ГИДРОФОБНЫЙ ПРОППАНТ И СПОСОБ ЕГО ПОЛУЧЕНИЯ Российский патент 2015 года по МПК C09K8/80 C04B41/83 

Область техники

Настоящее изобретение относится к проппантам для нефтяных и газовых скважин в области разработки нефтяных и газовых месторождений, в частности к гидрофобному проппанту и способу его получения.

Предшествующий уровень техники

Технология гидравлического разрыва пластов является основным средством для увеличения эффективности отдачи нефтяных и газовых скважин с низкой и сверхнизкой проницаемостью, а проппант представляет собой твердые частицы, используемые при гидроразрыве пластов для усиления разрывов, чтобы предотвратить смыкание трещин разрывов. В процессе гидроразрыва, проппант служит в качестве средства сохранения проницаемости трещин разрывов, обеспечивая проходы для извлечения нефти и газа, из-за чего проппант является крайне важным средством для увеличения добычи нефти и газа. В настоящее время проппанты, которые широко используются в стране и за рубежом, главным образом содержат природный кварцевый песок, агломерированный керамзит и проппанты с полимерным покрытием.

Кварцевый песок является природным кремнистым песком и, главным образом, применяется в операции гидроразрыва неглубоких скважин с низким давлением смыкания трещин, форма частиц кварцевого песка близка к сферической, поэтому кварцевый песок имеет определенную текучесть, относительно низкую прочность и низкую стойкость к разрушению. Агломерированный керамзит главным образом получают путем высокотемпературного (при 1380-1420°C) обжига глинозема, кремнезема и других руд и используют главным образом для гидроразрыва скважин средней глубины, однако керамзит имеет такие недостатки, как энергозатратность при его производстве, ограниченные ресурсы, высокая стоимость, большая плотность и т.д. Эти два проппанта создают большое количество обломков и песчаной пыли в процессе использования из-за воздействия ударной нагрузки и давления смыкания трещины, при этом обломки и песчаная пыль закупоривают трещины разрыва, снижая пропускную способность разрывов. Поэтому эти два проппанта не могут соответствовать повышенным техническим требованиям процесса гидроразрыва.

Проппант с полимерным покрытием получают главным образом за счет покрытия поверхности частиц кварцевого песка, керамзита или ореховой скорлупы эпоксидной смолой, фенольной смолой, фурановой смолой или их смесью, служащей в качестве связующего вещества. Проппанты с полимерным покрытием с различными функциями могут быть получены с использованием модифицированного связующего вещества. Избирательный нефтепроницаемый и водостойкий проппант получают добавлением гидрофобной группы с низкоэнергетической поверхностью в молекулярную цепь смолы химическим способом, что позволяет получить полимерную пленку с улучшенной гидрофобностью, а также с улучшенной водостойкостью, тем самым получая функциональный проппант с нефтепроницаемыми и водостойкими свойствами.

В CN101531893A раскрывается проппант с предварительно отвержденным полимерным покрытием, который получен добавлением кремнийорганического аппрета с активной группой и гидрофобной группой в смолу для реакции с ней во время процесса покрытия с последующим охлаждением смолы. Во время этого процесса молекулы кремнийорганического аппрета присоединяются к сетчатой структуре с поперечными связями пленки из смолы, при этом гидрофобная группа кремнийорганического аппрета, которая относится к веществам с низкоэнергетической поверхностью, располагается на поверхности пленки из смолы, при этом угол смачивания θ, образуемый когда жидкая фаза контактирует с твердой фазой на ее поверхности, становится равным более 90º, т.е. формируется водоотталкивающая структура, поэтому поверхность этого проппанта с полимерным покрытием обладает гидрофобными и олеофильными свойствами, что повышает эффективность отделения нефти и газа от воды и снижает стоимость нефте- и газодобычи; а также соответственно этот проппант имеет повышенную водостойкость благодаря высокой гидрофобности полимерной пленки, стойкость к разрушению этого проппанта является достаточно высокой, а также улучшена эффективность пропускания нефти и газа.

