CN102781663A

Proppant having a glass-ceramic material

Abstract

The invention relates to a glass-ceramic proppant, which can be used for propping up underground formation fissures and other purposes. Further disclosed are proppant preparations using one or more proppants of the present invention. A method for propping up underground stratum fissures is further disclosed. In addition, other uses of the proppant of the present invention and the preparation method of the glass-ceramic proppant are further disclosed.

CN102781663A, drawing sheet 1
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Term

4.2 yearsto projected expiry

Projected expiry 13 December 2030, counted from filing; an application has no term until it is granted.

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  5. Projected expiry

76 claims: 4 independent, 72 dependent

  1. 1
    一种支撑剂,其包含模板球和围绕所述模板球的整个外表面的连续的烧结壳,所述 模板球具有至少约0. 3的克伦宾球度和至少约0.1的圆度,所述支撑剂具有至少约0. 5的 克伦宾球度和至少约0. 4的圆度,其中所述模板球的至少外表面包含与所述模板球的所述 外表面接触的玻璃-陶瓷或者含玻璃-陶瓷的层。
  2. 2
    权利要求1的支撑剂,其中所述模板球是实心球。
  3. 3
    权利要求1的支撑剂,其中所述模板球是空心球。
  4. 4
    权利要求1的支撑剂,其中所述支撑剂包含围绕所述模板球的整个外表面的连续的 烧结壳或者所述含玻璃-陶瓷的层,和所述壳包含陶瓷材料或其氧化物。
  5. 5
    权利要求1的支撑剂,其中所述模板球整个为玻璃-陶瓷。
  6. 6
    权利要求1的支撑剂,其中所述模板球是空心微珠。
  7. 7
    权利要求1的支撑剂,其中所述模板球包含陶瓷和/或玻璃。
  8. 8
    权利要求1的支撑剂,其中所述模板球包含玻璃。
  9. 9
    权利要求1的支撑剂,其中所述支撑剂包含与所述模板球接触的所述含玻璃-陶瓷 的层,和所述含玻璃-陶瓷的层包含至少部分地扩散至所述模板球的外表面中的玻璃-陶 瓷。
  10. 10
    权利要求1的支撑剂,其中所述外表面具有约0.1 μ m—约1000 μ m的厚度。
  11. 11
    权利要求1的支撑剂,其中所述玻璃-陶瓷具有约1% —约100%的结晶程度。
  12. 12
    权利要求1的支撑齐打其中所述玻璃-陶瓷具有约60% —约80%的结晶程度。
  13. 13
    权利要求1的支撑剂,其中所述玻璃-陶瓷包含具有无规取向的微晶。
  14. 14
    权利要求1的支撑剂,其中所述玻璃-陶瓷包含具有非无规取向的微晶。
  15. 15
