CN102781663B

A proppant having a glass-ceramic material

Abstract

The invention relates to a glass-ceramic proppant, which can be used for propping up underground stratum 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.

CN102781663B, drawing sheet 1
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65 claims: 4 independent, 61 dependent

  1. 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0. 3的克伦宾球度和至少0. 1的圆度,所述支撑剂具有至少0. 5的克伦宾 球度和至少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, 其中所述模板球的所述玻璃-陶瓷包含10%— 55%重量Si0 2 ;0%- 28%重量Al 2 0 3 ; 1%— 5%重量CaO ;7%— 50%重量MgO ;2%— 25%重量Ti0 2 ;0. 4%— 30%重量B2O3,和大 于0 %且最多5 %重量P2O5,基于所述玻璃-陶瓷的重量;或者 其中所述模板球的所述玻璃-陶瓷包含3%— 10%重量比0 ;0%— 28%重量人12。3; 10%— 55%重量 Si0 2 ;7%- 50%重量 MgO;2%— 25%重量 Ti0 2 ;0. 4%- 30%重量 B 2 0 3 , 和6% — 20%重量ZnO,基于所述玻璃-陶瓷的重量。
  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。 权利要求1的支撑剂,其中所述模板球包含玻璃。
  8. 8
    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 bti 0
  9. 9
    10. 权利要求1的支撑剂,其中所述外表面具有0. Ιμπι- 1000 μ m的厚度。
  10. 10
    11. 权利要求1的支撑剂,其中所述玻璃-陶瓷具有1% — 100%的结晶程度。
  11. 11
    12. 权利要求1的支撑剂,其中所述玻璃-陶瓷具有60%— 80%的结晶程度。
  12. 12
    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。
  13. 13
    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。
  14. 14
    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800°C - 1, 500°C的温 度。
  15. 15
    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. 1X10 7K - 13X10 6 /Κ的在25°C — 300°C的热膨胀系数;和/ 或 b) 所述壳具有0. 1 X 10 7K - 13Χ10 7Κ的在25°C - 300°C的热膨胀系数。
  16. 16
    17. 权利要求1的支撑剂,其中所述支撑剂具有3或者更小的比重;和/或0. 1X10 7 Κ - 13X10 7κ的在25°C - 300°C的热膨胀系数;和/或0. 01W/m · K - 3. OW/m · K的导热 率。 1 权利要求1的支撑剂,所述支撑剂具有0. 7 - 4. 0的比重。
  17. 17
    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:1.5-3. 5g/ cm%勺密度;50 — 80GPa的杨氏模量;和/或50 — 150MP 的MOR。
  18. 18
    20. 权利要求1的支撑剂,其中模板球具有1 — lOOMPa的MOR。 CN 102781663 Β
  19. 19
    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) 20 — 50GPa的在25°C的剪切模量; b) 50 — 150MPa的在25°C的破坏模量; c) 300MPa — 500MPa 的压缩强度; d) 1 — lOMPa. m 2 的断裂韧度;或者 e) 0. 01 — 3W/(m · K)的导热率。
  20. 20
    22. 权利要求1的支撑剂,其中所述壳是厚度为0. 1微米一1000微米的连续壳,和所述 模板球具有0.01-3的比重,和所述支撑剂具有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%。
  21. 21
    23. 权利要求4的支撑剂,其中所述模板球具有至少0.6的球度,连续的烧结壳围绕模 板球的整个外表面,其中所述壳具有均匀的厚度,和其中所述支撑剂具有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%。
  22. 22
    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。
  23. 23
    25. 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。
  24. 24
    26. 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。
  25. 25
    27. 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陶瓷材 料或其氧化物。 2 权利要求1的支撑剂,其中所述壳包含堇青石。
  26. 26
    29. 权利要求1的支撑剂,其中所述壳包含氧化镁、氧化钙、氧化肺、氧化轮、氧化铳、二 氧化钛或者它们的任何组合。
  27. 27
    30. 权利要求1的支撑剂,其中所述壳包含得自硅源、钛源、钩源、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。
  28. 28
    31. 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。
  29. 29
    32. 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。
  30. 30
    33. 权利要求32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。
  31. 31
    34. 权利要求32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。
  32. 32
    35. 权利要求32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。
  33. 33