Однако этот проппант, известный из предшествующего уровня техники, имеет ряд недостатков. Хотя материалы с низкоэнергетической поверхностью типа кремнийорганических соединений добавляют в смолу для ее модификации с целью улучшения водостойкости гидрофобного проппанта, все же внешняя поверхность полимерной пленки является гладкой, а когда материалы с низкоэнергетической поверхностью используются для модификации поверхности гладкого твердого тела, то можно достичь максимального угла контакта с водой только до 120º, а когда гидрофобный проппант используется в процессе гидроразрыва нефтяного пласта скважины средней глубины или нефтяного пласта с высоким давлением смыкания, угол контакта между жидкой фазой и твердой фазой на внешней поверхности проппанта желательно иметь более 120º, т.е. относительно невысокая величина угла контакта значительно снижает водостойкость проппанта, поэтому рабочие характеристики применения известного проппанта являются ограниченными. Соответственно для улучшения водостойкости проппанта с нефтепроницаемыми и водостойкими свойствами и расширения области его рабочих характеристик использования в процессе гидроразрыва структура материала покрытия должна быть улучшена.

Раскрытие изобретения

Настоящее изобретение направлено на решение технических проблем, связанных с тем, что водостойкость проппанта в предшествующем уровне техники является низкой, а эксплуатационные условия его использования ограничены из-за гладкой структуры внешней поверхности полимерной пленки проппанта, покрытого смолой покрытия, поэтому обеспечивается гидрофобный проппант с проработанной микронаноструктурой на поверхности гидрофобной смолы.

Для достижения вышеуказанной цели по настоящему изобретению предлагается гидрофобный проппант, включающий агрегированные частицы и смолу покрытия, отвержденную на поверхности агрегированных частиц, при этом смола покрытия содержит гидрофобную смолу и наночастицы, которые равномерно распределены в гидрофобной смоле, наночастицы составляют 5-60% мас. смолы покрытия, а массовое соотношение агрегированных частиц к смоле покрытия составляет 60-95:3-30.

Наночастицы могут быть выбраны из группы: нанодиоксид кремния, нанооксид алюминия, нанооксид цинка, нанокарбонат кальция и их смеси.

Лучше, когда наночастицы имеют размер 50-150 нм.

Проппант может дополнительно содержать кремнийорганический аппрет при его массовом отношении к смоле покрытия 0,1-1:100.

Гидрофобная смола может быть получена модификацией смолы кремнийорганическим соединением или фторсодержащим соединением, при этом боковая цепь кремнийорганического соединения или фторсодержащего соединения должна являться гидрофобной группой.

Кремнийорганическое соединение может быть выбрано из группы: трикарбоновый полидифенилсилоксан, α,ω-дигидрокси полидиметилсилоксан, триамино полидиметилсилоксан, полисилоксан триол, трикарбоновый полидиметилсилоксан, трикарбоновый силилокси-метилсилсесквиоксан и их смеси; а фторсодержащее соединение может быть выбрано из группы: тетрафторэтилен, винилиденфторид, хлортрифторэтилен, фторкарбоксильная кислота и их смеси.

Гидрофобная группа боковой цепи может иметь следующую структурную формулу:

,

где R1 и R2 выбирают из группы, включающей амино, гидрокси, карбокси и алкокси; R3 и R4 выбирают из группы, включающей алкил и арил; и n - целое число из интервала 4-200.

Кремнийорганический аппрет может быть выбран из группы: γ-аминопропилтриэтоксисилан, γ-(2,3-глицидокси) пропил триметоксисилан, γ-(матакрилоилокси) пропил триметоксисилан, N-β-(аминоэтил)-γ-аминопропил триметоксисилан, винил трис(β-метоксиэтокси) силан и их смеси.

По настоящему изобретению также предлагается способ получения гидрофобного проппанта по любому из пп.1-8, характеризующийся тем, что включает следующие этапы:

(1) нагрев гидрофобной смолы до расплавленного состояния, добавление наночастиц, перемешивание и охлаждение до комнатной температуры с получением смолы покрытия, содержащей наночастицы, которые равномерно распределены в гидрофобной смоле;

(2) нагрев агрегированных частиц, добавление смолы покрытия, полученной на этапе (1), и кремнийорганического аппрета и перемешивание в течение 10-60 сек для равномерного покрытия смолой покрытия поверхности агрегированных частиц; и

(3) отверждение смолы покрытия.

