Введение
Гидравлический разрыв пласта создает проводящие пути в низкопроницаемых коллекторах за счет закачки жидкости под давлением для инициирования и распространения трещин. После образования трещины в нее помещаются проппанты (обычно песок для гидроразрыва или керамические частицы), чтобы держать ее открытой и позволить углеводородам течь к стволу скважины. Характеристики набивки проппанта зависят от прочности частиц, распределения по размерам, устойчивости к раздавливанию и способности оставаться на месте во время очистки и добычи.
Фенольные смолывходят в число химических составов смол, используемых в системах проппантов с покрытием (Hajool et al., 2025). В этой заявке смола является не отдельным проппантом, а компонентом проппанта, покрытого смолой (RCP). В этой статье рассматриваются функции покрытий из фенольной смолы, переменные, влияющие на характеристики готового проппанта, а также важные соображения по выбору и квалификации.
Что такое проппант, покрытый фенольной смолой?
Проппант, покрытый смолой, сочетает в себе дисперсный субстрат, такой как песок для гидроразрыва или керамика, с полимерным покрытием. Подложка обеспечивает механическую основу, в то время как покрытие модифицирует поверхность частиц и, в некоторых составах, обеспечивает связь между частицами.
Сами по себе свойства сырой фенольной смолы не определяют характеристики готового RCP. Необходимо учитывать характеристики подложки, рецептуру покрытия, процесс нанесения покрытия, степень отверждения и предполагаемые условия в скважине.
Предварительно отвержденные и отверждаемые конструкции покрытий
Системы покрытий из фенольных смол обычно можно разделить на предварительно отвержденные и отверждаемые конструкции.
Предварительно отвержденные покрытия по существу отверждаются во время производства. Они не рассчитаны на тот же скважинный механизм связывания частиц, что и отверждаемые покрытия. Их предполагаемые функции зависят от конструкции покрытия и требований к готовому проппанту.
Отверждаемые покрытия остаются частично реактивными и предназначены для отверждения при заданных условиях скважинной температуры и напряжения, образуя связи между соседними частицами. В патентной литературе описаны конкретные отверждаемые фенольные системы, предназначенные для консолидации проппанта в проницаемую матрицу в подходящих скважинных условиях (Джонсон и др., 1993).
Выбор между предварительно отвержденными и отверждаемыми системами зависит от предполагаемой функции, температуры резервуара, напряжения смыкания, подложки, конструкции покрытия и стратегии завершения работ. Ни одна из категорий не должна считаться универсальной для всех скважин и составов.
Потенциальные функции покрытий из фенольных смол
Консолидация частиц и контроль обратного потока
Системы отверждаемых покрытий могут быть спроектированы так, чтобы при определенных условиях формировать консолидированную проницаемую упаковку проппанта. Соединение частиц между частицами может уменьшить склонность проппанта к вытеканию из трещины во время очистки или добычи. Степень консолидации зависит от состава в целом, профиля отверждения, температуры, напряжения, времени выдержки и контакта между частицами с покрытием.
В патенте США № 5218038 описана специальная система отверждаемого фенольного покрытия, предназначенная для сшивания под действием скважинного тепла и давления и консолидации проппанта с покрытием (Johnson et al., 1993). Это представляет собой особую запатентованную рецептуру и не должно интерпретироваться как доказательство того, что каждое покрытие из фенольной смолы дает одинаковый результат.
Влияние на разрушение частиц и мелкие частицы
Высокое напряжение смыкания может раздавить частицы проппанта и образовать мелкие частицы. Эти частицы могут мигрировать через упаковку проппанта и снижать проводимость.
Конструкции покрытий могут быть оценены на предмет их влияния на разрушение частиц и выброс или миграцию мелких частиц. Эти эффекты должны быть продемонстрированы на готовом проппанте, а не выведены только на основе смолы.
