертирование полимерной эмульсии, приводя к формированию надежного покрытия и увеличению толщины осажденного слоя. Результаты экспериментов с комбинациями глицерина и эмульсионного полимера ЕМ533 при повышенных скоростях перемешивания приведены на ФИГ. 8.[00154] The performance difference became even more noticeable when the test was repeated with higher stirring speeds. In this case, the mixer was set to “4” (initial rotation speed - 150 rpm). With a short mixing time, the samples were not sufficiently mixed, which led to an incomplete coating of sand and rapid desorption of the polymer from the surface of the SSP during the shear test. With an increase in the mixing time during the coating process, the performance also improved until the ideal coating was achieved, at which the maximum thickness of the deposited layer corresponded to this sample. After that, with an increase in mixing time, an exponential deterioration (decrease) in the thickness of the deposited layer was observed, which is possibly the result of mechanical abrasion of the coating surface with prolonged mixing. At higher mixing speeds, this process was even faster, so that the processing time interval for only one emulsion polymer was less than one minute. With the addition of glycerol and the use of lower mixing speeds, this interval increased to almost 15 minutes. Compared to tests with emulsion polymer only, the use of glycerol led to an extension of the processing time interval, indicating that the production of BSC with glycerin is more functional. At the same time, glycerin provided a more complete inversion of the polymer emulsion, leading to the formation of a reliable coating and an increase in the thickness of the deposited layer. The results of experiments with combinations of glycerol and emulsion polymer EM533 at elevated mixing speeds are shown in FIG. 8.

[00155] Пример 14: Модифицированный проппант с агентом, предотвращающим слеживание[00155] Example 14: Modified proppant with anti-caking agent

[00156] В целях сравнения получали образцы модифицированных проппантов с и без использования агента, предотвращающего слеживание. Для образца А в контейнер FlackTek помещали 50 г песка фракции 40/70. К песку добавляли 1,5 г эмульсионного полимера ЕМ533 и перемешивали в течение 30 секунд. После перемешивания к образцу добавляли 0,25 г силиката кальция и повторяли перемешивание в течение 30 секунд. Далее образец высушивали 1 час при 85°C. После высушивания образец пересыпали в сито в 25 меш и слегка встряхивали в течение 30 секунд. Затем измеряли количество прошедшего через сито песка. Для образца Б в контейнер FlackTek помещали 50 г песка фракции 40/70. К песку добавляли 1,5 г эмульсионного полимера ЕМ533 и перемешивали в течение 30 секунд. Далее образец высушивали 1 час при 85°C. После высушивания образец пересыпали в сито в 25 меш и слегка встряхивали в течение 30 секунд. Затем измеряли количество прошедшего через сито песка. Результаты приведены в Таблице 8.[00156] For comparison purposes, samples of modified proppants were obtained with and without the use of an anti-caking agent. For sample A, 50 g of 40/70 fraction sand was placed in a FlackTek container. 1.5 g of EM533 emulsion polymer was added to the sand and mixed for 30 seconds. After stirring, 0.25 g of calcium silicate was added to the sample and stirring was repeated for 30 seconds. The sample was then dried for 1 hour at 85 ° C. After drying, the sample was poured into a 25 mesh sieve and lightly shaken for 30 seconds. Then measured the amount passed through a sieve of sand. For sample B, 50 g of 40/70 fraction sand was placed in a FlackTek container. 1.5 g of EM533 emulsion polymer was added to the sand and mixed for 30 seconds. The sample was then dried for 1 hour at 85 ° C. After drying, the sample was poured into a 25 mesh sieve and lightly shaken for 30 seconds. Then measured the amount passed through a sieve of sand. The results are shown in Table 8.

Figure 00000008
Figure 00000008

[00157] Результаты фракционирования по размерам частиц показывают, что введение агента, предотвращающего слеживание, эффективно улучшило технологические свойства модифицированного проппанта.[00157] The results of fractionation by particle size show that the introduction of an anti-caking agent effectively improved the technological properties of the modified proppant.

[00158] Образцы А и Б раздельно добавляли к 1 л воды и перемешивали с помощью смесителя ЕС Engineering Mixer в течение 20 минут при 200 об/мин. Испытываемые на сдвиг образцы переносили в мерный цилиндр емкостью 1 л и оставляли для осаждения на 10 минут. После этого измеряли толщину осажденного слоя. Измерения показали, что существенной потери сопротивления сдвигу в результате введения агента, предотвращающего слеживание, не произошло. Результаты приведены в Таблице 9.[00158] Samples A and B were separately added to 1 L of water and mixed using an EC Engineering Mixer for 20 minutes at 200 rpm. The shear test samples were transferred to a 1 L graduated cylinder and allowed to sediment for 10 minutes. After that, the thickness of the deposited layer was measured. The measurements showed that a significant loss of shear resistance as a result of the introduction of an anti-caking agent did not occur. The results are shown in Table 9.

Figure 00000009
Figure 00000009

[00159] Пример 15: Покрытие песка гидрогелем путем растворения водорастворимого полимера в мономерном составе с последующей полимеризацией мономеров[00159] Example 15: Coating sand with a hydrogel by dissolving a water-soluble polymer in a monomer composition followed by polymerization of the monomers

[00160] 2,5 г смеси акриловой кислоты (Aldrich 147230), акрилата метилового простого эфира полиэтиленгликоля (Aldrich 454990) и диметакрилата полиэтиленгликоля (Aldrich 437441) в мольном отношении: 0,5/0,4/0,1 смешивали с 7,5 г полиэтиленгликоля (Aldrich 202371) и 1% масс. персульфата аммония. Раствор смешивали с 100 г песка фракции 30/70 меш в атмосфере азота и оставляли взаимодействовать при повышенной температуре 70°C в течение 5 часов. Затем полученное твердое вещество промывали метанолом, фильтровали под вакуумом и высушивали при 80°C.[00160] 2.5 g of a mixture of acrylic acid (Aldrich 147230), polyethylene glycol methyl ether acrylate (Aldrich 454990) and polyethylene glycol dimethacrylate (Aldrich 437441) in a molar ratio: 0.5 / 0.4 / 0.1 were mixed with 7, 5 g of polyethylene glycol (Aldrich 202371) and 1% of the mass. ammonium persulfate. The solution was mixed with 100 g of 30/70 mesh sand in an atmosphere of nitrogen and allowed to react at an elevated temperature of 70 ° C for 5 hours. Then, the resulting solid was washed with methanol, filtered under vacuum and dried at 80 ° C.

[00161] Пример 16: Покрытие песка полиуретановым гидрогелем[00161] Example 16: Sand Coating with Polyurethane Hydrogel

[00162] 100 г песка фракции 30/70 меш помещали в смеситель Хобарта и нагревали до 120°C. Затем добавляли 6 г полиэтиленгликоля (Fluka 81190) и перемешивали в течение 1 минуты. Затем добавляли 0,53 г Desmodur N75 от Bayer. После перемешивания еще в течение 1 минуты добавляли одну каплю катализатора 1,4-диазабицикло[2.2.2]октана (Aldrich D27802) и оставляли полученную смесь взаимодействовать еще в течение 5 минут. Полученное твердое вещество промывали метанолом, фильтровали под вакуумом и высушивали при 80°C.[00162] 100 g of sand fraction 30/70 mesh was placed in a Hobart mixer and heated to 120 ° C. Then 6 g of polyethylene glycol (Fluka 81190) was added and mixed for 1 minute. Then, 0.53 g of Desmodur N75 from Bayer was added. After stirring for another 1 minute, one drop of a 1,4-diazabicyclo [2.2.2] octane catalyst (Aldrich D27802) was added and the resulting mixture was allowed to react for another 5 minutes. The resulting solid was washed with methanol, filtered under vacuum and dried at 80 ° C.

[00163] Пример 17: Испытание на сопротивление сдвигу[00163] Example 17: Shear Test

[00164] Образцы покрытого песка, полученные в примерах 15 и 16, испытывали на сопротивление сдвигу. В квадратный стакан емкостью 1,25 л с отметкой на уровне 1 л помещали один литр водопроводной воды. Затем стакан помещали в лопастной смеситель ЕС Engineering CLM4. Скорость смесителя устанавливали на 300 об/мин. Как только начиналось перемешивание, в стакан добавляли 50 г покрытого песчаного образца. Через 30 секунд перемешивания при 300 об/мин скорость уменьшали до 200 об/мин и продолжали перемешивание в течение еще 20 минут. По окончании смесь переливали в мерный цилиндр емкостью 1 л и оставляли для осаждения. Спустя 10 минут, толщину осажденного слоя фиксировали. Результаты приведены в Таблице 10. Чем больше толщина осажденного слоя, тем выше рабочие характеристики проппанта.[00164] The coated sand samples obtained in Examples 15 and 16 were tested for shear resistance. In a square glass with a capacity of 1.25 liters with a mark at the level of 1 liter was placed one liter of tap water. The beaker was then placed in an EC Engineering CLM4 paddle mixer. The speed of the mixer was set to 300 rpm. As soon as mixing began, 50 g of the coated sand sample was added to the beaker. After 30 seconds of stirring at 300 rpm, the speed was reduced to 200 rpm and stirring was continued for another 20 minutes. At the end, the mixture was poured into a measuring cylinder with a capacity of 1 l and left for precipitation. After 10 minutes, the thickness of the deposited layer was fixed. The results are shown in Table 10. The greater the thickness of the deposited layer, the higher the performance of the proppant.

Figure 00000010
Figure 00000010

[00165] Пример 18: Устойчивость к воздействию солей[00165] Example 18: Resistance to salts

[00166] В две виалы по 20 мл добавляли 10 мл водопроводной воды. Отдельно, в две другие виалы такого же объема добавляли 10 мл 1% раствора КС1. 1 г песка, приготовленного в примере 15, добавляли в пробирку, содержащую водопроводную воду, и 1 г - в пробирку с KCl. Кроме того, 1 г песка, приготовленного в примере 6, добавляли в пробирку, содержащую водопроводную воду, и 1 г - в виалу с KCl. Виалы переворачивали ~7 раз и оставляли на 10 минут отстаиваться. После этого измеряли толщину осажденного слоя. Полученные результаты приведены в Таблице 11.[00166] In two vials of 20 ml was added 10 ml of tap water. Separately, 10 ml of a 1% KCl solution was added to two other vials of the same volume. 1 g of sand prepared in Example 15 was added to a test tube containing tap water, and 1 g to a test tube containing KCl. In addition, 1 g of sand prepared in Example 6 was added to a test tube containing tap water, and 1 g to a vial with KCl. The vials were turned over ~ 7 times and left to stand for 10 minutes. After that, the thickness of the deposited layer was measured. The results are shown in Table 11.

Figure 00000011
Figure 00000011

[00167] Пример 19: Испытание на абразивный износ[00167] Example 19: Abrasion Test

[00168] В три стакана по 250 мл добавляли 50 мл водопроводной воды. В каждый стакан помещали по одному алюминиевому диску массой 5,5-6 г. Также, в каждый стакан помещали по одной двухдюймовой (5,1 см) магнитной мешалке. Все три стакана помещали на свои плиты магнитных мешалок, скорость которых устанавливалась на отметку 5. В один из стаканов добавляли шесть грамм песка фракции 40/70. В другой стакан добавляли шесть грамм песка, приготовленного в примере 15. В третий стакан песок не добавляли. Содержимое стаканов перемешивали в течение 2 часов. После перемешивания алюминиевый диск удаляли, промывали и высушивали. После этого диски снова взвешивали. Приведенные в Таблице 12 результаты показывают, что, по сравнению с немодифицированным песком, песок, приготовленный в примере 15, привел к меньшему истиранию поверхностей металла.[00168] In three glasses of 250 ml was added 50 ml of tap water. One aluminum disk weighing 5.5-6 g was placed in each glass. Also, one two-inch (5.1 cm) magnetic stirrer was placed in each glass. All three glasses were placed on their slabs of magnetic mixers, the speed of which was set at mark 5. Six grams of sand fraction 40/70 was added to one of the glasses. Six grams of sand prepared in Example 15 was added to another glass. No sand was added to the third glass. The contents of the glasses were mixed for 2 hours. After stirring, the aluminum disk was removed, washed and dried. After that, the disks were weighed again. The results shown in Table 12 show that, compared with unmodified sand, sand prepared in example 15, led to less abrasion of metal surfaces.

Figure 00000012
Figure 00000012

[00169] Пример 20: Влияние глицерина на смешивание[00169] Example 20: Effect of glycerol on mixing

[00170] 1 кг сухого песка фракции 40/70 меш добавляли в чашу стационарного смесителя KitchenAid модели KSM90WH, оборудованного лопастной насадкой. 3,09 г глицерина смешивали с 27,84 г эмульсионного полимера, после чего смесь добавляли поверх песка и оставляли пропитываться в течение 1 минуты. В момент времени «0» запускали смеситель со скоростью «4» (начальная скорость вращения - 150 об/мин). Образцы отбирали с интервалом 1-2 минуты и высушивали в течение часа при 90°C. Затем каждый образец подвергали испытанию на сдвиг, для чего 50 г ССП добавляли к 1 л воды и подвергали смешиванию при скорости сдвига 550 сек-1) в течение 20 минут. После 10-минутного осаждения регистрировали толщину слоя. Результаты испытания на сдвиг показаны на ФИГ. 9. Из графика видно, что как недостаточное, так и чрезмерное перемешивание может отрицательно сказываться на поведении проппантов с покрытием, приводя к диссоциации полимера с песка в ходе проведения испытания на сопротивление сдвигу. Для данного примера оптимальное время перемешивания составляло от 5 до 20 минут. Влияние продолжительности перемешивания на рабочие характеристики позволяет предположить, что покрытие во влажном состоянии является хрупким и становится более стойким после высушивания. По сравнению с испытаниями единственно эмульсионного полимера, покрытия с примешанным в эмульсию глицерином приводят к расширению интервала обработки (например, приемлемой продолжительности перемешивания). Кроме того, покрытия с примешанным в эмульсию глицерином, по видимому, способствуют более полному инвертированию, в результате чего улучшаются покрывающие свойства, такие как толщина осажденного слоя.[00170] 1 kg of dry sand of a 40/70 mesh fraction was added to a bowl of a KitchenAid model KSM90WH stationary mixer equipped with a paddle. 3.09 g of glycerol was mixed with 27.84 g of emulsion polymer, after which the mixture was added over sand and allowed to soak for 1 minute. At time “0”, the mixer was started at a speed of “4” (initial rotation speed - 150 rpm). Samples were taken at intervals of 1-2 minutes and dried for one hour at 90 ° C. Then, each sample was subjected to a shear test, for which 50 g of BSC was added to 1 L of water and mixed at a shear rate of 550 sec -1 ) for 20 minutes. After 10 minutes of deposition, the layer thickness was recorded. The results of the shear test are shown in FIG. 9. The graph shows that both inadequate and excessive mixing can adversely affect the behavior of coated proppants, leading to the dissociation of the polymer from the sand during the shear test. For this example, the optimal mixing time was from 5 to 20 minutes. The influence of the duration of mixing on the performance characteristics suggests that the coating in the wet state is brittle and becomes more resistant after drying. Compared to testing the emulsion polymer alone, coatings with glycerin mixed in the emulsion extend the processing interval (for example, an acceptable mixing time). In addition, coatings with glycerin mixed in the emulsion appear to contribute to a more complete inversion, resulting in improved coating properties, such as the thickness of the deposited layer.