На этапе (3) смола покрытия может быт отверждена с помощью отвердителя.

Отвердитель может быть выбран из группы: параформальдегид, гексаметилентетрамин, алифатический амин, третичный амин и его соли, ароматический амин и его модифицированные продукты, имидазол, макромолекулярный преполимер, ацилпероксид, пероксиэфир и их смеси, при этом массовое отношение отвердителя к смоле покрытия составляет 1-20:100.

Способ может дополнительно включать следующую операцию после этапа (3):

(4) добавление лубриканта, равномерное перемешивание и просеивание.

Лубрикант может быть выбран из группы: низкомолекулярный полиэтилен, стеариновый амид, стеарат кальция и их смеси, при этом массовое отношение лубриканта к смоле покрытия составляет 0,5-3:100.

На этапе (1) перемешивание может осуществляться в течение 30 мин при 8000 об/мин.

На этапе (2) нагрев агрегированных частиц может осуществляться до температуры 200-220ºC.

Гидрофобный проппант по настоящему изобретению имеет следующие преимущества.

За счет структурирования шероховатой поверхности с помощью наноструктуры, а именно микронаноструктурой на поверхности существующей гидрофобной смолы, действительная поверхность контакта твердой фазы и жидкой фазы становится больше площади, наблюдаемой снаружи и измеряемой геометрически. Когда поверхность гидрофобного проппанта, приготовленного в соответствии с этим изобретением, контактирует с водой, часть воздуха остается между водой и поверхностью проппанта, именно поэтому большая часть капель воды контактирует с воздухом, а площадь непосредственного контакта воды с проппантом значительно уменьшается. Капли воды имеют форму, близкую к сферической на шероховатой поверхности, благодаря силе поверхностного натяжения воды, и угол смачивания θ увеличивается так, что капли воды могут свободно скатываться с поверхности, за счет чего гидрофобность слоя полимерного покрытия значительно улучшается, и значительно улучшается водостойкость проппанта с покрытием. Угол смачивания, обозначаемый как θ, между гидрофобным проппантом по настоящему изобретению находится в пределах 120°≤θ≤180°, что показывает значительное улучшение гидрофобности, а также позволяет расширить эксплуатационные условия использования проппанта.

Подробное описание вариантов осуществления изобретения

Эпоксидная смола, фурановая смола и фенольная смола, использованные в вариантах осуществления 1-6, являются коммерчески доступными продуктами.

Пример 1

Исходные материалы для приготовления гидрофобного проппанта:

смола покрытия - 10 кг;

кварцевый песок в качестве агрегированных частиц - 200 кг;

параформальдегид в качестве отвердителя - 0,1 кг;

γ-аминопропилтриэтоксисилан в качестве кремнийорганического аппрета - 0,1 кг;

низкомолекулярный полиэтилен в качестве лубриканта - 0,05 кг.

Здесь, смола покрытия содержит гидрофобную смолу и наночастицы, при этом наночастицы составляют 50% мас. смолы покрытия, и гидрофобная смола составляет 50% мас. смолы покрытия;

в качестве наночастиц использован нанодиоксид кремния с размером частиц 50-150 нм; и

гидрофобная смола получена модификацией эпоксидной смолы трикарбоновым полидифенилсилоксаном и использована методика модификации, описанная в варианте осуществления 1 патента CN101531893A.

Способ приготовления гидрофобного проппанта включает:

(1) нагрев гидрофобной смолы до расплавленного состояния, добавление наночастиц, перемешивание в течение 30 мин при 8000 об/мин и охлаждение до комнатной температуры с получением смолы покрытия, содержащей наночастицы, которые равномерно распределены в гидрофобной смоле;

(2) нагрев агрегированных частиц до 200-220ºC, добавление смолы покрытия, полученной на этапе (1), и кремнийорганического аппрета и перемешивание в течение 10-60 сек для равномерного распределения смолы покрытия на поверхности агрегированных частиц;

(3) добавление отвердителя в приготовленную смесь, равномерное смешивание и отверждение смолы покрытия в течение 15-120 сек; и

(4) добавление лубриканта в отвержденную смесь, равномерное перемешивание, охлаждение и просеивание для получения проппанта.