    36. 权利要求32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。
  34. 34
    37. 权利要求1的支撑剂,其中所述支撑剂尺寸为90微米一2, 000微米。 CN 102781663 Β 3 权利要求1的支撑剂,其中所述模板球具有20微米一1, 000微米的尺寸。
  35. 35
    39. 权利要求1的支撑剂,其中所述玻璃-陶瓷的微晶尺寸为0. 1 - 0. 5微米。
  36. 36
    40. 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。
  37. 37
    41. 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。
  38. 38
    42. 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。
  39. 39
    43. 一种支撑剂,包含球,所述球具有至少0. 3的克伦宾球度和至少0. 1的圆度,所述支 撑剂具有至少0. 5的克伦宾球度和至少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, 其中所述支撑剂包含10%—55%重量Si。?;。%—28%重量Al 2 0 3 ;1%-5%重量CaO ; 7%— 50%重量MgO ;2%— 25%重量Ti0 2 ;0. 4%— 30%重量Β 2Ο3,和大于0%且最多5%重 量P2O5,基于玻璃-陶瓷的重量。
  40. 40
    44. 权利要求43的支撑剂,其中所述球包含陶瓷和/或玻璃。
  41. 41
    45. 权利要求43的支撑剂,其中整个所述球为玻璃-陶瓷。
  42. 42
    46. 权利要求43的支撑剂,其中所述支撑剂包含与所述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球的外表面中的玻璃-陶瓷。
  43. 43
    47. 权利要求43的支撑剂,其中所述外表面具有0. 1 — 1000 μ m的厚度。 4 权利要求43的支撑剂,其中所述玻璃-陶瓷包含1% — 100%的结晶度。
  44. 44
    49. 权利要求43的支撑剂,其中所述玻璃-陶瓷包含10%— 100%的结晶度。
  45. 45
    50. 权利要求43的支撑剂,其中所述玻璃-陶瓷包含具有无规取向的微晶。
  46. 46
    51. 权利要求43的支撑剂,其中所述玻璃-陶瓷包含具有非无规取向的微晶。
  47. 47
    52. 权利要求43的支撑剂,其中所述玻璃-陶瓷能够承受最高达800°C - 1, 500°C的温 度。
  48. 48
    53. 权利要求43的支撑剂,其中所述支撑剂具有以下性质:所述球具有0. 1X10 7K — 13X10 7K的在25°C - 300°C的热膨胀系数。
  49. 49
    54. 权利要求43的支撑剂,其中所述支撑剂具有3或者更小的比重;和0.01W/(m-K)— 3. 0W/(m・K)的导热率。
  50. 50
    55. 权利要求43的支撑剂,其中所述支撑剂具有以下性质的至少一种:1, 5 — 3. Og/cm 3 的密度;和/或50 — 80GPa的杨氏模量;和/或50 — 150MP 的MOR。
  51. 51
    56. 权利要求43的支撑剂,其中所述球具有1 — lOOMPa的MOR。
  52. 52
    57. 权利要求43的支撑剂,其中所述支撑剂具有以下性质的至少一种;20 — 50GPa的 在25 °C的剪切模量;50 - 150MPa的在25 °C的破坏模量;300MPa - 500MPa的压缩强度;1 — lOMPa. m 2 的断裂韧度;0, 01 — 3W/ (m · K)的导热率。 5 权利要求43的支撑剂,其中所述球具有0.01 — 3的比重,和所述支撑剂具有 20kpsi或者更大的压碎强度,和所述球具有至少30%的空隙体积%。
  53. 53
    59. 权利要求43的支撑剂,其中所述球具有至少0. 6的球度,连续的烧结壳围绕所述球 的整个外表面,其中所述壳具有均匀的厚度,和其中所述支撑剂具有1, 500psi或者更大的 压碎强度,和所述球具有至少30%的空隙体积%。
  54. 54
    60. 权利要求43的支撑剂,其中所述球是实心球。
  55. 55
    61. 权利要求43的支撑剂,其中所述球是空心球。
  56. 56
    62. 一种形成权利要求1-61中任一项的支撑剂的方法,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。
  57. 57
    63. 权利要求62的方法,其中所述热处理包括将所述模板球加热至500Ό- 1, 500°C的 温度。
  58. 58
    64. 权利要求62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。
  59. 59
    65. 权利要求64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。
  60. 60
    66. 权利要求62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。
  61. 61
    67. 权利要求62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。 6 权利要求62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。
  62. 62
    69. 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0. 3的克伦宾球度和至少0. 1的圆度,所述支撑剂具有至少0. 5的克伦宾球 度和至少0. 4的圆度,其中至少所述连续的烧结壳包含玻璃-陶瓷, 其中所述壳的所述玻璃-陶瓷包含10% — 55%重量Si0 2 ;0% — 28%重量Al 2 0 3 ; 1 % — 5%重量CaO ;7%— 50%重量MgO ;2%— 25%重量 Ti0 2 ;0. 4%— 30%重量B 2 0 3 ,和大于 0% 且最多5%重量P2O5,基于所述玻璃-陶瓷的重量;或者 其中所述壳的所述玻璃-陶瓷包含3 % — 10 %重量Li 2 0 ;0 % — 28 %重量Α1 2 0 3 ; 10 % — 55%重量 Si()2;7% — 50%重量 MgO ;2%— 25%重量 Ti0 2 ;0. 4%— 30%重量 B 2 0 3 ,和 6% — 20%重量ZnO,基于所述玻璃-陶瓷的重量。
  63. 63
    70. 权利要求69的支撑剂,其中所述模板球包含玻璃-陶瓷。
  64. 64
    71. 权利要求70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。
  65. 65
    72. 权利要求70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。 CN 102781663 Β
Independent claims65