[00171] Пример 21: Производство самосуспендирующегося проппанта с помощью шнека-смесителя[00171] Example 21: Production of self-suspending proppant using a screw mixer

[00172] Для приготовления партии самосуспендирующегося проппанта использовали смеситель шнекового типа объемом 3 куб. фута (0,085 куб.м). В шнек-смеситель добавляли примерно 50 фунтов (22,7 кг) песка фракции 40/70 меш. В стакан емкостью 1 л добавляли 756 г SNF Flopam ЕМ533, в полимер примешивали 84 г глицерина. Всю смесь ровным слоем распределили по поверхности песка в шнеке-смесителе. Затем шнеке-смеситель включали при скорости примерно 70 об/мин. Образцы отбирали через 30, 60, 120, 180, 240, 300, 420 и 600 секунд от начала перемешивания. Образцы высушивали в течение 1 часа. После высушивания 50 г каждого образца добавляли к 1 л воды и перемешивали 20 минут с помощью смесителя ЕС Engineering CLM4 при 200 об/мин. Затем образцы переносили в мерный цилиндр емкостью 1 л и оставляли для осаждения на 10 минут. После осаждения измеряли толщину слоя. Полученные результаты приведены в Таблице 13.[00172] To prepare a batch of self-suspending proppant, a 3 cc screw type mixer was used. feet (0.085 cubic meters). About 50 pounds (22.7 kg) of 40/70 mesh sand was added to the mixer screw. 756 g SNF Flopam EM533 was added to a 1 L beaker, 84 g of glycerol was mixed into the polymer. The entire mixture was evenly distributed over the surface of the sand in the mixer screw. Then, the auger mixer was turned on at a speed of about 70 rpm. Samples were taken after 30, 60, 120, 180, 240, 300, 420 and 600 seconds from the start of mixing. Samples were dried for 1 hour. After drying, 50 g of each sample was added to 1 L of water and stirred for 20 minutes using an EC Engineering CLM4 mixer at 200 rpm. Then the samples were transferred to a 1 L graduated cylinder and left to settle for 10 minutes. After deposition, the layer thickness was measured. The results are shown in Table 13.

Figure 00000013
Figure 00000013

Figure 00000014
Figure 00000014

[00173] Пример 22: Старение во влажной среде[00173] Example 22: Aging in a humid environment

[00174] 400 г самосуспендирующегося проппанта (ССП) получали, как описано в примере 15. 400 г ССП разделяли на образцы массой 50 г и оставляли в закрытых контейнерах при комнатной температуре. После высушивания с различной продолжительностью образцы испытывали, как описано в примере 21. Результаты представлены в Таблице 14.[00174] 400 g of self-suspending proppant (CSP) was prepared as described in Example 15. 400 g of CSP were separated into 50 g samples and left in closed containers at room temperature. After drying with different durations, the samples were tested as described in example 21. The results are presented in Table 14.

Figure 00000015
Figure 00000015

[00175] Пример 23: ССП + непокрытый проппант[00175] Example 23: SSP + uncoated proppant

[00176] В виалу объемом 20 мл добавляли 10 мл водопроводной воды. Затем в виалу добавляли песок проппанта - ССП, приготовленного согласно примеру 15 и немодифицированный, фракции 40/70. Виалы переворачивали несколько раз и оставляли отстаиваться в течение 10 минут. После отстаивания измеряли толщину осажденного слоя. Полученные результаты приведены в Таблице 15.[00176] In a 20 ml vial, 10 ml of tap water was added. Then proppant sand was added to the vial - MPS prepared according to Example 15 and unmodified, fractions 40/70. The vials were turned over several times and left to settle for 10 minutes. After settling, the thickness of the deposited layer was measured. The results are shown in Table 15.

Figure 00000016
Figure 00000016

[00177] Пример 24: Агенты, предотвращающие слеживание, добавленные в ССП[00177] Example 24: Anti-caking agents added to the BSC

[00178] Партию ССП массой 400 г получали, как описано в примере 15. Образец разделяли на пробы по 50 г, после чего к каждой пробе примешивали 0,25 г высокодисперсного диоксида кремния с размером частиц 80 нм. Затем пробы закрывали и состаривали при комнатной температуре. Далее пробы испытывали в соответствии с описанием в примере 21. Результаты приведены в Таблице 16.[00178] A 400 g batch of SSP was prepared as described in Example 15. The sample was divided into 50 g samples, after which 0.25 g of finely divided silica with a particle size of 80 nm was mixed into each sample. Then the samples were closed and aged at room temperature. Next, the samples were tested in accordance with the description in example 21. The results are shown in Table 16.

Figure 00000017
Figure 00000017

[00179] Пример 25: Дыхательная фракция[00179] Example 25: Respiratory fraction

[00180] 200 г образцов песка с гидрогелевым покрытием и песка без покрытия (фракция 40/70 меш), приготовленных в соответствии с примером 15, просеивали через сито 140 меш. Тонкие частицы, прошедшие сито, собирали и взвешивали. Образец песка с гидрогелевым покрытием показал уменьшение на 86% количества тонких частиц по сравнению с образцом песка без покрытия. Полученные результаты приведены в Таблице 17.[00180] 200 g of samples of hydrogel coated sand and uncoated sand (40/70 mesh fraction) prepared in accordance with Example 15 were sieved through a 140 mesh sieve. Fine particles passing the sieve were collected and weighed. A hydrogel coated sand sample showed an 86% reduction in the amount of fine particles compared to an uncoated sand sample. The results are shown in Table 17.

Figure 00000018
Figure 00000018

[00181] Пример 26: Агенты, предотвращающие слеживание, с различным размером частиц[00181] Example 26: Anti-caking agents with different particle sizes

[00182] 50 г песка фракции 40/70 меш с помощью скоростного смесителя смешивали с 2 г SNF Flopam ЕМ533 в течение 30 сек при 800 об/мин. Затем добавляли 0,625 г агента, предотвращающего слеживание, и повторяли перемешивание 30 сек. Далее образцы выдерживали 3 часа, после чего подвергали испытанию на сдвиг в течение 20 минут. Образцы оставляли для осаждения на 10 минут, а затем измеряли толщину слоя. Результаты приведены в Таблице 18. Агенты, предотвращающие слеживание, улучшали показатель толщины слоя после испытания на сдвиг в широком диапазоне размеров частиц.[00182] 50 g of sand fraction 40/70 mesh using a high-speed mixer was mixed with 2 g of SNF Flopam EM533 for 30 seconds at 800 rpm. Then 0.625 g of anti-caking agent was added and stirring was repeated for 30 seconds. Next, the samples were kept for 3 hours, after which they were subjected to a shear test for 20 minutes. Samples were left to settle for 10 minutes, and then the layer thickness was measured. The results are shown in Table 18. Anti-caking agents improved the layer thickness index after shear testing over a wide range of particle sizes.

Figure 00000019
Figure 00000019

[00183] Пример 27: Химический состав агентов, предотвращающих слеживание[00183] Example 27: Chemical composition of anti-caking agents

[00184] Испытывали широкий ряд агентов, предотвращающих слеживание (см. Таблицу 19). Для каждой добавки 700 г песка фракции 40/70 смешивали при помощи смесителя KitchenAid со смесью 21,65 г 10% глицерина и 90% ЕМ533 на скорости «1» (144 об/мин). Смесь разделяли на образцы массой 50 г, после чего их перемешивали с соответствующим количеством агента, предотвращающего слеживание, в скоростном смесителе. Три образца, которые были смешаны, соответственно, с 1% силикатом кальция, 1,5% диатомовой землей и 1,5% каолином сразу подвергали испытаниям на сдвиг; в то время как 7 оставшихся образцов высушивали в течение часа в печи при 80°C вместе с контрольным образцом без добавления антиспекателя. Все образцы испытывали способом, описанном в примере 17. В Таблице 19-А приведены результаты измерений толщины осажденного слоя после испытания на сдвиг водонасыщенных (невысушенных) образцов с внесенным агентом, предотвращающим слеживание. В Таблице 19-Б приведены результаты для высушенных (1 час при 80°C) образцов с внесенным агентом, предотвращающим слеживание.[00184] A wide variety of anti-caking agents were tested (see Table 19). For each additive, 700 g of sand 40/70 fractions were mixed using a KitchenAid mixer with a mixture of 21.65 g of 10% glycerol and 90% EM533 at a speed of "1" (144 rpm). The mixture was divided into samples weighing 50 g, after which they were mixed with an appropriate amount of anti-caking agent in a high-speed mixer. Three samples that were mixed, respectively, with 1% calcium silicate, 1.5% diatomaceous earth and 1.5% kaolin were immediately subjected to shear tests; while the 7 remaining samples were dried for one hour in an oven at 80 ° C together with a control sample without the addition of an anti-sinter. All samples were tested by the method described in example 17. Table 19-A shows the results of measurements of the thickness of the deposited layer after shear testing of water-saturated (non-dried) samples with an anti-caking agent added. Table 19-B shows the results for dried (1 hour at 80 ° C) samples with a caking agent.

Figure 00000020
Figure 00000020

Figure 00000021
Figure 00000021

[00185] Пример 28: Агент, предотвращающий слеживание: количества, необходимые при высушивании[00185] Example 28: Anti-caking agent: amounts needed upon drying

[00186] Семь образцов песка 40/70 массой 50 г помещали в небольшие пластиковые контейнеры с последующим добавлением в каждый из них 2 г смеси 10% глицерина/90% эмульсионного полимера. После быстрого перемешивания в течение 30 сек к семи образцам добавляли 0,25 г, 0,375 г, 0,5 г, 0,675 г, 0,75 г, 1 г и 2,5 г порошкового силиката кальция, после чего песок снова перемешивали в течение 30 сек. Образцы испытывали на сдвиг без последующей стадии высушивания, осажденный слой измеряли в мм. Полученные результаты приведены на ФИГ. 10. Аналогичный эксперимент проводили с использованием диоксида кремния в качестве агента, предотвращающего слеживание. Данные испытания показали, что песок, покрытый слоем гидрогеля, может быть обработан агентом, предотвращающим слеживание, в результате чего образуется продукт, не требующий отдельной стадии высушивания для получения приемлемой толщины осажденного слоя после проведения испытания на сдвиг.[00186] Seven samples of 40/70 sand weighing 50 g were placed in small plastic containers, followed by the addition of 2 g of a mixture of 10% glycerol / 90% emulsion polymer to each of them. After stirring rapidly for 30 seconds, 0.25 g, 0.375 g, 0.5 g, 0.675 g, 0.75 g, 1 g and 2.5 g of calcium silicate powder were added to the seven samples, after which the sand was again mixed for 30 sec Samples were sheared without a subsequent drying step, and the deposited layer was measured in mm. The results are shown in FIG. 10. A similar experiment was carried out using silica as an anti-caking agent. The test data showed that sand coated with a hydrogel layer can be treated with a caking agent, resulting in a product that does not require a separate drying step to obtain an acceptable thickness of the deposited layer after the shear test.

[00187] Пример 29: Агенты, предотвращающие слеживание, на основе диоксида кремния[00187] Example 29: Anti-caking agents based on silicon dioxide

[00188] 50 г песка фракции 40/70 меш помещали в небольшой контейнер с последующим добавлением 2 г смеси 10% глицерина с 90% ЕМ533. Содержимое контейнера перемешивали при 800 об/мин в течение 30 секунд, затем добавляли соответствующее количество высокодисперсного диоксида кремния (см. Таблицу 20) и снова перемешивали 30 сек. Образец подвергали испытанию на сдвиг в течение 20 минут, после чего измеряли толщину осажденного слоя. Высушивание в печи не применялось. Результаты представлены в Таблице 20.[00188] 50 g of sand fraction 40/70 mesh was placed in a small container, followed by the addition of 2 g of a mixture of 10% glycerol with 90% EM533. The contents of the container were stirred at 800 rpm for 30 seconds, then the appropriate amount of finely divided silica was added (see Table 20) and stirred again for 30 seconds. The sample was subjected to a shear test for 20 minutes, after which the thickness of the deposited layer was measured. Drying in the oven was not used. The results are presented in Table 20.

Figure 00000022
Figure 00000022

Figure 00000023
Figure 00000023

[00189] Партию песка с нанесенным покрытием перемешивали в смесителе KitchenAid и разделяли на несколько образцов массой 50 г. Затем к каждому из трех образцов добавляли 1% (масс.) высокодисперсного диоксида кремния с различным размером частиц, перемешивали и подвергали испытанию на сдвиг. Результаты испытаний приведены в Таблице 21.[00189] A batch of coated sand was mixed in a KitchenAid mixer and divided into several 50 g samples. Then, 1% (mass) of finely divided silica with different particle sizes was added to each of the three samples, mixed and subjected to a shear test. The test results are shown in Table 21.

Figure 00000024
Figure 00000024

[00190] Пример 30: Предварительный подогрев песка[00190] Example 30: Pre-heating sand

[00191] 500 г песка фракции 30/50 помещали в печь при 90°C на 1 час и время от времени перемешивали, пока температура песка не пришла в равновесие. Затем песок перемешивали при помощи коммерческого планетарного смесителя до тех пор, пока он не достигал необходимой температуры предварительного подогрева (45°C, 60°C или 80°C), при которой к образцу добавляли 20,8 г SNF Flopam ЕМ533 и перемешивали в течение 7 минут. После этого партию разделяли и высушивали в печи при 80°C с различной продолжительностью времени. Для образцов, не прошедших предварительный подогрев, 500 г песка фракции 30/50 меш помещали в чашу смесителя с 20,8 г полимерной эмульсии, перемешивали в течение 7 минут, после чего высушивали с различной продолжительностью времени. Все образцы подвергали испытанию на сдвиг, используя следующую стандартную процедуру: 50 г песка добавляли к 1000 г водопроводной воды, перемешивали при скорости сдвига 550 сек-1 в течение 20 минут, и затем осаждали 10 мин в мерном цилиндре емкостью 1 литр. Результаты приведены на ФИГ. 11. Результаты позволяют предположить, что предварительный подогрев песка до 45°C является приемлемым, однако, в ходе испытаний на сдвиг при 60-80°C, толщина слоя оказалась меньше.[00191] 500 g of sand fraction 30/50 was placed in an oven at 90 ° C for 1 hour and was mixed from time to time until the sand temperature reached equilibrium. Then the sand was mixed using a commercial planetary mixer until it reached the required preheating temperature (45 ° C, 60 ° C or 80 ° C), at which 20.8 g SNF Flopam EM533 was added to the sample and mixed for 7 minutes After that, the batch was separated and dried in an oven at 80 ° C with various lengths of time. For samples that did not undergo preheating, 500 g of sand of a 30/50 mesh fraction was placed in a mixer bowl with 20.8 g of a polymer emulsion, mixed for 7 minutes, and then dried with different lengths of time. All samples were shear tested using the following standard procedure: 50 g of sand was added to 1000 g of tap water, stirred at a shear rate of 550 sec -1 for 20 minutes, and then precipitated for 10 minutes in a 1 liter volumetric cylinder. The results are shown in FIG. 11. The results suggest that sand pre-heating to 45 ° C is acceptable, however, during shear tests at 60-80 ° C, the layer thickness was less.