Пример 2

Исходные материалы для приготовления гидрофобного проппанта:

смола покрытия - 30 кг;

керамзит в качестве агрегированных частиц - 950 кг;

гексаметилентетрамин в качестве отвердителя - 1,5 кг;

γ-(2,3-глицидокси) пропил триметоксисилан в качестве кремнийорганического аппрета - 0,03 кг;

окисленный низкомолекулярный полиэтилен в качестве лубриканта - 0,9 кг.

Здесь, смола покрытия содержит гидрофобную смолу и наночастицы, при этом наночастицы составляют 60% мас. смолы покрытия, а гидрофобная смола составляет 40% мас. смолы покрытия;

в качестве наночастиц использован нанодиоксид алюминия с размером частиц 50-150 нм; и

гидрофобная смола получена модификацией эпоксидной смолы α,ω-дигидрокси полидиметилсилоксаном, и использована методика модификации, описанная в варианте осуществления 1 патента CN101531893A.

Способ приготовления гидрофобного проппанта включает:

(1) нагрев гидрофобной смолы до расплавленного состояния, добавление наночастиц, перемешивание в течение 30 мин при 8000 об/мин и охлаждение до комнатной температуры с получением смолы покрытия, содержащей наночастицы, которые равномерно распределены в гидрофобной смоле;

(2) нагрев агрегированных частиц до 200-220ºC, добавление смолы покрытия, полученной на этапе (1), и кремнийорганического аппрета и перемешивание в течение 10-60 сек для равномерного распределения смолы покрытия на поверхности агрегированных частиц;

(3) добавление отвердителя в приготовленную смесь, равномерное смешивание и отверждение смолы покрытия в течение 15-120 сек; и

(4) добавление лубриканта в отвержденную смесь, равномерное перемешивание, охлаждение и просеивание для получения проппанта.

Пример 3

Исходные материалы для приготовления гидрофобного проппанта:

смола покрытия - 20 кг;

ореховая скорлупа в качестве агрегированных частиц - 40 кг;

алифатический амин в качестве отвердителя - 1,5 кг;

γ-(метакрилоилокси) пропилтриэтоксисилан в качестве кремнийорганического аппрета - 0,06 кг;

стеариновый амид в качестве лубриканта - 0,5 кг.

Здесь, смола покрытия содержит гидрофобную смолу и наночастицы, при этом наночастицы составляют 20% мас. смолы покрытия, а гидрофобная смола составляет 80% мас. смолы покрытия;

в качестве наночастиц использован нанодиоксид цинка с размером частиц 50-150 нм; и

гидрофобная смола получена модификацией фурановой смолы триамино полидиметилсилоксаном, и использована методика модификации, описанная в варианте осуществления 1 патента CN101531893A.

Способ приготовления гидрофобного проппанта включает:

(1) нагрев гидрофобной смолы до расплавленного состояния, добавление наночастиц, перемешивание в течение 30 мин при 8000 об/мин и охлаждение до комнатной температуры с получением смолы покрытия, содержащей наночастицы, которые равномерно распределены в гидрофобной смоле;

(2) нагрев агрегированных частиц до 200-220ºC, добавление смолы покрытия, полученной на этапе (1), и кремнийорганического аппрета и перемешивание в течение 10-60 сек для равномерного распределения смолы покрытия на поверхности агрегированных частиц;

(3) добавление отвердителя в приготовленную смесь, равномерное смешивание и отверждение смолы покрытия в течение 15-120 сек; и

(4) добавление лубриканта в отвержденную смесь, равномерное перемешивание, охлаждение и просеивание для получения проппанта.

Пример 4

Исходные материалы для приготовления гидрофобного проппанта:

смола покрытия - 30 кг;

стеклянная дробь в качестве агрегированных частиц - 95 кг;

алифатический третичный амин в качестве отвердителя - 1,5 кг;

N-β-(аминоэтил)-γ-аминопропил триметоксисилан в качестве кремнийорганического аппрета - 0,15 кг;

стеарат кальция в качестве лубриканта - 0,3 кг.

Здесь, смола покрытия содержит гидрофобную смолу и наночастицы, при этом наночастицы составляют 5% мас. смолы покрытия, а гидрофобная смола составляет 95% мас. смолы покрытия;

в качестве наночастиц использован нанокарбонат кальция с размером частиц 50-150 нм; и

гидрофобная смола получена модификацией фурановой смолы полисилоксан триолом, и использована методика модификации, описанная в варианте осуществления 1 патента CN101531893A.