В патентной литературе также описаны конкретные системы покрытий из армированной волокном смолы, разработанные для улучшения сопротивления раздавливанию или контроля обратного потока в указанных условиях испытаний (Европейское патентное ведомство, 1997). Такие выводы применимы к конкретным конструкциям покрытий и условиям испытаний, описанным в патенте, и не должны распространяться на все проппанты со смоляным покрытием.
Дробление и проводимость
Дробление частиц и образующаяся в результате этого мелочь могут снизить проводимость проппантной набивки. Поэтому влияние смоляного покрытия следует измерять на готовом RCP при репрезентативных условиях напряжения, температуры и жидкости.
Сравнение проппантов с покрытием и без покрытия должно основываться на испытаниях для конкретного применения. Наличие покрытия из фенольной смолы само по себе не означает, что готовый проппант будет обеспечивать более высокую проводимость или лучшие характеристики, чем альтернатива без покрытия.
Переменные, которые контролируют производительность готового проппанта
Поведение покрытия из фенольной смолы и характеристики всего RCP зависят от нескольких взаимодействующих переменных.Нефтепромысловая фенольная смолаПри выборе следует учитывать всю конструкцию покрытия, основу, условия отверждения и предполагаемую скважинную среду.
- Химический состав смолы и конструкция покрытия. В составах фенольных покрытий могут использоваться разные смолы и химические процессы отверждения. Окончательное поведение зависит от состава и степени отверждения, а не только от того, является ли базовая смола резольной или новолачной.
- Распределение подложки и частиц по размерам. Песчаные и керамические подложки различаются по прочности, поверхностным характеристикам, плотности и реакции на покрытие и замыкающее напряжение.
- Процесс нанесения покрытия: температура нанесения покрытия, последовательность смешивания, уровень покрытия, условия отверждения и выбор добавок могут влиять на свойства готового продукта.
- Условия в скважине: Температура пласта влияет на процесс отверждения отверждаемых систем, а напряжение смыкания влияет на деформацию и дробление частиц.
- Совместимость с жидкостью. Совместимость следует оценивать с использованием фактической несущей жидкости и пакета присадок при репрезентативной температуре, времени воздействия и химических условиях.
- Хранение и обращение: Требования к стабильности при хранении и обращению со смолой и проппантом с покрытием зависят от конкретного состава и должны регулироваться в соответствии с соответствующими техническими документами и паспортом безопасности.
Вопросы тестирования и квалификации
Группы по закупкам и инженерам, оценивающие проппанты с покрытием из фенольной смолы, должны учитывать следующее:
- Сопоставьте ожидаемую забойную температуру с профилем отверждения выбранной системы отверждаемого покрытия.
- Оцените фактическую основу, распределение частиц по размерам, рецептуру покрытия и процесс нанесения покрытия.
- Проверьте соответствующие свойства готового проппанта, используя соответствующие стандартизированные или утвержденные заказчиком процедуры испытаний.
- Оцените требования по контролю обратного притока в связи с ожидаемой депрессией и условиями добычи.
- Проведите тестирование совместимости с использованием репрезентативных транспортных жидкостей и пакетов присадок.
- Оцените эффективность готового проппанта при репрезентативном напряжении смыкания, температуре и условиях воздействия.
- Используйте применимый метод измерения проводимости, согласованный с заказчиком.
ISO 13503-2:2006 предоставляет стандартные процедуры для измерения отдельных свойств проппантов, используемых при гидроразрыве пласта и операциях по набивке гравия. К ним относятся гранулометрический состав, сферичность и округлость, растворимость в кислоте, мутность и устойчивость к раздавливанию (ISO, 2006).
Стандартизированное тестирование поддерживает сравнение продуктов, но не заменяет квалификацию для конкретного приложения. Могут потребоваться дополнительные испытания для оценки характеристик отверждения, контроля обратного потока, совместимости жидкостей или проводимости в предполагаемых условиях эксплуатации заказчика.