[00192] Пример 31: Сушка активным вентилированием[00192] Example 31: Active Ventilation Drying

[00193] 50 г песка фракции 40/70 смешивали с 4% эмульсионным полимером (2 г), приготовленном способом, описанным в примере 14 с использованием скоростного смесителя в течение 30 сек. Образец перемещали в контейнер, оснащенный термофеном, который устанавливали на 90, 95 или 100°C. Образец оставляли под термофеном в общей сложности на 30 минут, отбирая при этом образцы массой 5 г через 5, 10, 15 и 30 минут. Далее образцы подвергали короткому испытанию на сдвиг, которое производили следующим образом: 100 мл водопроводной воды в стакане емкостью 300 мл, в который был помещен двухдюймовая (примерно 5,1 см) магнитная мешалка, начинали перемешивать при скорости 500 об/мин; в стакан добавляли 5 г песчаного образца и подвергали сдвигающему усилию в течение 3 минут; затем весь раствор переносили в мерный цилиндр емкостью 100 мл, переворачивали один раз и оставляли на 5 минут для осаждения, толщину слоя измеряли. Результаты испытаний показаны на ФИГ. 12. Как видно из графика, повышение температуры нагнетаемого воздуха приводило к более полному высушиванию и увеличению толщины слоя. Для испытания восприимчивости ССП к усилию сдвига при сушке активным вентилированием, использовали лабораторные грабли с семью зубцами, которыми перемешивали образец, воспроизводя усилия легкого сдвига во время высушивания. Две партии ССП по 50 г получали и высушивали в токе воздуха при 110°C в течение 30 мин. Первая партия находилась в совершенно неподвижном состоянии, вторая - постоянно перемешивалась при помощи грабель в течение всего 30-минутного периода сушки. Оба образца подвергали испытанию на сдвиг в течение 20 минут с 10-минутным осаждением. Толщина осажденного слоя образца, высушенного в статичном состоянии, составила 100,63 мм; образца, высушенного при легком перемешивании - 109,49 мм.[00193] 50 g of sand fraction 40/70 was mixed with 4% emulsion polymer (2 g), prepared by the method described in example 14 using a high-speed mixer for 30 seconds. The sample was transferred to a container equipped with a hot air gun, which was set at 90, 95 or 100 ° C. The sample was left under a hot air gun for a total of 30 minutes, while taking samples weighing 5 g after 5, 10, 15 and 30 minutes. Next, the samples were subjected to a short shear test, which was performed as follows: 100 ml of tap water in a 300 ml beaker, in which a two-inch (about 5.1 cm) magnetic stirrer was placed, began to mix at a speed of 500 rpm; 5 g of a sand sample was added to the beaker and subjected to shear for 3 minutes; then the whole solution was transferred to a 100 ml measuring cylinder, turned over once and left for 5 minutes to precipitate, the layer thickness was measured. The test results are shown in FIG. 12. As can be seen from the graph, an increase in the temperature of the injected air led to more complete drying and an increase in the layer thickness. To test the susceptibility of BSC to shear stress during drying by active ventilation, a laboratory rake with seven teeth was used, which mixed the sample, reproducing the effort of shear during drying. Two batches of SSP of 50 g each were obtained and dried in a stream of air at 110 ° C for 30 min. The first batch was in a completely stationary state, the second was constantly mixed with a rake during the entire 30-minute drying period. Both samples were subjected to a shear test for 20 minutes with 10 minutes of deposition. The thickness of the deposited layer of the sample dried in a static state was 100.63 mm; sample dried with gentle stirring - 109.49 mm

[00194] Пример 32: Перемешивание вертикальным шнеком[00194] Example 32: Mixing with a vertical screw

[00195] Для проведения этого испытания сконструировали малогабаритный вертикальный шнековый смеситель. В контейнер добавляли песок и органический полимер SNF Flopam ЕМ533, которые затем перемешивали вращением шнека со скоростью 120 об/мин. Затем образец разделяли на две части по 50 г, одну из которых высушивали в печи при 80°C, а другую смешивали с 0,5 г (1% масс.) высокодисперсного диоксида кремния. Оба образца подвергали испытанию на сдвиг, как это описано в примере 17. Результаты измерений толщины осажденного слоя были следующими: «Высушенный в печи, 1 час» имел толщину осажденного слоя 101,34 мм; «Невысушенный, с 1% высоко дисперсного диоксида кремния с размером частиц 7 нм» - 91,47 мм. Как сушка в печи, так и добавление антиспекателя для сушки продукта обеспечивали значительную толщину слоя.[00195] A small vertical screw mixer was designed to conduct this test. Sand and organic polymer SNF Flopam EM533 were added to the container, which were then mixed by rotating the screw at a speed of 120 rpm. Then, the sample was divided into two parts of 50 g, one of which was dried in an oven at 80 ° C, and the other was mixed with 0.5 g (1% wt.) Of finely divided silica. Both samples were subjected to a shear test, as described in Example 17. The results of measurements of the thickness of the deposited layer were as follows: “Dried in the oven, 1 hour” had a thickness of the deposited layer of 101.34 mm; “Unsaturated, with 1% highly dispersed silica with a particle size of 7 nm” - 91.47 mm. Both oven drying and the addition of an anti-sinter to dry the product provided a significant layer thickness.

[00196] Пример 33: Микроволновая сушка[00196] Example 33: Microwave Drying

[00197] 50 г песка фракции 40/70 меш помещали в небольшой пластиковый контейнер, затем смешивали с 2 г композиции, содержащей 10% глицерин и 90% эмульсионный полимер, в скоростном смесителе при 800 об/мин в течение 30 секунд. Образец помещали в микроволновую печь мощностью 700 Вт и нагревали при максимальном значении 45 секунд. Образец просеивали, охлаждали и затем подвергали сдвигу в смесителе ЕС Engineering CLM4 при 200 об/мин в течение 20 минут. После перемешивания образец переносили в мерный цилиндр емкостью 1 л и оставляли для осаждения на 10 минут. После осаждения измеряли толщину слоя в миллиметрах, которая оказалась равна 52,43 мм. Микроволновая сушка обеспечивала приемлемые результаты при сравнительно малом времени высушивания.[00197] 50 g of sand fraction 40/70 mesh was placed in a small plastic container, then mixed with 2 g of the composition containing 10% glycerol and 90% emulsion polymer in a high-speed mixer at 800 rpm for 30 seconds. The sample was placed in a 700 W microwave oven and heated at a maximum value of 45 seconds. The sample was sieved, cooled and then sheared in an EC Engineering CLM4 mixer at 200 rpm for 20 minutes. After stirring, the sample was transferred to a 1 L graduated cylinder and allowed to sediment for 10 minutes. After deposition, the layer thickness was measured in millimeters, which turned out to be 52.43 mm. Microwave drying provided acceptable results with a relatively short drying time.

[00198] Пример 34: Смешивание и нагревание с агентами, предотвращающими слеживание[00198] Example 34: Mixing and heating with anti-caking agents

[00199] 500 г песка фракции 40/70 смешивали при помощи смесителя KitchenAid с 20 г композиции (20% глицерина/80% эмульсии) в течение 8 мин. Далее добавляли 0,44% высокодисперсного диоксида кремния Cabot ЕН-5 и перемешивали продукт 2 минуты, после чего образец нагревали при помощи термофена. 50-граммовые образцы отбирали через 13, 18, 24 и 26 минут от времени перемешивания. Образцы испытывали на сдвиг в течение 20 мин; после чего записывали толщину слоя. Результаты приведены на ФИГ. 13. Комбинация глицерина и диоксида кремния обеспечивала более продолжительный интервал для обработки.[00199] 500 g of sand fraction 40/70 was mixed using a KitchenAid mixer with 20 g of the composition (20% glycerol / 80% emulsion) for 8 minutes. Next, 0.44% of finely divided Cabot EN-5 silica was added and the product was stirred for 2 minutes, after which the sample was heated using a hot air gun. 50 gram samples were taken after 13, 18, 24 and 26 minutes from the time of mixing. Samples were sheared for 20 minutes; after which the layer thickness was recorded. The results are shown in FIG. 13. The combination of glycerol and silicon dioxide provided a longer treatment interval.

[00200] Пример 35: Микроволновая сушка[00200] Example 35: Microwave Drying

[00201] 400 г песка фракции 30/50 смешивали с 16 г (4% масс.) эмульсионного полимера, приготовленного согласно описанию в примере 14, после чего смешивали в стационарном смесителе KitchenAid в течение 7 минут. Один 50-граммовый образец высушивали в печи при 80°C, 7 остальных образцов помещали в микроволновую печь мощностью 700 Вт на 5, 10, 20, 30, 45, 60 и 120 секунд, соответственно. Испытание на сдвиг (продолжительностью 20 минут), проводили согласно описанию в примере 12, после чего определяли потери при прокаливании (ППП) образцов. Метод определения потерь при прокаливании заключался в добавлении 10 г песка во взвешенный тигель, который затем помещали в печь при 960°C на 1 час. После нагревания в течение часа, тигель охлаждали в эксикаторе 1 час и затем взвешивали. Время сушки, толщина слоя и ППП приведены в Таблице 22. Разницу между начальной и конечной массой выражали как процент от общей начальной массы песка, как показано на ФИГ. 14.[00201] 400 g of a 30/50 sand fraction was mixed with 16 g (4% by weight) of an emulsion polymer prepared as described in Example 14, and then mixed in a KitchenAid stationary mixer for 7 minutes. One 50 gram sample was dried in an oven at 80 ° C; the remaining 7 samples were placed in a 700 W microwave oven for 5, 10, 20, 30, 45, 60, and 120 seconds, respectively. A shear test (lasting 20 minutes) was carried out as described in example 12, after which the loss on ignition (SPP) of the samples was determined. The method for determining losses during calcination was to add 10 g of sand to a weighed crucible, which was then placed in an oven at 960 ° C for 1 hour. After heating for one hour, the crucible was cooled in a desiccator for 1 hour and then weighed. Drying time, layer thickness and SPP are shown in Table 22. The difference between the initial and final mass was expressed as a percentage of the total initial mass of sand, as shown in FIG. fourteen.

Figure 00000025
Figure 00000025

[00202] Данные испытания позволяют предположить, что метод микроволновой сушки обеспечивает удаление из образцов с покрытием преимущественно воды, а не масляного компонента.[00202] These tests suggest that the microwave drying method removes mainly water, rather than an oil component, from coated samples.

[00203] Пример 36: Вакуумная сушка[00203] Example 36: Vacuum drying

[00204] 250 г песка фракции 30/50 смешивали с 10 г эмульсионного полимера, как это описано в примере 14. Песчаную смесь перемешивали в стационарном смесителе KitchenAid на минимальной скорости в течение 7 минут, затем разделяли на образцы массой 50 г и высушивали в вакуумной печи при остаточном давлении 24 дюйма (602,4 мм) ртутного столба и температурах 25°C, 50°C и 85°C в течение 1 часа, 1 часа и 30 минут, соответственно. Образцы охлаждали при комнатной температуре, просеивали и испытывали на сдвиг (как описано в примере 12) в течение 20 минут. Полученные результаты приведены в Таблице 23.[00204] 250 g of sand fraction 30/50 was mixed with 10 g of emulsion polymer, as described in example 14. The sand mixture was mixed in a stationary mixer KitchenAid at minimum speed for 7 minutes, then separated into samples weighing 50 g and dried in vacuum furnaces with a residual pressure of 24 inches (602.4 mm) of mercury and temperatures of 25 ° C, 50 ° C and 85 ° C for 1 hour, 1 hour and 30 minutes, respectively. Samples were cooled at room temperature, sieved and shear tested (as described in example 12) for 20 minutes. The results are shown in Table 23.

Figure 00000026
Figure 00000026

[00205] В ходе испытаний ни один образец не высушивали полностью, хотя более высокая температура может способствовать более полному высушиванию.[00205] During the tests, not a single sample was completely dried, although a higher temperature may contribute to a more complete drying.

[00206] Пример 37: Покрытие песка гидрогелем при помощи мицеллярной полимеризации[00206] Example 37: Coating sand with a hydrogel using micellar polymerization

[00207] 250 г песка фракции 30/70 помещали в 500 мл предварительно дегазированного водного раствора, содержащего 0,6 мМ поверхностно-активного вещества бромида гексадецилтриметиламмония (СТАВ) (эквивалентно 2/3 критической концентрации мицеллообразования для СТАВ), и 6 мМ мономера (смесь акриловой кислоты/акриламида в мольном отношении 30/70). Адсорбцию СТАВ и мономера на частице песка осуществляли при осторожном перемешивании в течение 24 ч при 25°C. Затем в реактор добавляли 0,6 мМ персульфата аммония и проводили полимеризацию в течение 3 ч при 80°C. Избыток полимера и поверхностно-активного вещества смывали несколькими объемами воды и высушивали полученный образец в вакуумной печи при 80°C в течение ночи.[00207] 250 g of sand fraction 30/70 was placed in 500 ml of a pre-degassed aqueous solution containing 0.6 mM hexadecyltrimethylammonium bromide surfactant (CTAB) (equivalent to 2/3 of the critical micelle concentration for CTAB), and 6 mM monomer ( a mixture of acrylic acid / acrylamide in a molar ratio of 30/70). The adsorption of CTAB and monomer on a sand particle was carried out with gentle stirring for 24 h at 25 ° C. Then 0.6 mM ammonium persulfate was added to the reactor and polymerization was carried out for 3 hours at 80 ° C. Excess polymer and surfactant were washed off with several volumes of water and the resulting sample was dried in a vacuum oven at 80 ° C overnight.