Способ приготовления гидрофобного проппанта включает:

(1) нагрев гидрофобной смолы до расплавленного состояния, добавление наночастиц, перемешивание в течение 30 мин при 8000 об/мин и охлаждение до комнатной температуры с получением смолы покрытия, содержащей наночастицы, которые равномерно распределены в гидрофобной смоле;

(2) нагрев агрегированных частиц до 200-220ºC, добавление смолы покрытия, полученной на этапе (1), и кремнийорганического аппрета и перемешивание в течение 10-60 сек для равномерного распределения смолы покрытия на поверхности агрегированных частиц;

(3) добавление отвердителя в приготовленную смесь, равномерное смешивание и отверждение смолы покрытия в течение 15-120 сек; и

(4) добавление лубриканта в отвержденную смесь, равномерное перемешивание, охлаждение и просеивание для получения проппанта.

Пример 5

Исходные материалы для приготовления гидрофобного проппанта:

смола покрытия - 10 кг;

кварцевый песок в качестве агрегированных частиц - 75 кг;

имидазол в качестве отвердителя - 1,5 кг;

винил трис(β-метоксиэтокси) силан в качестве кремнийорганического аппрета - 0,08 кг;

низкомолекулярный полиэтилен в качестве лубриканта - 0,2 кг.

Здесь, смола покрытия содержит гидрофобную смолу и наночастицы, при этом наночастицы составляют 30% мас. смолы покрытия, а гидрофобная смола составляет 70% мас. смолы покрытия;

в качестве наночастиц использована смесь нанодиоксида кремния и нанооксида алюминия с размером частиц 50-150 нм; и

гидрофобная смола получена модификацией фенольной смолы трикарбоновым полидиметилсилоксаном, и использована методика модификации, описанная в варианте осуществления 1 патента CN101531893A.

Способ приготовления гидрофобного проппанта включает:

(1) нагрев гидрофобной смолы до расплавленного состояния, добавление наночастиц, перемешивание в течение 30 мин при 8000 об/мин и охлаждение до комнатной температуры с получением смолы покрытия, содержащей наночастицы, которые равномерно распределены в гидрофобной смоле;

(2) нагрев агрегированных частиц до 200-220ºC, добавление смолы покрытия, полученной на этапе (1), и кремнийорганического аппрета и перемешивание в течение 10-60 сек для равномерного распределения смолы покрытия на поверхности агрегированных частиц;

(3) добавление отвердителя в приготовленную смесь, равномерное смешивание и отверждение смолы покрытия в течение 15-120 сек; и

(4) добавление лубриканта в отвержденную смесь, равномерное перемешивание, охлаждение и просеивание для получения проппанта.

Пример 6

Исходные материалы для приготовления гидрофобного проппанта:

смола покрытия - 20 кг;

агрегированные частицы - 85 кг;

отвердитель - 2,4 кг;

кремнийорганический аппрет - 0,12 кг;

лубрикант - 0,3 кг.

Здесь, смола покрытия содержит гидрофобную смолу и наночастицы, при этом наночастицы составляют 40% мас. смолы покрытия, а гидрофобная смола составляет 60% мас. смолы покрытия;

наночастицы выбираются из группы: нанодиоксид кремния, нанооксид алюминия, нанооксид цинка, нанокарбонат кальция и их смеси, при этом размер частиц составляет 50-150 нм; и

гидрофобная смола получена модификацией фенольной смолы кремнийорганическим аппретом, и использована методика модификации, описанная в варианте осуществления 1 патента CN101531893A.

Отвердитель выбирается из группы: параформальдегид, гексаметилентетрамин, алифатический амин, третичный амин и его соли, ароматический амин и его модифицированные продукты, имидазол, макромолекулярный преполимер, ацилпероксид, пероксиэфир и их смеси.

Кремнийорганический аппрет выбирается из группы: γ-аминопропилтриэтоксисилан, γ-(2,3-глицидокси) пропил триметоксисилан, γ-(матакрилоилокси) пропил триметоксисилан, N-β-(аминоэтил)-γ-аминопропил триметоксисилан, винил трис(β-метоксиэтокси) силан и их смеси.