    权利要求1的支撑剂,其中所述玻璃-陶瓷能够承受最高达约800℃ -1, 500℃的温 度。
  16. 16
    权利要求1的支撑剂,其中所述支撑剂具有以下性质的至少一种: a)所述模板球具有0.1Χ1(Γ6/κ— i3Xl(f6/K的热膨胀系数(CTE,在25℃ — 300C ); 和/或 b)所述壳具有0.1Χ1(Γ6/κ — 13Xl(f6/K的热膨胀系数(CTE,在25℃— 300C )。
  17. 17
    权利要求1的支撑齐I」,其中所述支撑剂具有约3或者更小的比重;和/或约 0. 1 X 10 -6 /K —约 13 X 10 -6 /K 的热膨胀系数(CTE,在 25℃ — 300℃ );和/ 或约 0. 01W/m ·Κ 一 约3. OW/m・K的导热率。
  18. 18
    权利要求1的支撑剂,所述支撑剂具有约0. 7 —约4. 0的比重。
  19. 19
    权利要求1的支撑剂,其中所述玻璃-陶瓷具有以下性质的至少一种:约L5—约 3. 5g/cm 3 的密度;约50 —约80GPa的杨氏模量;和/或约50 —约150MPa的M0R o
  20. 20
    权利要求1的支撑齐I」,其中模板球具有约1 —约lOOMPa的M0R o
  21. 21
    权利要求1的支撑剂,其中所述玻璃-陶瓷具有以下性质的至少一种: a)约20 —约50GPa的剪切模量(在25℃ ); b)约50 —约150MPa的破坏模量(在25℃ ); c)约300MPa —约500MPa的压缩强度; d)约1 —约lOMPa. m 1/2 的断裂韧度;或者 e)约0.01 —约3W/(m・K)的导热率。
  22. 22
    权利要求1的支撑剂,其中所述壳是厚度为约0.1微米一1000微米的连续壳,和所 述模板球具有约0. 01 —约3的比重,和所述支撑剂具有约1, OOOpsi或者更大的压碎强度, 和所述模板球具有至少30%的空隙体积%。
  23. 23
    权利要求4的支撑剂,其中所述模板球具有至少约0. 6的球度,连续的烧结壳围 绕模板球的整个外表面,其中所述连续壳具有基本均匀的厚度,和其中所述支撑剂具有约 1, 500psi或者更大的压碎强度,和所述模板球具有至少30%的空隙体积%。
  24. 24
    权利要求1的支撑剂,其中所述模板球包含氧化铝、氧化硅、氧化钛、氧化铁、氧化 镁、氧化钙、氧化钾和氧化钠的混合物。
  25. 25
    权利要求1的支撑剂,其中所述模板球的所述玻璃-陶瓷包含氧化铝、氧化硅、氧化 硼、氧化钾、氧化错、氧化镁、氧化钙、氧化钛或者它们的任何组合。
  26. 26
    权利要求25的支撑剂,其中所述模板球的所述玻璃-陶瓷包含约10% —约55%重量 Si0 2 ;约0%—约28%重量AI2O3 ;约1%—约5%重量CaO ;约7% —约50%重量MgO ;约0.5%约25%重量Ti0 2 ;约0. 4% —约30%重量B 2 0 3 ,和大于0%且最多约5%重量P 2 0 5 ,基于所述玻 璃-陶瓷的重量。
  27. 27
    权利要求25的支撑剂,其中所述模板球的所述玻璃-陶瓷包含约3% —约10%重 量Li 2 0 ;约0% —约28%重量Α1 2 0 3 ;约10% —约55%重量Si0 2 ;约7% —约50%重量MgO ;约 0. 5% —约25%重量Ti0 2 ;约0. 4% —约30%重量B 2 0 3 ,和约6% —约20%重量ZnO,基于所述 玻璃-陶瓷的重量。
  28. 28
    权利要求1的支撑剂,其中所述壳包含氧化铝、氧化硅、氧化硼、氧化钾、氧化错、氧 化镁、氧化钙、氧化锂、氧化钠、氧化铁、氧化磷和/或氧化钛或者它们的任何组合。
  29. 29
    权利要求1的支撑剂,其中所述壳包含氧化硅、氧化钠、氧化钾、氧化钙、氧化错、氧 化铝、氧化锂、氧化铁、堇青石、尖晶石、锂辉石、滑石、硅酸盐、取代的铝硅酸盐粘土或者它 们的任何组合。