[00208] Пример 38: Покрытие песка гидрогелем при помощи обращенной суспензионной полимеризации[00208] Example 38: Coating sand with a hydrogel using reverse slurry polymerization

[00209] В колбу помещали 60 мл ДИ воды, 6,6 г акриламида, 3 г акриловой кислоты, 2,4 г N,N'-метиленбисакриламида, 0,1 г персульфата аммония, 2,0 г хлорида натрия и 2 капли N,N,N',N'-тетраметилэтилендиамина. В полученный раствор добавляли 200 г песка фракции 30/70 и поддерживали температуру полученной смеси <10°C. К смеси добавляли 200 мл циклогексана и энергично перемешивали полученную смесь в атмосфере азота. Затем повышали температуру до 60°C и давали реакции протекать в течение 6 часов. Полученные покрытые частицы отфильтровывали, промывали горячей водой, ацетоном и высушивали при 45°C и пониженном давлении.[00209] 60 ml of DI water, 6.6 g of acrylamide, 3 g of acrylic acid, 2.4 g of N, N'-methylenebisacrylamide, 0.1 g of ammonium persulfate, 2.0 g of sodium chloride and 2 drops of N were placed in the flask. , N, N ', N'-tetramethylethylenediamine. To the resulting solution was added 200 g of sand fraction 30/70 and the temperature of the resulting mixture was maintained <10 ° C. 200 ml of cyclohexane was added to the mixture, and the resulting mixture was stirred vigorously under nitrogen. Then the temperature was raised to 60 ° C and the reaction was allowed to proceed for 6 hours. The resulting coated particles were filtered off, washed with hot water, acetone and dried at 45 ° C under reduced pressure.

[00210] Пример 39: Полимер для покрытия[00210] Example 39: Coating Polymer

[00211] Смесь для покрытия проппанта получали, объединяя 10 г глицерина и 90 г Flopam ЕМ533 в стеклянном сосуде и перемешивая в течение 30 секунд при помощи вихревой мешалки. Полученную полимерную смесь использовали в следующих примерах.[00211] A proppant coating mixture was prepared by combining 10 g of glycerol and 90 g of Flopam EM533 in a glass vessel and mixing for 30 seconds using a vortex mixer. The resulting polymer mixture was used in the following examples.

[00212] Пример 40: Получение самосуспендирующегося проппанта («ССП») фракции 40/70[00212] Example 40: Obtaining a self-suspending proppant ("BSC") fraction 40/70

[00213] Образец ССП фракции 40/70 получали, добавляя 500 г песка фракции 40/70 в чашу смесителя KitchenAid. К песку добавляли 20 г полимера для покрытия из примера 39. Смеситель включали на режиме 1 и перемешивали песок и полимер в течение 7 минут. После перемешивания образец высушивали в течение 1 часа при 85°C. Через 1 час образец вынимали из печи и разбивали все комки на отдельные зерна.[00213] A 40/70 fraction BSC sample was prepared by adding 500 g of 40/70 sand to a KitchenAid mixer bowl. To the sand was added 20 g of the coating polymer of Example 39. The mixer was turned on in mode 1 and sand and polymer were mixed for 7 minutes. After stirring, the sample was dried for 1 hour at 85 ° C. After 1 hour, the sample was taken out of the oven and all the lumps were broken into separate grains.

[00214] Пример 41: Получение самосуспендирующегося проппанта («ССП») фракции 30/50[00214] Example 41: Obtaining a self-suspending proppant ("BSC") fraction 30/50

[00215] Образец ССП фракции 30/50 получали, добавляя 500 г песка фракции 30/50 в чашу смесителя KitchenAid. К песку добавляли 20 г полимера для покрытия из примера 39. Смеситель включали на режиме 1 и перемешивали песок и полимер в течение 7 минут. После перемешивания образец высушивали в течение 1 часа при 85°C. Через 1 час образец вынимали из печи и разбивали все комки на отдельные зерна.[00215] A 30/50 BSC sample was prepared by adding 500 g of 30/50 sand to a KitchenAid mixer bowl. To the sand was added 20 g of the coating polymer of Example 39. The mixer was turned on in mode 1 and sand and polymer were mixed for 7 minutes. After stirring, the sample was dried for 1 hour at 85 ° C. After 1 hour, the sample was taken out of the oven and all the lumps were broken into separate grains.

[00216] Пример 42: Сниженное содержание тонких фракций в самосуспендирующемся проппанте («ССП») по сравнению с песком[00216] Example 42: Reduced fine content in a self-suspending proppant (“MOP”) compared to sand

[00217] Готовили стандартный комплект сетчатых сит с ситом 40 меш вверху, 70 меш в середине и поддоном внизу. Измеряли и записывали массу тары каждого чистого и сухого сита. 50 г ССП фракции 40/70 из примера 20 помещали на верх комплекта сит, и встряхивали комплект сит вручную в течение пяти минут. После встряхивания комплект разбирали и взвешивали каждое сито. Вычисляли массу вещества, оставшегося на каждом из сит, в процентах от исходной массы образца, а количество образца, оставшееся на поддоне, представляло собой тонкую фракцию, определяемую порогом пропускания 70 меш. Процедуру повторяли, заменяя немодифицированный песок фракции 40/70 на ССП фракции 40/70. В таблице 24 показаны результаты распределения частиц по размерам для ССП фракции 40/70. В таблице 25 показан анализ распределения частиц по размерам для немодифицированного песка фракции 40/70. Результаты показывают, что количество материала, прошедшего через сито 70 меш, снижено для ССП фракции 40/70 (1,2% по сравнению с 4,8%). Это показывает, что ССП может содержать меньшее количество мелкодисперсных частиц, чем образец песка.[00217] A standard set of mesh screens was prepared with a 40 mesh sieve at the top, 70 mesh in the middle, and a tray at the bottom. The tare mass of each clean and dry sieve was measured and recorded. 50 g of BSC fraction 40/70 from Example 20 was placed on top of a set of sieves, and the set of sieves was shaken manually for five minutes. After shaking, each set was disassembled and weighed. The mass of the substance remaining on each sieve was calculated as a percentage of the initial mass of the sample, and the amount of sample remaining on the tray was a fine fraction determined by a transmission threshold of 70 mesh. The procedure was repeated, replacing the unmodified sand fraction 40/70 on MSP fractions 40/70. Table 24 shows the results of the distribution of particle sizes for SSP fraction 40/70. Table 25 shows an analysis of particle size distribution for unmodified sand fraction 40/70. The results show that the amount of material passing through a 70 mesh sieve is reduced for the BSC fraction 40/70 (1.2% compared to 4.8%). This shows that MSP may contain fewer fine particles than a sand sample.

Figure 00000027
Figure 00000027

Figure 00000028
Figure 00000028

[00218] Пример 43: Снижение трения[00218] Example 43: Friction Reduction

[00219] 1 л водопроводной воды помещали в квадратный стакан, а стакан помещали в смеситель ЕС Engineering CLM-4. Смеситель включали и устанавливали скорость смешивания 200 об/мин. К водопроводной воде добавляли 120 г ССП фракции 30/50 из примера 21. Суспензию перемешивали в течение 20 минут, затем переносили в мерный цилиндр объемом 1 л и оставляли для осаждения на 10 минут. После осаждения собирали надосадочную жидкость. Указанную процедуру повторяли, пока не собрали 2 л надосадочной жидкости. Снижение трения в собранной жидкости измеряли при помощи аппарата с замкнутым контуром. Замкнутый контур состоял из испытательной трубы из нержавеющей стали, размерами 0,12 дюйма (0,3 см, внутр. диаметр) и длиной 3 фута (91 см) и насоса, обеспечивающего постоянный расход 55 галлонов/час (208 л/час). Указанные условия соответствовали числу Рейнольдса 23000, что подтверждало турбулентное течение жидкости. Процент снижения трения (%СТ) определяли экспериментально, измеряя давление на входе и на выходе из испытательной трубы при постоянном расходе. Процент снижения трения вычисляли согласно следующему уравнению: %СТ=100*(1-(ΔPi/ΔP0)), где ΔPi представляет собой падение давления вдоль испытательной трубы при использовании надосадочной жидкости ССП, и ΔР0 представляет собой падение давления вдоль испытательной трубы при использовании водопроводной воды. Значения давления составляли ΔPi=11,8 psi (81 МПа) и ΔP0=38,5 psi (265 МПа), что соответствовало снижению трения (%СТ) на 69%. Это показывает, что ССП вносит значительный вклад в снижение давления в ассоциированной жидкости, позволяя снизить требования к насосу.[00219] 1 L of tap water was placed in a square glass, and the glass was placed in an EC Engineering CLM-4 mixer. The mixer was turned on and a mixing speed of 200 rpm was set. To the tap water was added 120 g of BSC fraction 30/50 from Example 21. The suspension was stirred for 20 minutes, then transferred to a 1 L volumetric cylinder and allowed to sediment for 10 minutes. After precipitation, the supernatant was collected. This procedure was repeated until 2 L of supernatant was collected. The friction reduction in the collected fluid was measured using a closed loop apparatus. The closed loop consisted of a 0.12 inch (0.3 cm in. Diameter) stainless steel test tube and a length of 3 feet (91 cm) and a pump providing a constant flow rate of 55 gallons / hour (208 l / hour). These conditions corresponded to a Reynolds number of 23,000, which confirmed the turbulent flow of the liquid. The percentage reduction in friction (% CT) was determined experimentally by measuring the pressure at the inlet and outlet of the test tube at a constant flow rate. The percent reduction in friction was calculated according to the following equation:% CT = 100 * (1- (ΔP i / ΔP 0 )), where ΔP i is the pressure drop along the test pipe when using supernatant fluid SSP, and ΔP 0 is the pressure drop along the test pipes when using tap water. The pressure values were ΔP i = 11.8 psi (81 MPa) and ΔP 0 = 38.5 psi (265 MPa), which corresponded to a decrease in friction (% ST) of 69%. This shows that the SSP makes a significant contribution to reducing the pressure in the associated fluid, thereby reducing pump requirements.

[00220] Пример 44: Испытания на гидравлическую проводимость[00220] Example 44: Hydraulic Conductivity Tests

[00221] Для моделирования гидравлической проводимости имитации упаковки проппанта, 48 г ССП фракции 30/50 из примера 21 смешивали с 1 л воды. Добавляли персульфат аммония в концентрации 0,1% и нагревали полученную смесь при 185°F (85°C) в течение 1 часа. После охлаждения до комнатной температуры смесь фильтровали через колонну внутренним диаметром 2,25 дюйма (5,7 см) с ситом 100 меш на дне с отделением частиц от жидкости. Частицы образовывали на сетке 100 меш слой толщиной 0,5 дюйма (1,27 см), и расход различных жидкостей через указанный слой измеряли при помощи потока под действием силы тяжести. Слой обычного песка изготавливали аналогичным образом и сравнивали расходы с расходами, полученными для слоя ССП. В указанном способе расходы, полученные для ССП (выход 250 мл за 28 секунд) и обычного песка (выход 250 мл за 25 секунд), были почти одинаковыми, показывая, что ССП, после обработки окислительными деструкторами, такими как персульфат аммония, не оказывает нежелательного воздействия на гидравлическую проводимость слоя песка или имитации упаковки проппанта.[00221] To simulate hydraulic conductivity by simulating proppant packaging, 48 g of MSP fraction 30/50 from Example 21 was mixed with 1 L of water. Ammonium persulfate was added at a concentration of 0.1% and the resulting mixture was heated at 185 ° F (85 ° C) for 1 hour. After cooling to room temperature, the mixture was filtered through a column with an inner diameter of 2.25 inches (5.7 cm) with a 100 mesh sieve at the bottom to separate particles from the liquid. The particles formed a 0.5-inch (1.27 cm) layer on a 100 mesh grid, and the flow rate of various liquids through the layer was measured by flow under gravity. A layer of ordinary sand was made in a similar way and the costs were compared with the costs obtained for the layer of SSP. In this method, the costs obtained for SSP (yield 250 ml in 28 seconds) and ordinary sand (yield 250 ml in 25 seconds) were almost the same, showing that SSP, after treatment with oxidative destructors such as ammonium persulfate, does not have any undesirable impact on the hydraulic conductivity of the sand layer or imitation of proppant packing.

[00222] Пример 45: Самосуспендирующиеся проппанты («ССП») с агентами, предотвращающими слеживание[00222] Example 45: Self-Suspending Proppants (“BSCs”) with anti-caking agents

[00223] Кроме того, что агенты, предотвращающие слеживание, способны заменить стадию высушивания, их можно применять для общего улучшения удобства ССП в обращении. Ряд различных мелкодисперсных материалов испытывали в качестве агентов, предотвращающий слеживание, как показано в таблице 26 ниже. Для приготовления образцов для каждого материала смешивали 800 г песка фракции 30/50 в смесителе KitchenAid на скорости 1 (144 об/мин) с 32 г полимера для покрытия согласно примеру 19. Отбирали образец 20 г и смешивали с выбранным агентом, предотвращающим слеживание, в смесителе, дозу агента, предотвращающие слеживание, рассчитывали в процентах от общего содержания песка в образце. Отмечали консистенцию образца и регистрировали как «внешний вид до сушки», а затем высушивали в течение 1 часа при 85°C. Снова отмечали консистенцию и регистрировали как «внешний вид после сушки». Затем образцы подвергали условиям 80%-90% относительной влажности при 25-35°C в течение одного часа для оценки антислеживающих свойств, и отмечали и регистрировали консистенцию как «внешний вид после воздействия влажности». Результаты приведены в таблице 26 ниже и показывают, агент, предотвращающий слеживание улучшает удобство ССП в обращении, где желаемым признаком является сыпучесть.[00223] In addition to the fact that anti-caking agents are capable of replacing the drying step, they can be used to generally improve the usability of the BSC. A number of different finely divided materials were tested as anti-caking agents, as shown in table 26 below. To prepare samples for each material, 800 g of 30/50 sand was mixed in a KitchenAid mixer at a speed of 1 (144 rpm) with 32 g of coating polymer according to Example 19. A 20 g sample was taken and mixed with the selected anti-caking agent in mixer, the dose of anti-caking agent was calculated as a percentage of the total sand content in the sample. The consistency of the sample was noted and recorded as “appearance before drying”, and then dried for 1 hour at 85 ° C. Consistency was noted again and recorded as “appearance after drying”. Then, the samples were subjected to 80% -90% relative humidity at 25-35 ° C for one hour to evaluate the anti-caking properties, and the consistency was noted and recorded as “appearance after exposure to humidity”. The results are shown in table 26 below and show that the anti-caking agent improves the handling comfort of the BSC, where flowability is a desirable feature.