Лубрикант выбирается из группы: низкомолекулярный полиэтилен, стеариновый амид, стеарат кальция и их смеси.

Агрегированными частицами является керамзит.

Способ приготовления гидрофобного проппанта включает:

(1) нагрев гидрофобной смолы до расплавленного состояния, добавление наночастиц, перемешивание в течение 30 мин при 8000 об/мин и охлаждение до комнатной температуры с получением смолы покрытия, содержащей наночастицы, которые равномерно распределены в гидрофобной смоле;

(2) нагрев агрегированных частиц до 200-220ºC, добавление смолы покрытия, полученной на этапе (1), и кремнийорганического аппрета и перемешивание в течение 10-60 сек для равномерного распределения смолы покрытия на поверхности агрегированных частиц;

(3) добавление отвердителя в приготовленную смесь, равномерное смешивание и отверждение смолы покрытия в течение 15-120 сек; и

(4) добавление лубриканта в отвержденную смесь, равномерное перемешивание, охлаждение и просеивание для получения проппанта.

Сравнительный пример 1

Исходные материалы для приготовления гидрофобного проппанта:

смола покрытия - 10 кг;

кварцевый песок в качестве агрегированных частиц - 200 кг;

параформальдегид в качестве отвердителя - 0,1 кг;

γ-аминопропилтриэтоксисилан в качестве кремнийорганического аппрета - 0,1 кг;

низкомолекулярный полиэтилен в качестве лубриканта - 0,05 кг.

Здесь, смолой покрытия является гидрофобная смола, которая получена модификацией эпоксидной смолы трикарбоновым полидифенилсилоксаном по методике модификации, описанной в варианте осуществления 1 патента CN101531893A.

Способ приготовления гидрофобного проппанта включает:

(1) приготовление требуемой гидрофобной смолы;

(2) нагрев агрегированных частиц до 200-220ºC, добавление гидрофобной смолы, полученной на этапе (1), и кремнийорганического аппрета и перемешивание в течение 10-60 сек для равномерного распределения гидрофобной смолы на поверхности агрегированных частиц;

(3) добавление отвердителя в приготовленную смесь, равномерное смешивание и отверждение в течение 15-120 сек; и

(4) добавление лубриканта в отвержденную смесь, равномерное перемешивание, охлаждение и просеивание для получения проппанта.

Сравнительный пример 2

Исходные материалы для приготовления гидрофобного проппанта:

смола покрытия - 30 кг;

стеклянная дробь в качестве агрегированных частиц - 95 кг;

алифатический третичный амин в качестве отвердителя - 1,5 кг;

N-β-(аминоэтил)-γ-аминопропил триметоксисилан в качестве кремнийорганического аппрета - 0,15 кг;

стеарат кальция в качестве лубриканта - 0,3 кг.

Здесь, смола покрытия содержит гидрофобную смолу и наночастицы, при этом наночастицы составляют 1% мас. смолы покрытия, а гидрофобная смола составляет 99% мас. смолы покрытия;

в качестве наночастиц использован нанокарбонат кальция с размером частиц 50-150 нм; и

гидрофобная смола получена модификацией фурановой смолы α,ω-дигидрокси полидиметилсилоксаном, и использована методика модификации, описанная в варианте осуществления 1 патента CN101531893A.

Способ приготовления гидрофобного проппанта включает:

(1) нагрев гидрофобной смолы до расплавленного состояния, добавление наночастиц, перемешивание в течение 30 мин при 8000 об/мин и охлаждение до комнатной температуры с получением смолы покрытия, содержащей наночастицы, которые равномерно распределены в гидрофобной смоле;

(2) нагрев агрегированных частиц до 200-220ºC, добавление смолы покрытия, полученной на этапе (1), и кремнийорганического аппрета и перемешивание в течение 10-60 сек для равномерного распределения смолы покрытия на поверхности агрегированных частиц;

(3) добавление отвердителя в приготовленную смесь, равномерное смешивание и отверждение смолы покрытия в течение 15-120 сек; и

(4) добавление лубриканта в отвержденную смесь, равномерное перемешивание, охлаждение и просеивание для получения проппанта.