  30. 30
    权利要求1的支撑剂,其中所述壳包含两个或多个层,其中所述层之一包含所述陶 瓷材料或其氧化物。
  31. 31
    权利要求1的支撑剂,其中所述壳包含堇青石。
  32. 32
    权利要求1的支撑剂,其中所述壳包含氧化镁、氧化钙、氧化铀、氧化轨、氧化铳、二 氧化钛或者它们的任何组合。
  33. 33
    权利要求1的支撑剂,其中所述壳包含得自硅源、钛源、鸨源、错源、铝源、硼源或者 它们的任何组合的金属氧化物、金属碳化物、金属氮化物、金属硼化物、金属硅化物或者它 们的任何组合。
  34. 34
    权利要求1的支撑剂,其中通过将至少一种有机材料施用至所述壳而对所述壳进 行表面改性。
  35. 35
    权利要求1的支撑剂,其中所述连续的烧结壳包含玻璃-陶瓷。
  36. 36
    权利要求35的支撑剂,其中所述连续的烧结壳的玻璃-陶瓷与模板球的玻璃-陶 瓷不同。
  37. 37
    权利要求35的支撑剂,其中所述连续的烧结壳的玻璃-陶瓷与模板球的玻璃-陶 瓷相同。
  38. 38
    权利要求35的支撑剂,其中所述玻璃-陶瓷均匀分布在连续的烧结壳和/或模板 球中。
  39. 39
    权利要求35的支撑剂,其中所述玻璃-陶瓷不均匀地分布在连续的烧结壳和/或 模板球中。
  40. 40
    权利要求1的支撑剂,其中所述支撑剂尺寸为约90微米一约2, 000微米。
  41. 41
    权利要求1的支撑剂,其中所述模板球具有约20微米一约1,000微米的尺寸。
  42. 42
    权利要求1的支撑剂,其中所述玻璃-陶瓷的微晶尺寸为约0.1 —约0.5微米。
  43. 43
    权利要求1的支撑剂,其中所述玻璃-陶瓷的微晶尺寸为小于1微米。
  44. 44
    权利要求1的支撑剂,其中所述支撑剂为棒形、柱形、钉形、齿轮形、环形、圆柱形、 多边形或花生形的。
  45. 45
    权利要求1的支撑剂,其中所述支撑剂包含纵横比为1的形状。
  46. 46
    一种支撑剂,包含球,所述球具有至少约0. 3的克伦宾球度和至少约0.1的圆度,所 述支撑剂具有至少约0. 5的克伦宾球度和至少约0. 4的圆度,其中所述球的至少外表面包 含与所述球的所述外表面接触的玻璃-陶瓷或者含玻璃-陶瓷的层。
  47. 47
    权利要求46的支撑剂,其中所述球包含陶瓷和/或玻璃。
  48. 48
    权利要求46的支撑剂,其中整个所述球为玻璃-陶瓷。
  49. 49
    权利要求46的支撑剂,其中所述支撑剂包含与所述模板球接触的所述含玻璃-陶 瓷的层,和所述含玻璃-陶瓷的层包含至少部分地扩散至所述模板球的外表面中的玻 璃-陶瓷。
  50. 50
    权利要求46的支撑剂,其中所述外表面具有约0.1 —约1000 um的厚度。
  51. 51
    权利要求46的支撑剂,其中所述玻璃-陶瓷包含约1%—约100%的结晶度。
  52. 52
    权利要求46的支撑剂,其中所述玻璃-陶瓷包含约10%-约100%的结晶度。
  53. 53
    权利要求46的支撑剂,其中所述玻璃-陶瓷包含具有无规取向的微晶。
  54. 54
    权利要求46的支撑剂,其中所述玻璃-陶瓷包含具有非无规取向的微晶。
  55. 55
    权利要求46的支撑剂,其中所述玻璃-陶瓷能够承受最高达约800℃ - 1, 500℃的 温度。
  56. 56
    权利要求46的支撑剂,其中所述支撑剂具有以下性质的至少一种:所述模板球具 有约 0. lX10 -6 /K —约 13Χ10 - 7Κ 的热膨胀系数(CTE,在 25C— 300℃ ) ο
  57. 57