Figure 00000029
Figure 00000029

[00224] Пример 46: Обработка песка с полимерным покрытием SMA 4000i[00224] Example 46: Processing of polymer coated sand SMA 4000i

[00225] Песок с полимерным покрытием покрывали SMA 4000i, добавляя 25 г песка с полимерным покрытием в круглодонную колбу объемом 250 мл. Отдельно растворяли 0,25 г SMA 4000i в 3,57 г тетрагидрофурана (ТГФ), получая 7% раствор. Затем добавляли 1,43 г раствора в ТГФ к песку с полимерным покрытием в круглодонной колбе. Добавляли в круглодонную колбу еще ТГФ до покрытия песка. Затем выпаривали ТГФ из образца при помощи ротационного испарителя.[00225] The polymer coated sand was coated with an SMA 4000i by adding 25 g of polymer coated sand to a 250 ml round bottom flask. Separately, 0.25 g of SMA 4000i was dissolved in 3.57 g of tetrahydrofuran (THF) to give a 7% solution. Then, 1.43 g of a solution in THF was added to the polymer coated sand in a round bottom flask. More THF was added to the round bottom flask until the sand was coated. THF was then evaporated from the sample using a rotary evaporator.

[00226] Пример 47: Обработка песка с полимерным покрытием SMA 4000i[00226] Example 47: Processing of sand with a polymer coating SMA 4000i

[00227] Песок с полимерным покрытием покрывали SMA 4000i, добавляя 25 г песка с полимерным покрытием в круглодонную колбу объемом 250 мл. Отдельно растворяли 0,25 г SMA 4000i в 3,57 г тетрагидрофурана (ТГФ), получая 7% раствор. Затем добавляли 0,72 г раствора в ТГФ к песку с полимерным покрытием в круглодонной колбе. Добавляли в круглодонную колбу еще ТГФ до покрытия песка. Затем выпаривали ТГФ из образца при помощи ротационного испарителя.[00227] The polymer coated sand was coated with an SMA 4000i by adding 25 g of polymer coated sand to a 250 ml round bottom flask. Separately, 0.25 g of SMA 4000i was dissolved in 3.57 g of tetrahydrofuran (THF) to give a 7% solution. Then, 0.72 g of a solution in THF was added to the polymer coated sand in a round bottom flask. More THF was added to the round bottom flask until the sand was coated. THF was then evaporated from the sample using a rotary evaporator.

[00228] Пример 48: Обработка песка с полимерным покрытием SMA 2000i[00228] Example 48: Processing of polymer coated sand SMA 2000i

[00229] Песок с полимерным покрытием покрывали SMA 2000i, добавляя 25 г песка с полимерным покрытием в круглодонную колбу объемом 250 мл. Отдельно растворяли 0,25 г SMA 2000i в 3,57 г тетрагидрофурана (ТГФ), получая 7% раствор. Затем добавляли 1,43 г раствора в ТГФ к песку с полимерным покрытием в круглодонной колбе. Добавляли в круглодонную колбу еще ТГФ до покрытия песка. Затем выпаривали ТГФ из образца при помощи ротационного испарителя.[00229] The polymer coated sand was coated with an SMA 2000i by adding 25 g of polymer coated sand to a 250 ml round bottom flask. Separately, 0.25 g of SMA 2000i was dissolved in 3.57 g of tetrahydrofuran (THF) to give a 7% solution. Then, 1.43 g of a solution in THF was added to the polymer coated sand in a round bottom flask. More THF was added to the round bottom flask until the sand was coated. THF was then evaporated from the sample using a rotary evaporator.

[00230] Пример 49: Обработка песка с полимерным покрытием SMA 2000i[00230] Example 49: Processing of sand with a polymer coating SMA 2000i

[00231] Песок с полимерным покрытием покрывали SMA 2000i, добавляя 25 г песка с полимерным покрытием в круглодонную колбу объемом 250 мл. Отдельно растворяли 0,25 г SMA 2000i в 3,57 г тетрагидрофурана (ТГФ), получая 7% раствор. Затем добавляли 0,72 г раствора в ТГФ к песку с полимерным покрытием в круглодонной колбе. Добавляли в круглодонную колбу еще ТГФ до покрытия песка. Затем выпаривали ТГФ из образца при помощи ротационного испарителя.[00231] The polymer coated sand was coated with an SMA 2000i by adding 25 g of polymer coated sand to a 250 ml round bottom flask. Separately, 0.25 g of SMA 2000i was dissolved in 3.57 g of tetrahydrofuran (THF) to give a 7% solution. Then, 0.72 g of a solution in THF was added to the polymer coated sand in a round bottom flask. More THF was added to the round bottom flask until the sand was coated. THF was then evaporated from the sample using a rotary evaporator.

[00232] Пример 50: Обработка песка с полимерным покрытием Pluronic L31[00232] Example 50: Treatment of polymer coated sand Pluronic L31

[00233] Песок с полимерным покрытием покрывали поверхностно-активным веществом Pluronic Surfactant L31, добавляя 20 г песка с полимерным покрытием в маленький контейнер FlackTek. К песку с полимерным покрытием добавляли 0,025 г поверхностно-активного вещества. Затем образец перемешивали при помощи смесителя FlackTek Speedmixer на скорости 800 об/мин в течение 30 секунд.[00233] The polymer coated sand was coated with the Pluronic Surfactant L31 surfactant by adding 20 g of polymer coated sand to a small FlackTek container. 0.025 g of surfactant was added to the polymer coated sand. The sample was then mixed using a FlackTek Speedmixer at 800 rpm for 30 seconds.

[00234] Пример 51: Обработка песка с полимерным покрытием Pluronic L35[00234] Example 51: Treatment of polymer coated sand Pluronic L35

[00235] Песок с полимерным покрытием покрывали поверхностно-активным веществом Pluronic Surfactant L35, добавляя 20 г песка с полимерным покрытием в маленький контейнер FlackTek. К песку с полимерным покрытием добавляли 0,025 г поверхностно-активного вещества. Затем образец перемешивали при помощи смесителя FlackTek Speedmixer на скорости 800 об/мин в течение 30 секунд.[00235] The polymer coated sand was coated with the Pluronic Surfactant L35 surfactant by adding 20 g of polymer coated sand to a small FlackTek container. 0.025 g of surfactant was added to the polymer coated sand. The sample was then mixed using a FlackTek Speedmixer at 800 rpm for 30 seconds.

[00236] Пример 52: Обработка песка с полимерным покрытием Pluronic L81[00236] Example 52: Treatment of polymer coated sand Pluronic L81

[00237] Песок с полимерным покрытием покрывали поверхностно-активным веществом Pluronic Surfactant L81, добавляя 20 г песка с полимерным покрытием в маленький контейнер FlackTek. К песку с полимерным покрытием добавляли 0,025 г поверхностно-активного вещества. Затем образец перемешивали при помощи смесителя FlackTek Speedmixer на скорости 800 об/мин в течение 30 секунд.[00237] The polymer coated sand was coated with the Pluronic Surfactant L81 surfactant by adding 20 g of polymer coated sand to a small FlackTek container. 0.025 g of surfactant was added to the polymer coated sand. The sample was then mixed using a FlackTek Speedmixer at 800 rpm for 30 seconds.

[00238] Пример 53: Обработка песка с полимерным покрытием ARQUAD® 2НТ-75[00238] Example 53: Processing of ARQUAD® 2HT-75 polymer coated sand

[00239] Песок с полимерным покрытием покрывали ARQUAD® 2НТ-75, добавляя 25 г песка с полимерным покрытием в круглодонную колбу объемом 250 мл. Отдельно растворяли 0,25 г ARQUAD® 2НТ-75 в 3,57 г ИПС, получая 7% раствор. Затем добавляли 0,72 г раствора в ИПС к песку с полимерным покрытием в круглодонной колбе. Добавляли в круглодонную колбу еще ИПС до покрытия песка. Затем выпаривали ИПС из образца при помощи ротационного испарителя.[00239] The polymer coated sand was coated with ARQUAD® 2HT-75 by adding 25 g of polymer coated sand to a 250 ml round bottom flask. Separately, 0.25 g of ARQUAD® 2HT-75 was dissolved in 3.57 g of IPA to give a 7% solution. Then, 0.72 g of a solution in IPA was added to the polymer coated sand in a round bottom flask. Another IPA was added to the round bottom flask until the sand was coated. Then, IPA was evaporated from the sample using a rotary evaporator.

[00240] Пример 54: Обработка песка с полимерным покрытием ADOGEN® 464[00240] Example 54: Processing of sand with a polymer coating ADOGEN® 464

[00241] Песок с полимерным покрытием покрывали ADOGEN® 464, добавляя 20 г песка с полимерным покрытием в маленький контейнер FlackTek. К песку с полимерным покрытием добавляли 0,025 г ADOGEN® 464. Затем образец перемешивали при помощи смесителя FlackTek Speedmixer на скорости 800 об/мин в течение 30 секунд.[00241] The polymer coated sand was coated with ADOGEN® 464 by adding 20 g of polymer coated sand to a small FlackTek container. 0.025 g ADOGEN® 464 was added to the polymer coated sand. The sample was then mixed with a FlackTek Speedmixer at 800 rpm for 30 seconds.

[00242] Пример 55: Полимерная смесь для покрытия[00242] Example 55: Polymeric coating mixture

[00243] 9 г Flopam ЕМ 533 (SNF) соединяли с 1 г глицерина в сосуде объемом 20 мл. Затем сосуд перемешивали в течение 30 секунд в вихревом смесителе.[00243] 9 g of Flopam EM 533 (SNF) was combined with 1 g of glycerol in a 20 ml vessel. Then the vessel was stirred for 30 seconds in a vortex mixer.

[00244] Пример 56: Покрытие гидрогелем образцов песка[00244] Example 56: Hydrogel coating of sand samples

[00245] Образцы песка готовили, помещая 20 г образов, полученных в примерах с 46 по 54, в маленькие контейнеры FlackTek. В каждый контейнер добавляли 0,6 г смеси покрытия, полученной в примере 35. Содержимое контейнеров перемешивали на скорости 800 об/мин при помощи смесителя FlackTek. Затем образцы высушивали в течение 30 минут при 100°C. После высушивания 1 г каждого образца помещали в 20 мл сосуд, содержащий 10 мл водопроводной воды. Сосуды осторожно перемешивали в течение 1 минуты, а затем давали отстояться в течение 10 минут. После осаждения измеряли толщину слоя для определения гидратации полимера. Полученные результаты приведены в таблице 27.[00245] Sand samples were prepared by placing 20 g of the images obtained in Examples 46 through 54 into small FlackTek containers. 0.6 g of the coating mixture obtained in Example 35 was added to each container. The contents of the containers were mixed at 800 rpm using a FlackTek mixer. Then the samples were dried for 30 minutes at 100 ° C. After drying, 1 g of each sample was placed in a 20 ml vessel containing 10 ml of tap water. The vessels were gently mixed for 1 minute, and then allowed to stand for 10 minutes. After deposition, the layer thickness was measured to determine polymer hydration. The results are shown in table 27.

Figure 00000030
Figure 00000030

[00246] Пример 57: Испытание на состаривание во влажных условиях (металлохелатные сшивающие агенты)[00246] Example 57: Test for aging under wet conditions (metal chelating crosslinking agents)

[00247] Tyzor ТЕ представляет собой хелат титана и триэтаноламина, 80% раствор в этаноле. Tyzor TEAZ представляет собой 100% активный хелатный продукт циркония и триэтаноламина. Указанные хелаты металлов диспергировали в касторовом масле в различных концентрациях и наносили на проппант на второй дополнительной стадии способа покрытия. Образцы проппанта с покрытием готовили, добавляя 3 г смеси Flopam ЕМ533 и глицерина к 100 г белого песка проппанта фракции 30/50 меш в контейнере FlackTek Мах 100. Затем образцы смешивали в смесителе FlackTek Speedmixer на скорости 850 об/мин в течение 30 секунд. Затем образцы извлекали из смесителя и в некоторых случаях обрабатывали смесью хелата металла/касторового масла. Затем образцы возвращали в смеситель и смешивали на скорости 850 об/мин в течение 30 секунд. Затем образцы извлекали из смесителя, переносили в часовое стекло и высушивали при 100°C в течение 30 минут в лабораторной печи с принудительной циркуляцией воздуха. После высушивания образцы просеивали через сито 18 меш. Для состаривания во влажных условиях 50 г готовых образцов помещали в контейнеры Мах 100 FlackTek и оставляли во влажной камере на 1 час. Относительную влажность в камере поддерживали в диапазоне 60-70%. После воздействия влажности образцы испытывали в ячейке пресса Carver Press cell (внутр. диаметр 2,25 дюйма - примерно 5,715 см) с приложенной нагрузкой 1000 ф (454 кг) на 30 секунд. Слеживание образцов оценивали визуально и сравнивали с контролем (без второго добавления). Степень слеживания образцов оценивали от 1 до 4, причем оценка «1» обозначала твердый кусок, а оценка «4» обозначала сыпучий не слежавшийся материал. Полученные результаты приведены в таблице 28.[00247] Tyzor TE is a titanium and triethanolamine chelate, 80% solution in ethanol. Tyzor TEAZ is a 100% active chelate product of zirconium and triethanolamine. These metal chelates were dispersed in castor oil at various concentrations and applied to the proppant in a second additional step of the coating process. Coated proppant samples were prepared by adding 3 g of a mixture of Flopam EM533 and glycerol to 100 g of white sand proppant fraction 30/50 mesh in a FlackTek Max 100 container. Then the samples were mixed in a FlackTek Speedmixer mixer at 850 rpm for 30 seconds. Samples were then removed from the mixer and, in some cases, treated with a metal chelate / castor oil mixture. Then the samples were returned to the mixer and mixed at a speed of 850 rpm for 30 seconds. Then the samples were removed from the mixer, transferred to a watch glass and dried at 100 ° C for 30 minutes in a laboratory oven with forced air circulation. After drying, the samples were sieved through an 18 mesh sieve. For aging under wet conditions, 50 g of the finished samples were placed in Max 100 FlackTek containers and left in a humid chamber for 1 hour. Relative humidity in the chamber was maintained in the range of 60-70%. After exposure to moisture, the samples were tested in a Carver Press cell (internal diameter 2.25 inches — approximately 5.715 cm) with an applied load of 1000 l (454 kg) for 30 seconds. Tracking of the samples was evaluated visually and compared with the control (without a second addition). The degree of caking of the samples was evaluated from 1 to 4, with a rating of "1" denoted a solid piece, and a rating of "4" denoted a loose, non-caked material. The results are shown in table 28.

Figure 00000031
Figure 00000031

[00248] (Оценки слеживания для таблицы 14: ʺ1ʺ - Твердый кусок, не рассыпающийся при манипуляциях, ʺ2ʺ - Почти твердый кусок, начинающий разрушаться при манипуляциях, ''3'' - Кусок рассыпается при извлечении из пресса, ʺ4ʺ - Нет образования куска).[00248] (Caking estimates for table 14: ʺ1ʺ - A hard piece that does not crumble during manipulations, ʺ2ʺ - An almost hard piece that begins to break during manipulations, '' 3 '' - A piece crumbles when removed from the press, ʺ4ʺ - There is no piece formation) .