Сравнительный пример 3

Исходные материалы для приготовления гидрофобного проппанта:

смола покрытия - 30 кг;

керамзит в качестве агрегированных частиц - 950 кг;

гексаметилентетрамин в качестве отвердителя - 1,5 кг;

γ-(2,3-глицидокси) пропил триметоксисилан в качестве кремнийорганического аппрета - 0,03 кг;

окисленный низкомолекулярный полиэтилен в качестве лубриканта - 0,9 кг.

Здесь, смола покрытия содержит гидрофобную смолу и наночастицы, при этом наночастицы составляют 70% мас. смолы покрытия, а гидрофобная смола составляет 30% мас. смолы покрытия;

в качестве наночастиц использован нанодиоксид алюминия с размером частиц 50-150 нм; и

гидрофобная смола получена модификацией эпоксидной смолы полисилоксан триолом, и использована методика модификации, описанная в варианте осуществления 1 патента CN101531893A.

Способ приготовления гидрофобного проппанта включает:

(1) нагрев гидрофобной смолы до расплавленного состояния, добавление наночастиц, перемешивание в течение 30 мин при 8000 об/мин и охлаждение до комнатной температуры с получением смолы покрытия, содержащей наночастицы, которые равномерно распределены в гидрофобной смоле;

(2) нагрев агрегированных частиц до 200-220ºC, добавление смолы покрытия, полученной на этапе (1), и кремнийорганического аппрета и перемешивание в течение 10-60 сек для равномерного распределения смолы покрытия на поверхности агрегированных частиц;

(3) добавление отвердителя в приготовленную смесь, равномерное смешивание и отверждение смолы покрытия в течение 15-120 сек; и

(4) добавление лубриканта в отвержденную смесь, равномерное перемешивание, охлаждение и просеивание для получения проппанта.

В качестве прибора для измерения угла смачивания использовался оптический спектральный анализатор OCA 15 EC, при этом измерялся угол смачивания поверхности гидрофобных проппантов для образцов по каждому из примеров и сравнительных примеров, а результаты измерений приведены в таблице ниже.

Таблица 1. Сравнение углов смачивания гидрофобных проппантов с различным содержанием наночастиц

№ п/п Массовое содержание наночастиц (%) Угол смачивания θ (°) Пример 1 50 140,2 Пример 2 60 136,4 Пример 3 20 132,1 Пример 4 5 121,4 Пример 5 30 141,5 Пример 6 40 154,7 Сравнительный пример 1 0 109,3 Сравнительный пример 2 1 108,7 Сравнительный пример 3 70 113,2

При сравнении можно увидеть, что при содержании 5-60% мас. наночастиц в смоле покрытия приготовленный проппант имеет угол смачивания θ в пределах 120°≤θ≤180°, т.е. демонстрирует более высокую гидрофобность.

В дополнение к вышеприведенным примерам в качестве кремнийорганического аппрета может также использоваться трикарбоновый силилокси-метилсилсесквиоксан или могут использоваться фторсодержащее соединение, выбираемое из группы: тетрафторэтилен, винилиденфторид, хлортрифторэтилен, фторкарбоксильная кислота и их смеси.

Очевидно, что вышеприведенные примеры использованы только для целей ясного понимания изобретения и не предназначены для его ограничения. Специалисту в этой области техники должно быть понятно, что изменения или модификации могут быть произведены на базе вышеприведенного описания, поэтому нет необходимости приводить все возможные варианты осуществления. Однако, все очевидные изменения или модификации, вытекающие из изобретения, считаются попадающими в область правовой охраны настоящего изобретения.