Что следует указать покупателям смолы и производителям проппантов
При поискефенольная смола для покрытия проппантаПокупатели и производители должны определить предполагаемые требования к покрытию и обработке. Соответствующая информация может включать:
- Форма смолы и применимые характеристики поставки
- Предполагаемый процесс нанесения покрытия
- Тип субстрата и целевой диапазон размеров частиц
- Целевое заранее излеченное или излечимое поведение
- Требуемый химический состав отверждения и окно отверждения
- Требования к хранению и обращению
- План квалификации готового проппанта
Обязанности поставщика смолы, производителя проппанта, испытательной лаборатории и конечного пользователя должны оставаться четко разделенными. Поставщик смолы может предоставить информацию о поставляемой смоле и ее предполагаемых технологических характеристиках. Однако эффективность готового проппанта не может быть установлена только на основе данных о необработанной смоле.
Сопротивление раздавливанию, проводимость, поведение при отверждении, контроль обратного потока и другие свойства, связанные с применением, должны определяться путем тестирования готового RCP, изготовленного с использованием фактической подложки, состава покрытия и производственного процесса.
Ограничения
Не каждая марка фенольной смолы подходит для покрытия проппанта. Материалы для покрытия требуют свойств, соответствующих предполагаемому составу и производственному процессу.
Свойства сырой смолы не отражают напрямую характеристики готового RCP. Состав покрытия, подложка, условия обработки, степень отверждения и скважинная среда – все это влияет на конечный результат.
Проппанты с полимерным покрытием также не заменяют специализированные добавки к жидкости гидроразрыва, такие как понизители трения, загустители, ингибиторы накипи или ингибиторы коррозии. Эти материалы выполняют отдельные функции в системе жидкость гидроразрыва.
Обращение с продуктом, его хранение и меры безопасности должны соответствовать конкретному паспорту безопасности, технической документации, применимым нормам и рекомендациям поставщика.
Заключение
Фенольная смола является одним из компонентов полной системы проппанта, покрытой смолой. Системы отверждаемых покрытий могут быть разработаны для консолидации частиц в соответствующих скважинных условиях, в то время как другие конструкции покрытий могут быть оценены на предмет воздействия на целостность частиц и поведение обратного потока.
Конечные характеристики зависят от всей рецептуры, основы, процесса нанесения покрытия, степени отверждения, жидкой среды и условий скважины. Поэтому выбор должен основываться на тестировании готового RCP в условиях конкретного применения, а не на общих предположениях о фенольной смоле.
Профессиональный призыв к действию
Для обсуждения выбора марки фенольной смолы для нанесения покрытия на проппант, пожалуйста, предоставьте следующую информацию:
- Тип субстрата и диапазон размеров частиц
- Предполагаемый процесс нанесения покрытия
- Целевое заранее излеченное или излечимое поведение
- Целевое окно отверждения
- Требования к хранению и обращению
- План испытаний готового проппанта
Эта информация способствует целенаправленному техническому обсуждению требований к смолам и рецептурам. Производительность в конкретном применении зависит от всей системы проппанта с покрытием и ее квалификации в репрезентативных условиях.
Ссылки
- Европейское патентное ведомство. (1997). Европейская патентная заявка № EP 0771935 А1. Расклинивающие наполнители с покрытием из смолы, армированной волокном.
- Хаджул, З.А., Мухсан, А.С., Аль-Джотери, ХКМ, Хамди, С.С., и Алекбари, Ф.С. (2025). Недавний прогресс в технологии проппанта для улучшения проводимости трещин при гидроразрыве. Журнал перспективных исследований, 127 (1), 96–119.https://doi.org/10.37934/ard.127.1.96119
- Международная организация по стандартизации. (2006). ISO 13503-2:2006, Нефтяная и газовая промышленность. Жидкости и материалы для заканчивания скважин. Часть 2. Измерение свойств проппантов, используемых при гидроразрыве пласта и операциях по гравийной набивке. Женева: ИСО.
- Джонсон, Ч.Р., Це, К.-Т., и Корпикс, К.Дж. (1993). Проппанты с покрытием из фенольной смолы и уменьшенным взаимодействием с гидравлической жидкостью (Патент США № 5,218,038). Борден, Инк.