[00249] Пример 58: Испытание на состаривание во влажных условиях (порошкообразные добавки)[00249] Example 58: Test aging in wet conditions (powdered additives)

[00250] Образцы проппанта с покрытием готовили, добавляя 3 г смеси Flopam ЕМ533/глицерина к 100 г белого песка проппанта фракции 30/50 меш. Образцы смешивали в смесителе FlackTek Speedmixer на скорости 850 об/мин в течение 30 секунд. Затем образцы извлекали из смесителя и в некоторых случаях обрабатывали сухим порошком. Затем образцы возвращали в смеситель и смешивали на скорости 850 об/мин в течение 30 секунд для однородного распределения порошка в образце. Затем образцы извлекали из смесителя, переносили в часовое стекло и высушивали при 100°C в течение 30 минут в лабораторной печи с принудительной циркуляцией воздуха. После высушивания образцы просеивали через сито 18 меш. Для состаривания во влажных условиях 50 г готовых образцов помещали в контейнеры Мах 100 FlackTek и оставляли во влажной камере на 1 час. Относительную влажность в камере поддерживали в диапазоне 60-70%. После воздействия влажности образцы испытывали в ячейке пресса Carver Press (внутр. диаметр 2,25 дюйма - примерно 5,715 см) с приложенной нагрузкой 1000 ф (454 кг) на 30 секунд. Слеживание образцов оценивали визуально и сравнивали с контролем (без второго добавления). Степень слеживания образцов оценивали от 1 до 4, причем оценка «1» обозначала твердый кусок, а оценка «4» обозначала сыпучий не слежавшийся материал. Полученные результаты приведены в таблице 29.[00250] Coated proppant samples were prepared by adding 3 g of Flopam EM533 / glycerin mixture to 100 g of white sand proppant fraction 30/50 mesh. Samples were mixed in a FlackTek Speedmixer at 850 rpm for 30 seconds. Then the samples were removed from the mixer and in some cases treated with dry powder. Then the samples were returned to the mixer and mixed at a speed of 850 rpm for 30 seconds to uniformly distribute the powder in the sample. Then the samples were removed from the mixer, transferred to a watch glass and dried at 100 ° C for 30 minutes in a laboratory oven with forced air circulation. After drying, the samples were sieved through an 18 mesh sieve. For aging under wet conditions, 50 g of the finished samples were placed in Max 100 FlackTek containers and left in a humid chamber for 1 hour. Relative humidity in the chamber was maintained in the range of 60-70%. After exposure to moisture, the samples were tested in a Carver Press cell (internal diameter 2.25 inches — approximately 5.715 cm) with an applied load of 1000 l (454 kg) for 30 seconds. Tracking of the samples was evaluated visually and compared with the control (without a second addition). The degree of caking of the samples was evaluated from 1 to 4, with a rating of "1" denoted a solid piece, and a rating of "4" denoted a loose, non-caked material. The results are shown in table 29.

Figure 00000032
Figure 00000032

[00251] (Оценки слеживания для таблицы 15: ʺ1ʺ - Твердый кусок, не рассыпающийся при манипуляциях, ʺ2ʺ - Почти твердый кусок, начинающий разрушаться при манипуляциях, ʺ3ʺ - Кусок рассыпается при извлечении из пресса, ʺ4ʺ - Нет образования куска).[00251] (The caking estimates for Table 15 are: ʺ1 Т - A hard piece that does not crumble during manipulations, ʺ2ʺ - An almost hard piece that begins to break when manipulated, ʺ3ʺ - A piece crumbles when removed from the press, ʺ4 Нет - There is no lump formation).

[00252] Пример 59: Добавки на масляной основе[00252] Example 59: Oil-based additives

[00253] Некоторые масляные или относительно гидрофобные материалы испытывали для определения их эффективности для снижения слеживания увлажненных образцов самосуспендирующегося проппанта (ССП). Образцы готовили, смешивая 300 г песка фракции 30/50, предварительно нагретого до 45°C, с 9 г смеси 10% глицерина/90% Flopam 533 в смесителе KitchenAid на скорости 1. Через 1 минуту смешивания вводили вторую добавку (обычно 0,2% от массы песка) и смешивали еще в течение одной минуты. Образец высушивали в условиях среднего сдвига с использованием термофена и смесителя KitchenAid. Затем образцы помещали в камеру с относительной влажностью >50% на 1 час. Затем испытывали поведение при слеживании отдельных образцов, подвергая их испытанию на сжатие. Указанное испытание состояло в сжатии под давлением 200 PSI (1379 МПа) в течение 30 секунд в компрессионной ячейке при помощи Carver Press, затем образец извлекали из ячейки и осматривали. Полученный кусок (см. Таблицу 16, испытание на сжатие) оценивали по следующей шкале: ʺ1ʺ - Твердый кусок, не рассыпающийся при манипуляциях, ʺ2ʺ - Почти твердый кусок, начинающий разрушаться при манипуляциях, ʺ3ʺ - Кусок рассыпается при извлечении из пресса, ʺ4ʺ - Нет образования куска, как показано в таблице 30.[00253] Some oily or relatively hydrophobic materials were tested to determine their effectiveness in reducing caking of wetted samples of self-suspending proppant (BSC). Samples were prepared by mixing 300 g of sand fraction 30/50, pre-heated to 45 ° C, with 9 g of a mixture of 10% glycerol / 90% Flopam 533 in a KitchenAid mixer at a speed of 1. After 1 minute of mixing, a second additive (usually 0.2 % by weight of sand) and mixed for another minute. The sample was dried under medium shear conditions using a hot air gun and a KitchenAid mixer. Then the samples were placed in a chamber with a relative humidity> 50% for 1 hour. The caking behavior of the individual samples was then tested, subjecting them to a compression test. The specified test consisted of compression under pressure of 200 PSI (1379 MPa) for 30 seconds in the compression cell using Carver Press, then the sample was removed from the cell and examined. The resulting piece (see Table 16, compression test) was evaluated on the following scale: ʺ1ʺ - A solid piece that does not crumble during manipulations, ʺ2ʺ - An almost hard piece that begins to break down during manipulation, ʺ3ʺ - A piece crumbles when removed from the press, ʺ4ʺ - No the formation of a piece, as shown in table 30.

Figure 00000033
Figure 00000033

Figure 00000034
Figure 00000034

[00254] Образец, обработанный Adogen 464, с трудом образовывал кусок в настоящем испытании, даже при меньшей дозировке.[00254] A sample treated with Adogen 464 had difficulty forming a lump in the present test, even at a lower dosage.

АНАЛОГИ И ЭКВИВАЛЕНТЫANALOGUES AND EQUIVALENTS

[00255] Несмотря на то, что в настоящей заявке приведены конкретные варианты реализации изобретения, вышеприведенное описание является иллюстративным и не ограниченным. Несмотря на то, что данное изобретение подробно описано и представлено со ссылками на предпочтительные варианты его реализации, специалист в данной области техники поймет, что могут быть сделаны различные изменения в форме и деталях, не отклоняясь от объема настоящего изобретения, охватываемого прилагаемой формулой изобретения. После ознакомления с настоящим описанием, специалистам в данной области техники будут очевидны многочисленные варианты изобретения. Если не указано иное, все числа, отражающие условия реакций, количества ингредиентов и тому подобное, и используемые в настоящем описании и формуле изобретения, должны пониматься как имеющие во всех случаях контекст термина «примерно». Соответственно, если не указано иначе, числовые параметры, излагаемые в настоящем документе, являются приблизительными и могут изменяться в зависимости от свойств, приобретение которых является целью настоящего изобретения.[00255] Although specific embodiments of the invention are provided herein, the above description is illustrative and not limited. Although the invention has been described in detail and presented with reference to preferred embodiments thereof, one skilled in the art will understand that various changes in form and detail can be made without departing from the scope of the invention encompassed by the appended claims. After reading the present description, specialists in the art will be apparent numerous variants of the invention. Unless otherwise indicated, all numbers reflecting reaction conditions, amounts of ingredients and the like, and used in the present description and claims, should be understood as having in all cases the context of the term "about". Accordingly, unless otherwise indicated, the numerical parameters set forth herein are approximate and may vary depending on the properties, the acquisition of which is the purpose of the present invention.

[00256] Хотя настоящее изобретение было конкретно показано и описано со ссылками на предпочтительные варианты реализации настоящего изобретения, специалист в данной области техники поймет, что могут быть сделаны различные изменения в форме и деталях, не отклоняясь от объема настоящего изобретения, охватываемого прилагаемой формулой изобретения.[00256] Although the present invention has been specifically shown and described with reference to preferred embodiments of the present invention, one skilled in the art will recognize that various changes in form and detail can be made without departing from the scope of the present invention covered by the appended claims.

Claims (15)

1. Модифицированный проппант, содержащий частицу субстрата проппанта, покрытую образующим гидрогель полимером, причем указанная частица субстрата проппанта содержит покрытый смолой проппант и усилитель адгезии, скрепляющий гидрогелевое покрытие с покрытым смолой проппантом.1. A modified proppant containing a proppant substrate particle coated with a hydrogel-forming polymer, said proppant substrate particle comprising a resin-coated proppant and an adhesion promoter bonding the hydrogel coating to the resin-coated proppant. 2. Модифицированный проппант по п. 1, отличающийся тем, что указанный усилитель адгезии выбран из группы, состоящей из блок-сополимера, содержащего одновременно гидрофобные и гидрофильные мономеры, жирного амина, поличетвертичного амина и катионного поверхностно-активного вещества.2. The modified proppant according to claim 1, characterized in that said adhesion promoter is selected from the group consisting of a block copolymer containing simultaneously hydrophobic and hydrophilic monomers, a fatty amine, a poly-quaternary amine and a cationic surfactant. 3. Модифицированный проппант по п. 2, отличающийся тем, что указанный усилитель адгезии представляет собой блок-сополимер стирола и малеимида.3. The modified proppant according to claim 2, characterized in that said adhesion promoter is a block copolymer of styrene and maleimide. 4. Модифицированный проппант по любому из пп. 1-3, отличающийся тем, что тип и количество образующего гидрогель полимера выбраны так, что модифицированный проппант одновременно является самосуспендирующимся в жидкости для гидроразрыва на водной основе и износостойким с точки зрения сохранения самосуспендируемости после воздействия сдвига со скоростью сдвига примерно 550 с-1 в течение 20 минут.4. Modified proppant according to any one of paragraphs. 1-3, characterized in that the type and amount of the hydrogel-forming polymer is selected so that the modified proppant is simultaneously self-suspending in a water-based hydraulic fracturing fluid and is wear-resistant from the point of view of maintaining self-suspension after shearing at a shear rate of about 550 s -1 for 20 minutes. 5. Модифицированный проппант по п. 4, отличающийся тем, что указанный проппант является свободно сыпучим после воздействия относительной влажности примерно 80%-90% в течение одного часа при температуре от 25°С до 35°С.5. The modified proppant according to claim 4, characterized in that said proppant is free flowing after exposure to relative humidity of about 80% -90% for one hour at a temperature of from 25 ° C to 35 ° C. 6. Модифицированный проппант по любому из пп. 1-3, отличающийся тем, что образующий гидрогель полимер выбран из группы, состоящей из полиакриламида, сополимеров акриламида с анионными и катионными сомономерами, гидролизованного полиакриламида, сополимеров акриламида с гидрофобными сомономерами, полиакриловой кислоты и солей полиакриловой кислоты.6. Modified proppant according to any one of paragraphs. 1-3, characterized in that the hydrogel-forming polymer is selected from the group consisting of polyacrylamide, copolymers of acrylamide with anionic and cationic comonomers, hydrolyzed polyacrylamide, copolymers of acrylamide with hydrophobic comonomers, polyacrylic acid and salts of polyacrylic acid. 7. Модифицированный проппант по п. 6, отличающийся тем, что образующий гидрогель полимер представляет собой анионный полиакриламид.7. The modified proppant according to claim 6, characterized in that the hydrogel-forming polymer is an anionic polyacrylamide. 8. Модифицированный проппант по любому из пп. 1-3, отличающийся тем, что образующий гидрогель полимер поперечно сшит в количестве, достаточном для предотвращения преждевременной гидратации модифицированного проппанта, обусловленной воздействием влажности.8. The modified proppant according to any one of paragraphs. 1-3, characterized in that the hydrogel-forming polymer is crosslinked in an amount sufficient to prevent premature hydration of the modified proppant due to moisture. 9. Модифицированный проппант по п. 8, отличающийся тем, что поперечно сшивающий агент является ковалентным и выбран из группы, состоящей из эпоксида, ангидрида, альдегида, диизоцианата и карбодиамида.9. The modified proppant according to claim 8, characterized in that the cross-linking agent is covalent and selected from the group consisting of epoxide, anhydride, aldehyde, diisocyanate and carbodiamide. 10. Модифицированный проппант по любому из пп. 1-3, отличающийся тем, что образующее гидрогель полимерное покрытие на частице субстрата проппанта включает спирт, выбранный из группы, состоящей из этанола, пропанола, этиленгликоля, пропиленгликоля и глицерина.10. Modified proppant according to any one of paragraphs. 1-3, characterized in that the hydrogel-forming polymer coating on the particle of the proppant substrate includes an alcohol selected from the group consisting of ethanol, propanol, ethylene glycol, propylene glycol and glycerol. 11. Модифицированный проппант по п. 1, дополнительно содержащий гидрофобный внешний слой на указанном гидрогелевом покрытии, причем указанный гидрофобный внешний слой выбран из группы, состоящей из жирных кислот, алифатических аминов, гидрофобных четвертичных аминов, алифатических амидов, гидрированных масел, растительных масел, касторового масла, триацетина, восков, полиэтиленоксидов и полипропиленоксидов.11. The modified proppant according to claim 1, further comprising a hydrophobic outer layer on said hydrogel coating, said hydrophobic outer layer selected from the group consisting of fatty acids, aliphatic amines, hydrophobic quaternary amines, aliphatic amides, hydrogenated oils, vegetable oils, castor oil oils, triacetin, waxes, polyethylene oxides and polypropylene oxides. 12. Модифицированный проппант по п. 11, отличающийся тем, что указанный гидрофобный внешний слой содержит гидрофобный четвертичный амин.12. The modified proppant according to claim 11, characterized in that said hydrophobic outer layer contains a hydrophobic quaternary amine. 13. Модифицированный проппант по п. 1, отличающийся тем, что тип и количество образующего гидрогель полимера выбраны так, что модифицированный проппант является самосуспендирующимся в жидкости для гидроразрыва на водной основе, причем указанный модифицированный проппант дополнительно комбинирован с достаточным количеством сухого порошка для существенного снижения склонности модифицированного проппанта к слеживанию при воздействии влажных условий.13. The modified proppant according to claim 1, characterized in that the type and amount of the hydrogel-forming polymer is selected so that the modified proppant is self-suspending in a water-based hydraulic fracturing fluid, said modified proppant being additionally combined with a sufficient amount of dry powder to substantially reduce the tendency modified proppant to caking when exposed to wet conditions. 14. Состав для гидроразрыва, содержащий модифицированный проппант по любому из пп. 1-13 и окислительный деструктор или ферментный деструктор.14. The fracturing composition containing the modified proppant according to any one of paragraphs. 1-13 and an oxidative destructor or enzymatic destructor. 15. Способ получения проппанта с гидрогелевым покрытием, включающий: обеспечение частицы субстрата проппанта и состава, содержащего прекурсор покрытия, причем указанный прекурсор покрытия способен образовывать гидрогелевое покрытие на поверхности частицы субстрата проппанта посредством полимеризации in situ; нанесение указанного состава на частицу субстрата проппанта; и полимеризацию прекурсора покрытия в непосредственном соприкосновении с частицей субстрата покрытия с образованием проппанта с гидрогелевым покрытием.15. A method of producing a hydrogel coated proppant, comprising: providing a proppant substrate particle and a composition comprising a coating precursor, said coating precursor being able to form a hydrogel coating on the surface of the proppant substrate particle by in situ polymerization; applying said composition to a proppant substrate particle; and polymerizing the coating precursor in direct contact with the coating substrate particle to form a hydrogel coated proppant.
RU2014145131A 2012-04-19 2013-03-15 Self-suspending proppants for hydraulic fracturing RU2621239C2 (en)