Изобретение раскрывает гидрофобный проппант и способ его получения. Гидрофобный проппант, характеризующийся тем, что включает агрегированные частицы и смолу покрытия, отвержденную на поверхности агрегированных частиц, смола покрытия содержит гидрофобную смолу и наночастицы, которые равномерно распределены в гидрофобной смоле, наночастицы составляют 5-60% относительно массы смолы покрытия, а отношение агрегированных частиц к смоле покрытия по массе составляет 60-95:3-30 и проппант имеет угол смачивания θ в диапазоне 120°≤θ≤180°. Способ получения гидрофобного проппанта включает этапы: (1) нагрев гидрофобной смолы до расплавленного состояния, добавление наночастиц, перемешивание в течение 30 мин при 8000 об/мин и охлаждение до комнатной температуры с получением смолы покрытия, содержащей наночастицы, которые равномерно распределены в гидрофобной смоле; (2) нагрев агрегированных частиц, добавление смолы покрытия, полученной на этапе (1), и кремнийорганического аппрета и перемешивание в течение 10-60 сек для равномерного покрытия смолой покрытия поверхности агрегированных частиц; и (3) отверждение смолы покрытия. Изобретение развито в зависимых пунктах формулы. Технический результат - улучшение гидрофобности проппанта, расширение эксплуатационных условий его использования. 2 н. и 7 з.п. ф-лы, 9 пр., 1 табл.

1. Гидрофобный проппант, характеризующийся тем, что включает агрегированные частицы и смолу покрытия, отвержденную на поверхности агрегированных частиц, при этом:
смола покрытия содержит гидрофобную смолу и наночастицы, которые равномерно распределены в гидрофобной смоле;
причем наночастицы составляют 5-60% относительно массы смолы покрытия, а отношение агрегированных частиц к смоле покрытия по массе составляет 60-95:3-30, и проппант имеет угол смачивания θ в диапазоне 120°≤θ≤180°.

2. Гидрофобный проппант по п. 1, отличающийся тем, что наночастицы выбраны из группы, состоящей из нанодиоксида кремния, нанооксида алюминия, нанооксида цинка, нанокарбоната кальция и их смесей.

3. Гидрофобный проппант по п. 1, отличающийся тем, что наночастицы имеют размер от 50 нм до 150 нм.

4. Гидрофобный проппант по п. 1, отличающийся тем, что дополнительно содержит кремнийорганический аппрет, и при этом отношение кремнийорганического аппрета к смоле покрытия по массе составляет 0,1-1:100.

5. Гидрофобный проппант по п. 1, отличающийся тем, что гидрофобная смола получена модификацией смолы кремнийорганическим соединением или фторсодержащим соединением, и при этом боковая цепь кремнийорганического соединения и фторсодержащего соединения является гидрофобной группой.

6. Гидрофобный проппант по любому из пп. 1-5, отличающийся тем, что: кремнийорганическое соединение выбрано из группы, состоящей из трикарбонового полидифенилсилоксана, α,ω-дигидроксиполидиметилсилоксана, триаминополидиметил-силоксана, полисилоксантриола, трикарбонового полидиметилсилоксана, трикарбонового силилокси-метилсилсесквиоксана и их смесей;
и фторсодержащее соединение выбрано из группы, состоящей из тетрафторэтилена, винилиденфторида, хлортрифторэтилена, фторкарбоновой кислоты и их смесей.

7. Гидрофобный проппант по п. 6, отличающийся тем, что гидрофобная группа боковой цепи имеет следующую структурную формулу:

где R₁ и R₂ выбраны из группы, состоящей из амино, гидрокси, карбокси и алкокси; R₃ и R₄ выбраны из группы, состоящей из алкила и арила; и n представляет собой целое число от 4 до 200.

8. Гидрофобный проппант по п. 4, отличающийся тем, что кремнийорганический аппрет выбран из группы, состоящей из γ-аминопропилтриэтоксисилана, γ-(2,3-глицидокси)пропилтриметоксисилана, γ-(метакрилоилокси)пропилтриметоксисилана, N-β-(аминоэтил)-γ-аминопропилтриметоксисилана, винил-трис(β-метоксиэтокси)силана и их смесей.

9. Способ получения гидрофобного проппанта по любому из пп. 1-8, характеризующийся тем, что включает следующие этапы:
(1) нагрев гидрофобной смолы до расплавленного состояния, добавление наночастиц, перемешивание в течение 30 мин при 8000 об/мин и охлаждение до комнатной температуры с получением смолы покрытия, содержащей наночастицы, которые равномерно распределены в гидрофобной смоле;
(2) нагрев агрегированных частиц, добавление смолы покрытия, полученной на этапе (1), и кремнийорганического аппрета и перемешивание в течение 10-60 сек для равномерного покрытия смолой покрытия поверхности агрегированных частиц; и
(3) отверждение смолы покрытия.