    权利要求46的支撑剂,其中所述支撑剂具有约3或者更小的比重;和约0.0坪/ (m · K) 一约 3. 0W/(m · K)的导热率。
  58. 58
    权利要求46的支撑剂,其中所述支撑剂具有以下性质的至少一种:约1.5 —约 3. Og/cm 3 的密度;和/或约50 —约80GPa的杨氏模量;和/或约50 —约150MPa的M0R o
  59. 59
    权利要求46的支撑齐I」,其中所述模板球具有约1 —约lOOMPa的MOR。
  60. 60
    权利要求46的支撑齐I」,其中所述支撑剂具有以下性质的至少一种;约20 —约 50GPa的剪切模量(在25℃ );约50 —约150MPa的破坏模量(在25℃ );约300MPa —约 500MPa的压缩强度;约1 —约lOMPa. m 1/2 的断裂韧度;约0. 01 —约3W/ (m · K)的导热率。
  61. 61
    权利要求46的支撑剂,其中所述模板球具有约0.01 —约3的比重,和所述支撑剂 具有约20kpsi或者更大的压碎强度,和所述模板球具有至少30%的空隙体积%。
  62. 62
    权利要求46的支撑剂,其中所述模板球具有至少约0. 6的球度,连续的烧结壳围绕 所述模板球的整个外表面,其中所述连续壳具有基本上均匀的厚度,和其中所述支撑剂具 有约1, 500psi或者更大的压碎强度,和所述模板球具有至少30%的空隙体积%。
  63. 63
    权利要求46的支撑齐I」,其中所述支撑剂包含约10% —约55%重量Si0 2 ;约0% —约 28%重量Α1 2 0 3 ;约1% —约5%重量CaO ;约7% —约50%重量MgO ;约0. 5%-约25%重量Ti0 2 ; 约0. 4%-约30%重量B 2 0 3 ,和大于0%且最多约5%重量P 2 0 5 ,基于玻璃-陶瓷的重量。
  64. 64
    权利要求46的支撑剂,其中所述球是实心球。
  65. 65
    权利要求46的支撑剂,其中所述球是空心球。
  66. 66
    一种形成支撑剂的方法,包括提供包含玻璃的模板球;任选地硬化该模板球;通过 热处理使所述模板球的至少外表面结晶以形成包含玻璃-陶瓷的外表面;和任选地提供围 绕所述模板球的整个外表面的壳;以及烧结所述壳以形成连续的烧结壳。
  67. 67
    权利要求66的方法,其中所述热处理包括将所述模板球加热至约500C—约 1,500℃的温度。
  68. 68
    权利要求66的方法,进一步包括在所述模板球经受热处理之前,在所述模板球上 施用包含碱土金属或者过渡金属氧化物的组合物。
  69. 69
    权利要求68的方法,进一步包括在至少一种晶体引发剂的存在下进行所述热处 理。
  70. 70
    权利要求66的方法,其中将所述支撑剂形成为棒形、柱形、钉形、齿轮形、环形、圆 柱形、多边形或花生形。
  71. 71
    权利要求66的方法,其中所述支撑剂形状通过挤出或者流化床涂覆、或者造粒、或 者制粒实现。
  72. 72
    权利要求66的方法,其中所述支撑剂形状通过使用流化床造粒机、流体喷雾干燥 器或者制粒机实现。
  73. 73
    一种支撑剂,包含模板球和围绕所述模板球的整个外表面的连续的烧结壳,所述模 板球具有至少约0. 3的克伦宾球度和至少约0. i的圆度,所述支撑剂具有至少约0. 5的克 伦宾球度和至少约0. 4的圆度,其中至少所述连续的烧结壳包含玻璃-陶瓷。
  74. 74
    权利要求73的支撑剂,其中所述模板球包含玻璃-玻璃。
  75. 75
    权利要求74的支撑剂,其中所述模板球和/或所述壳中的玻璃-陶瓷是实心形式 的。
  76. 76
    权利要求74的支撑剂,其中所述模板球和/或壳中的玻璃-陶瓷是空心或者多孔 形式的。
Independent claims76