Applications Claiming Priority (11)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201261635612P 2012-04-19 2012-04-19
US61/635,612 2012-04-19
US201261662681P 2012-06-21 2012-06-21
US61/662,681 2012-06-21
US13/599,828 2012-08-30
US13/599,828 US9315721B2 (en) 2011-08-31 2012-08-30 Self-suspending proppants for hydraulic fracturing
US201261725751P 2012-11-13 2012-11-13
US61/725,751 2012-11-13
US201361764792P 2013-02-14 2013-02-14
US61/764,792 2013-02-14
PCT/US2013/032424 WO2013158306A1 (en) 2012-04-19 2013-03-15 Self-suspending proppants for hydraulic fracturing

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2014145131A RU2014145131A (en) 2016-06-10
RU2621239C2 true RU2621239C2 (en) 2017-06-01

Family

ID=49383940

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2014145131A RU2621239C2 (en) 2012-04-19 2013-03-15 Self-suspending proppants for hydraulic fracturing

Country Status (9)

Country Link
EP (2) EP2838972A4 (en)
CN (2) CN104379697A (en)
AU (3) AU2013249743B2 (en)
BR (2) BR112014026041A2 (en)
CA (2) CA2870730A1 (en)
HK (2) HK1203213A1 (en)
MX (2) MX2014012610A (en)
RU (1) RU2621239C2 (en)
WO (2) WO2013158306A1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2776019C1 (en) * 2021-05-24 2022-07-12 ПВТ Эволюшн Лимитед Proppant with a self-suspending coating, method for production thereof, and method for application thereof

Families Citing this family (128)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9845427B2 (en) 2009-10-20 2017-12-19 Self-Suspending Proppant Llc Proppants for hydraulic fracturing technologies
US9725645B2 (en) 2011-05-03 2017-08-08 Preferred Technology, Llc Proppant with composite coating
US8763700B2 (en) 2011-09-02 2014-07-01 Robert Ray McDaniel Dual function proppants
US9290690B2 (en) 2011-05-03 2016-03-22 Preferred Technology, Llc Coated and cured proppants
AU2013249743B2 (en) * 2012-04-19 2016-12-22 Self-Suspending Proppant Llc Self-suspending proppants for hydraulic fracturing
CA2845840C (en) 2011-08-31 2020-02-25 Self-Suspending Proppant Llc Self-suspending proppants for hydraulic fracturing
US20140000891A1 (en) 2012-06-21 2014-01-02 Self-Suspending Proppant Llc Self-suspending proppants for hydraulic fracturing
US9297244B2 (en) 2011-08-31 2016-03-29 Self-Suspending Proppant Llc Self-suspending proppants for hydraulic fracturing comprising a coating of hydrogel-forming polymer
US9868896B2 (en) 2011-08-31 2018-01-16 Self-Suspending Proppant Llc Self-suspending proppants for hydraulic fracturing
US9562187B2 (en) 2012-01-23 2017-02-07 Preferred Technology, Llc Manufacture of polymer coated proppants
CA2897502C (en) 2013-01-08 2021-07-20 Cidra Corporate Services Inc. Smart proppant technology for fracking and well production performance monitoring
CA2893672C (en) 2013-01-09 2019-06-25 Cidra Corporate Services Inc. Smart pipe concept based on embedded taggant-sensor and/or color-encoded elements to monitor liner wear in lined pipelines, including urethane lined pipe
US9429006B2 (en) 2013-03-01 2016-08-30 Baker Hughes Incorporated Method of enhancing fracture conductivity
US9518214B2 (en) 2013-03-15 2016-12-13 Preferred Technology, Llc Proppant with polyurea-type coating
US10100247B2 (en) 2013-05-17 2018-10-16 Preferred Technology, Llc Proppant with enhanced interparticle bonding
CA2929928C (en) * 2013-11-15 2021-09-21 Dow Global Technologies Llc Proppants with improved dust control
CA2933969C (en) 2014-02-26 2018-06-26 Halliburton Energy Services, Inc. Crosslinker-coated proppant particulates for use in treatment fluids comprising gelling agents
US9932521B2 (en) 2014-03-05 2018-04-03 Self-Suspending Proppant, Llc Calcium ion tolerant self-suspending proppants
US20150252252A1 (en) * 2014-03-05 2015-09-10 Self-Suspending Proppant Llc Humidity-resistant self-suspending proppants
CN104946235A (en) * 2014-03-28 2015-09-30 北京仁创科技集团有限公司 Preparation method of self-suspension proppant and prepared proppant
US10508231B2 (en) 2014-03-28 2019-12-17 Arr-Maz Products, L.P. Attrition resistant proppant composite and its composition matters
CN104946233B (en) * 2014-03-28 2018-12-04 北京仁创科技集团有限公司 It is a kind of for natural water pressure break from suspended prop
US20170145302A1 (en) * 2014-03-28 2017-05-25 Beijing Rechsand Science & Technology Group Co., Ltd Self-suspending proppant and preparation and use thereof
BR112016021872A2 (en) * 2014-03-28 2017-10-03 Arr Maz Products Lp FRICTION-RESISTANT PROPANT COMPOUND AND ITS COMPOSITIONAL ISSUES
US10351761B2 (en) 2014-03-31 2019-07-16 Schlumberger Technology Corporation Method for modification and delivery of proppant during well operations, method for hydraulic fracturing and method for gravel packing
CA2944148A1 (en) * 2014-04-02 2015-10-08 Schlumberger Canada Limited Proppant, hydraulic fracture packing material, method for enhancing efficiency of heterogeneous proppant placement in a hydraulic fracture
AU2015296528A1 (en) * 2014-07-31 2017-03-09 Carbo Ceramics Inc. Methods and systems for infusing porous ceramic proppant with a chemical treatment agent
WO2016025002A1 (en) 2014-08-15 2016-02-18 Halliburton Energy Services, Inc. Crosslinkable proppant particulates for use in subterranean formation operations
NO340788B1 (en) * 2014-09-17 2017-06-19 Wellcem Innovation As Improved method and chemical agent for reducing water production from oil and gas-containing wells
US11268016B2 (en) 2014-12-11 2022-03-08 Saudi Arabian Oil Company High temperature treatment fluids with nano-crosslinkers
US9862878B2 (en) 2014-12-11 2018-01-09 Saudi Arabian Oil Company High temperature fracturing fluids with nano-crosslinkers
WO2016118716A1 (en) * 2015-01-23 2016-07-28 Preferred Technology, Llc Proppant solids with water absorbent materials and methods of making the same
CA2975433C (en) 2015-03-12 2019-09-03 Halliburton Energy Services, Inc. Low-energy proppants for downhole operations
MX2017012767A (en) * 2015-04-08 2018-02-09 Self Suspending Proppant Llc Hard and salt water resistant self suspending proppants.
US9862881B2 (en) 2015-05-13 2018-01-09 Preferred Technology, Llc Hydrophobic coating of particulates for enhanced well productivity
US10590337B2 (en) 2015-05-13 2020-03-17 Preferred Technology, Llc High performance proppants
WO2016186621A1 (en) * 2015-05-15 2016-11-24 Halliburton Energy Services, Inc. Multifunctional proppant for fracturing applications
CN104893707B (en) * 2015-05-22 2018-09-21 河南天祥新材料股份有限公司 It is a kind of for riverfrac treatment from suspended prop and preparation method thereof
EP3322767B1 (en) * 2015-07-13 2020-10-21 Saudi Arabian Oil Company Methods and utilisations using stabilized nanoparticle compositions comprising ions
US10400160B2 (en) 2015-09-22 2019-09-03 Halliburton Energy Services, Inc. Crosslinked polymer-coated proppant
CN106928971A (en) * 2015-12-30 2017-07-07 北京仁创科技集团有限公司 Expanding material composition containing polyacrylamide and from suspended prop and its preparation method and application
CN106928962A (en) * 2015-12-30 2017-07-07 北京仁创科技集团有限公司 Expanding material composition containing polyethylene glycol and from suspended prop and the preparation method and application of proppant
CN106928982A (en) * 2015-12-30 2017-07-07 北京仁创科技集团有限公司 Expanding material composition containing polyacrylic acid and from suspended prop and the preparation method and application of proppant
CN106928981A (en) * 2015-12-30 2017-07-07 北京仁创科技集团有限公司 Expanding material composition containing HPMA and from suspended prop and its application and preparation method
CN106928985A (en) * 2015-12-30 2017-07-07 北京仁创科技集团有限公司 Expanding material composition containing polyethylene glycol oxide and the application from suspended prop and proppant and preparation method
CN106928967A (en) * 2015-12-30 2017-07-07 北京仁创科技集团有限公司 Expanding material composition containing polyethylene glycol and from suspended prop and its preparation method and application
CN106928969A (en) * 2015-12-30 2017-07-07 北京仁创科技集团有限公司 Expanding material composition containing HPMA and from suspended prop and the preparation method and application of proppant
CN106928979A (en) * 2015-12-30 2017-07-07 北京仁创科技集团有限公司 Expanding material composition containing polyacrylic acid and from suspended prop and its application and preparation method
CN106928989A (en) * 2015-12-30 2017-07-07 北京仁创科技集团有限公司 Expanding material composition containing polyacrylic acid and from suspended prop and its preparation method and application
CN106928964A (en) * 2015-12-30 2017-07-07 北京仁创科技集团有限公司 Expanding material composition containing polyacrylamide and the application from suspended prop and proppant and preparation method
CN106928976A (en) * 2015-12-30 2017-07-07 北京仁创科技集团有限公司 Expanding material composition containing polyethylene glycol and from suspended prop and its application and preparation method
CN106928978A (en) * 2015-12-30 2017-07-07 北京仁创科技集团有限公司 Expanding material composition containing polyethylene glycol oxide and from suspended prop and its preparation method and application
CN106928983A (en) * 2015-12-30 2017-07-07 北京仁创科技集团有限公司 Expanding material composition containing polyvinylpyrrolidone and from suspended prop and the preparation method and application of proppant
CN106928966A (en) * 2015-12-30 2017-07-07 北京仁创科技集团有限公司 Expanding material composition containing polyvinyl alcohol and the application from suspended prop and proppant and preparation method
CN106928988A (en) * 2015-12-30 2017-07-07 北京仁创科技集团有限公司 Expanding material composition containing polyvinylpyrrolidone and from suspended prop and its preparation method and application
CN106928973A (en) * 2015-12-30 2017-07-07 北京仁创科技集团有限公司 Water-soluble expanding material composition and from suspended prop and preparation method and application
CN106928965A (en) * 2015-12-30 2017-07-07 北京仁创科技集团有限公司 Expanding material composition containing polyacrylic acid and the application from suspended prop and proppant and preparation method
CN106928977A (en) * 2015-12-30 2017-07-07 北京仁创科技集团有限公司 Expanding material composition containing natural macromolecular material and from suspended prop and its preparation method and application
CN106928970A (en) * 2015-12-30 2017-07-07 北京仁创科技集团有限公司 Expanding material composition containing polyvinylpyrrolidone and the application from suspended prop and proppant and preparation method
CN106928984A (en) * 2015-12-30 2017-07-07 北京仁创科技集团有限公司 Expanding material composition containing polyvinyl alcohol and from suspended prop and its preparation method and application
CN106928968A (en) * 2015-12-30 2017-07-07 北京仁创科技集团有限公司 Expanding material composition containing polyethylene glycol and the application from suspended prop and proppant and preparation method
CN106928990A (en) * 2015-12-30 2017-07-07 北京仁创科技集团有限公司 Expanding material composition and from suspended prop and preparation method and application
CN106928992A (en) * 2015-12-30 2017-07-07 北京仁创科技集团有限公司 Expanding material composition containing natural macromolecular material and from suspended prop and preparation method and application
CN106928980A (en) * 2015-12-30 2017-07-07 北京仁创科技集团有限公司 Expanding material composition containing polyvinyl alcohol and from suspended prop and its application and preparation method
CN106928991A (en) * 2015-12-30 2017-07-07 北京仁创科技集团有限公司 Expanding material composition containing polyethylene glycol and the application from suspended prop and proppant and preparation method
CN106928987A (en) * 2015-12-30 2017-07-07 北京仁创科技集团有限公司 Expanding material composition containing polyvinylpyrrolidone and from suspended prop and its application and preparation method
CN106928963A (en) * 2015-12-30 2017-07-07 北京仁创科技集团有限公司 Expanding material composition containing polyvinyl alcohol and from suspended prop and the preparation method and application of proppant
CN106928974A (en) * 2015-12-30 2017-07-07 北京仁创科技集团有限公司 Expanding material composition containing polyvinyl alcohol and the application from suspended prop and proppant and preparation method
CN106928961A (en) * 2015-12-30 2017-07-07 北京仁创科技集团有限公司 Expanding material composition containing polyvinylpyrrolidone and from suspended prop and its preparation method and application
CN106928993A (en) * 2015-12-30 2017-07-07 北京仁创科技集团有限公司 Expanding material composition containing polyethylene glycol oxide and from suspended prop and the preparation method and application of proppant
CN106928975A (en) * 2015-12-30 2017-07-07 北京仁创科技集团有限公司 Expanding material composition containing polyethylene glycol oxide and from suspended prop and its preparation method and application
CN106928972A (en) * 2015-12-30 2017-07-07 北京仁创科技集团有限公司 Expanding material composition containing HPMA and the application from suspended prop and proppant and preparation method
CN106928986A (en) * 2015-12-30 2017-07-07 北京仁创科技集团有限公司 Expanding material composition containing polyethylene glycol oxide and from suspended prop and its application and preparation method
CN106947438A (en) * 2016-01-07 2017-07-14 中国石油化工股份有限公司 A kind of drilling fluid aluminium base inhibitor and preparation method thereof
CN105670600A (en) * 2016-03-07 2016-06-15 王展旭 Water acid-sensitivity deformation magnetic tracer function self-suspension propping agent and preparation method thereof
CN105754580B (en) * 2016-03-25 2018-09-11 山东诺尔生物科技有限公司 Pressure break is with low frictional resistance from the preparation method of suspended prop
CN105670597A (en) * 2016-04-21 2016-06-15 成都劳恩普斯科技有限公司 Method for preventing proppants in water-base fracturing fluid from settling in transfer process
US20170335178A1 (en) * 2016-05-17 2017-11-23 Self-Suspending LLC Salt-tolerant self-suspending proppants
CN107459986A (en) * 2016-06-03 2017-12-12 中国石油化工股份有限公司 It is a kind of from suspended prop and preparation method thereof
CN107459987A (en) * 2016-06-03 2017-12-12 中国石油化工股份有限公司 It is a kind of from suspension volume expansion type proppant and preparation method thereof
CN106186829B (en) * 2016-06-29 2017-12-08 河南祥泰科技有限公司 The solid integrated petroleum propping agent of liquid
CN106147746B (en) * 2016-07-07 2021-03-02 新密市万力实业发展有限公司 Self-suspending proppant applied to clean water fracturing system
CN106281298A (en) * 2016-08-17 2017-01-04 常熟理工学院 A kind of new method prepared from suspension haydite
US10457860B2 (en) * 2016-10-05 2019-10-29 S.P.C.M. Sa Self suspending proppants with brine tolerance for hydraulic fracturing
US20180118972A1 (en) * 2016-11-02 2018-05-03 Covestro Llc Reducing erosion of oil field pumping and transfer equipment
US11208591B2 (en) 2016-11-16 2021-12-28 Preferred Technology, Llc Hydrophobic coating of particulates for enhanced well productivity
CN106526137A (en) * 2016-11-17 2017-03-22 青岛科技大学 Physical simulation experiment evaluation method for fracturing performance and flow conductivity of self-suspension propping agent
CN106675548A (en) * 2016-11-25 2017-05-17 北京昆仑隆源石油开采技术有限公司 Self-suspension propping agent and preparation method thereof
US10696896B2 (en) 2016-11-28 2020-06-30 Prefferred Technology, Llc Durable coatings and uses thereof
CN106675549B (en) * 2016-12-05 2021-11-09 北京奇想达新材料有限公司 Underwater suspensible proppant for oil-gas well fracturing and preparation method thereof
CN106833599A (en) * 2016-12-28 2017-06-13 北京晨础石油科技有限公司 Exempt from liquid proppant and preparation method thereof
US10131832B2 (en) * 2017-02-13 2018-11-20 Aramco Services Company Self-suspending proppants for use in carbon dioxide-based fracturing fluids and methods of making and use thereof
CN106928939A (en) * 2017-02-14 2017-07-07 中国石油集团西部钻探工程有限公司 Leak stopping synergist and preparation method thereof and application method
US11021649B2 (en) * 2017-03-20 2021-06-01 Fairmount Santrol Inc. Flowback resistant proppants
CN108795404B (en) * 2017-04-27 2021-09-28 关中原 Self-suspending proppant for clean water fracturing and preparation method thereof
CN107033871B (en) * 2017-06-08 2018-08-07 广汉市华星新技术开发研究所(普通合伙) One kind is from suspended prop and preparation method thereof
US20190002756A1 (en) * 2017-06-29 2019-01-03 Self-Suspending Proppant Llc Self-suspending proppants made from powdered hydrogel-forming polymers
CN109536158B (en) * 2017-09-21 2021-11-26 中国石油化工股份有限公司 Low-density ceramsite proppant and preparation method thereof
US11591505B2 (en) 2017-10-16 2023-02-28 Terves, Llc High density fluid for completion applications
US11078393B2 (en) 2017-10-16 2021-08-03 Terves, Llc Non-toxic high-density fluid for completion applications
CN108117662B (en) * 2017-11-30 2020-07-21 中国科学院兰州化学物理研究所 Method for preparing hydrophilic lubricating coating on surface of material
CN108191307B (en) * 2017-12-25 2020-10-09 厦门市固力克节能科技有限公司 Anti-drop graphene stone-like paint and preparation method thereof
CN109971455A (en) * 2017-12-28 2019-07-05 中国石油化工股份有限公司 A kind of forming method of high-speed channel pressure break self aggregation proppant column
CN108517205B (en) * 2018-05-16 2020-07-28 重庆长江造型材料(集团)股份有限公司 Low-friction composite nano proppant and preparation method thereof
CN108841372A (en) * 2018-07-04 2018-11-20 中国石油集团渤海钻探工程有限公司 Water-absorbing resins overlay film is from suspended prop and preparation method thereof
CN109180966A (en) * 2018-08-30 2019-01-11 国悦环境工程技术服务(北京)有限公司 It is a kind of with improve water-soluble polymer powder hydration rate and in the unit time suspension of viscosity preparation method
CN108949140A (en) * 2018-09-30 2018-12-07 重庆长江造型材料(集团)股份有限公司 One kind is from suspension type support agent
CN109337668A (en) * 2018-09-30 2019-02-15 重庆长江造型材料(集团)股份有限公司 One kind is from suspension covering material
WO2020106655A1 (en) 2018-11-21 2020-05-28 Self-Suspending Proppant Llc Salt-tolerant self-suspending proppants made without extrusion
CN109535449A (en) * 2018-12-05 2019-03-29 福州大学 A kind of preparation method of the high tough chitosan-based hydrogel of high-low temperature resistant
CN109575909A (en) * 2019-01-14 2019-04-05 重庆长江造型材料(集团)股份有限公司 A kind of pressure break overlay film proppant
CN109749731B (en) * 2019-01-14 2021-09-07 重庆长江造型材料(集团)股份有限公司 Preparation method of tectorial membrane proppant for fracturing
CN109777394B (en) * 2019-02-28 2021-09-21 东北石油大学 Preparation method of self-suspending self-degrading proppant
CN110358523A (en) * 2019-06-27 2019-10-22 海油来博(天津)科技股份有限公司 A kind of specialty polymer and its application for from suspended prop
WO2021021242A1 (en) 2019-07-31 2021-02-04 Dow Global Technologies Llc Coated proppants
CN110454120B (en) * 2019-08-13 2021-10-01 青岛大地新能源技术研究院 Construction method for self-gathering sand prevention of oil-water well
CN111286318A (en) * 2020-04-07 2020-06-16 赣江新区澳博颗粒科技研究院有限公司 Self-generated bubble suspension proppant for fracturing and construction method thereof
CN111880232B (en) * 2020-07-06 2023-06-30 中国石油天然气股份有限公司 Magnetic nano-film imaging propping agent and preparation method and application thereof
CN112300774B (en) * 2020-09-02 2022-04-22 西南石油大学 Preparation method of water-controlled oxidation gel-breaking self-suspension proppant for fracturing
CN111961460B (en) * 2020-09-22 2021-08-03 西南石油大学 High-efficiency energy-saving bridge channel fully-coupled fiber proppant system and application method thereof
CN112479696A (en) * 2020-11-13 2021-03-12 四川海沃石油工程技术有限公司 Production principle and process of special fracturing propping agent with strong compressive capacity
CN114836192B (en) * 2021-06-25 2024-01-05 四川银宇化工科技有限公司 Self-suspension propping agent and preparation method and application thereof
CN113755154A (en) * 2021-10-29 2021-12-07 江苏臻诚能源科技有限公司 Preparation method of full-crack propping agent
CN114233262B (en) * 2021-12-27 2023-10-27 西安石油大学 Method for supporting unconsolidated hydrate reservoir fracture with assistance of modified hydrogel
CN114988753B (en) * 2022-04-28 2022-11-25 广东建盛高新材料有限公司 Machine-made sand regulator and preparation method thereof
CN114989793B (en) * 2022-07-22 2024-03-22 中国石油大学(华东) Oil-based drilling fluid system capable of self-removing nano-micron inferior solid phase, and preparation method and application thereof
CN115324553B (en) * 2022-10-13 2022-12-13 西安博探石油工程有限公司 Nano miscible imbibition oil displacement self-crosslinking fracturing method
CN117514119B (en) * 2024-01-03 2024-04-12 中国石油大学(华东) Shale oil three-dimensional development fracturing device and fracturing method

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20040244978A1 (en) * 2003-06-04 2004-12-09 Sun Drilling Products Corporation Lost circulation material blend offering high fluid loss with minimum solids
US20050194141A1 (en) * 2004-03-04 2005-09-08 Fairmount Minerals, Ltd. Soluble fibers for use in resin coated proppant
US7135231B1 (en) * 2003-07-01 2006-11-14 Fairmont Minerals, Ltd. Process for incremental coating of proppants for hydraulic fracturing and proppants produced therefrom
US20080108524A1 (en) * 2006-11-08 2008-05-08 Willberg Dean M Delayed Water-Swelling Materials and Methods of Use
US20100249273A1 (en) * 2009-03-31 2010-09-30 Scales Charles W Polymeric articles comprising oxygen permeability enhancing particles
US20110120719A1 (en) * 2009-10-20 2011-05-26 David Soane Proppants for hydraulic fracturing technologies
WO2011146186A2 (en) * 2010-05-17 2011-11-24 Georgia-Pacific Chemicals Llc Proppants for use in hydraulic fracturing of subterranean formations

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2008A (en) * 1841-03-18 Gas-lamp eok conducting gas pkom ah elevated buhner to one below it
US6109350A (en) * 1998-01-30 2000-08-29 Halliburton Energy Services, Inc. Method of reducing water produced with hydrocarbons from wells
US7131491B2 (en) * 2004-06-09 2006-11-07 Halliburton Energy Services, Inc. Aqueous-based tackifier fluids and methods of use
CN1894284B (en) * 2003-12-15 2011-01-05 赫尔克里士公司 Improved inversion of inverse emulsion polymers
US7073581B2 (en) * 2004-06-15 2006-07-11 Halliburton Energy Services, Inc. Electroconductive proppant compositions and related methods
GB2436576B (en) * 2006-03-28 2008-06-18 Schlumberger Holdings Method of facturing a coalbed gas reservoir
US7779915B2 (en) * 2006-09-18 2010-08-24 Schlumberger Technology Corporation Methods of limiting leak off and damage in hydraulic fractures
US9303502B2 (en) * 2009-10-27 2016-04-05 Baker Hughes Incorporated Method of controlling water production through treating particles with RPMS
MX336826B (en) * 2009-10-26 2016-02-03 Hexion Specialty Chemicals Inc Low temperature coated particles for use as proppants or in gravel packs, methods for making and using the same.
AU2013249743B2 (en) * 2012-04-19 2016-12-22 Self-Suspending Proppant Llc Self-suspending proppants for hydraulic fracturing

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20040244978A1 (en) * 2003-06-04 2004-12-09 Sun Drilling Products Corporation Lost circulation material blend offering high fluid loss with minimum solids
US7135231B1 (en) * 2003-07-01 2006-11-14 Fairmont Minerals, Ltd. Process for incremental coating of proppants for hydraulic fracturing and proppants produced therefrom
US20050194141A1 (en) * 2004-03-04 2005-09-08 Fairmount Minerals, Ltd. Soluble fibers for use in resin coated proppant
US20080108524A1 (en) * 2006-11-08 2008-05-08 Willberg Dean M Delayed Water-Swelling Materials and Methods of Use
US20100249273A1 (en) * 2009-03-31 2010-09-30 Scales Charles W Polymeric articles comprising oxygen permeability enhancing particles
US20110120719A1 (en) * 2009-10-20 2011-05-26 David Soane Proppants for hydraulic fracturing technologies
WO2011146186A2 (en) * 2010-05-17 2011-11-24 Georgia-Pacific Chemicals Llc Proppants for use in hydraulic fracturing of subterranean formations

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2776019C1 (en) * 2021-05-24 2022-07-12 ПВТ Эволюшн Лимитед Proppant with a self-suspending coating, method for production thereof, and method for application thereof
RU2802733C1 (en) * 2022-10-18 2023-08-31 Николай Николаевич Ефимов Method for chemically fixing proppant in hydraulic fracturing of gas wells

Also Published As

Publication number Publication date
AU2017200137A1 (en) 2017-02-02
AU2013249741A1 (en) 2014-11-06
MX2014012610A (en) 2015-04-08
CN104364343A (en) 2015-02-18
HK1203212A1 (en) 2015-10-23
WO2013158306A1 (en) 2013-10-24
EP2838972A1 (en) 2015-02-25
CN104379697A (en) 2015-02-25
EP2838973A4 (en) 2016-03-02
AU2013249743B2 (en) 2016-12-22
EP2838972A4 (en) 2015-12-23
BR112014026041A2 (en) 2017-06-27
MX2014012609A (en) 2015-01-19
CA2870730A1 (en) 2013-10-24
BR112014026038A2 (en) 2017-06-27
EP2838973A1 (en) 2015-02-25
CA2870726A1 (en) 2013-10-24
RU2014145131A (en) 2016-06-10
WO2013158308A1 (en) 2013-10-24
AU2013249743A1 (en) 2014-11-06
HK1203213A1 (en) 2015-10-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2621239C2 (en) Self-suspending proppants for hydraulic fracturing
US10472943B2 (en) Self-suspending proppants for hydraulic fracturing
US9644139B2 (en) Self-suspending proppants for hydraulic fracturing
RU2602250C2 (en) Self-suspending proppants for hydraulic fracturing
US9868896B2 (en) Self-suspending proppants for hydraulic fracturing
US20140014348A1 (en) Self-suspending proppants for hydraulic fracturing
WO2013192634A2 (en) Self-suspending proppants for hydraulic fracturing
CA2763357C (en) Tackifying agent pre-coated particulates
WO2016160902A1 (en) Methods of using superabsorbent polymers for fracturing and sand control applications
RU2509879C2 (en) Delayed fracture of structure of fluid media for well treatment
TW201827560A (en) Self-suspending proppants for hydraulic fracturing

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20190316