交叉引用

本申請(qǐng)基于申請(qǐng)日為2014年3月28號(hào)的美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)?1/971,995，并要求其優(yōu)先權(quán)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明大體涉及支撐劑復(fù)合物，更具體地，但不是通過(guò)限制的方式，涉及水力壓裂中使用的耐磨耗支撐劑復(fù)合物。

相關(guān)技術(shù)描述

水力壓裂在油氣生產(chǎn)中普遍用于進(jìn)入困在不可滲透的地質(zhì)構(gòu)造中的碳。該過(guò)程涉及注入高度加壓的流體到鉆井孔內(nèi)，使下面的巖石破裂，所述流體典型地包括水或另一載體、化學(xué)制品和支撐劑。接著流體中的支撐劑保持在巖石的裂縫中并保持裂縫打開(kāi)，使得其中的碳?xì)浠衔锪鬟^(guò)裂縫進(jìn)入鉆井孔以供采集。

例如石英砂、樹(shù)脂涂敷砂、陶瓷和比如用于制作陶瓷的鋁土礦的材料的支撐劑，示例性地，現(xiàn)在廣泛用于水力壓裂以增加地層的油氣產(chǎn)量。然而，所有這些支撐劑在其被泵入井內(nèi)用于壓裂前的運(yùn)輸和處理時(shí)易于產(chǎn)生粉塵/粉末。例如，當(dāng)石英砂用于壓裂時(shí)，運(yùn)輸?shù)綁毫咽┕がF(xiàn)場(chǎng)期間發(fā)生石英顆粒之間以及石英顆粒和容器壁之間的摩擦和碰撞。在材料的轉(zhuǎn)移和卸載期間該摩擦和碰撞大大增加。粉塵/粉末在箱裝、帶傳輸、攪拌機(jī)上料、多磨砂機(jī)操作中的卸料、托管架的卸料、開(kāi)放的加注口的灰塵噴射和具有潛在不利健康和環(huán)境影響的其他處理操作期間產(chǎn)生。尤其是氣動(dòng)卸載，產(chǎn)生高濃度的粉塵/粉末。

粉塵/粉末為能夠在空氣中懸浮的微小顆粒物質(zhì)。該顆粒物質(zhì)自然產(chǎn)生，也可能人為產(chǎn)生。本發(fā)明目的是通過(guò)在運(yùn)輸和水力壓裂以及其他應(yīng)用中使用耐磨耗支撐劑限制粉塵/粉末的產(chǎn)生。對(duì)與粉塵/粉末接觸的工人和其他人的健康和安全來(lái)說(shuō)，可吸入的顆粒受到特別關(guān)注。這些空中懸浮粒子有潛在危險(xiǎn)，因?yàn)樗鼈兡軌驖B透深入肺部的肺泡。尤其是長(zhǎng)期過(guò)度暴露在可吸入的結(jié)晶二氧化硅例如石英已經(jīng)顯示為會(huì)導(dǎo)致塵肺病，也就是眾所周知的硅肺。

在粉塵/粉末的等級(jí)中，可吸入的顆粒為那些足夠小以進(jìn)入肺部的肺泡的顆粒，并通常包括10微米或更小直徑的顆粒。隨著顆粒大小降到10微米以下，顆粒變成困在肺泡中的可能性上升。雖然本發(fā)明在抑制10微米或更小直徑的粉塵/粉末上(包括2.5微米或更小直徑的粉末)是成功的，但是本發(fā)明也可以抑制更大或亞微米尺寸的其他懸浮顆粒。已知可吸入懸浮顆粒對(duì)醫(yī)療和環(huán)境影響的意識(shí)在加強(qiáng)，本發(fā)明將持續(xù)用于水力壓裂和其他應(yīng)用中粉塵/粉末的抑制，那些應(yīng)用會(huì)在未來(lái)的實(shí)踐或條例中被了解。

對(duì)于現(xiàn)在的監(jiān)管環(huán)境，美國(guó)職業(yè)安全與健康管理局(OSHA)為有權(quán)通過(guò)設(shè)立和執(zhí)行工作環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)以確保安全和健康工作條件的美國(guó)勞工部的機(jī)構(gòu)。OSHA在29CFR 1910.1000中建立許多化學(xué)物質(zhì)的允許暴露限值(PELs)。在29CFR 1910.1000表Z-3和OSHA技術(shù)規(guī)范(OTM)部分II：第1章附錄J，結(jié)晶二氧化硅的計(jì)算示例中可以找到OSHA對(duì)一般工業(yè)中可吸入硅塵的現(xiàn)行PEL，包括以下公式，附錄J的部分III.K.2的方程6：

PEL(mg/m³)＝(10mg/m³)/(2+％可吸入石英)

因此，對(duì)包括100％石英的粉塵，PEL為10/(100+2)，或者大約0.1mg/m³。術(shù)語(yǔ)“可吸入石英”包括粉塵：其包括具有顆粒尺寸足夠小以到達(dá)肺部的肺泡腔的石英的含量大于百分之一，或空氣動(dòng)力學(xué)直徑低于10μm。粉塵暴露表述為顆粒濃度(例如每立方英尺空氣的百萬(wàn)顆粒數(shù)或mppcf)或重量濃度(每體積空氣的顆粒單位質(zhì)量，例如mg/m³)。OSHA管理機(jī)構(gòu)受限于包括公眾評(píng)語(yǔ)和評(píng)論的行政立法過(guò)程，該行政和政治過(guò)程能夠產(chǎn)生新的或修正的標(biāo)準(zhǔn)，所述標(biāo)準(zhǔn)花費(fèi)幾年以發(fā)展、定稿并發(fā)布而作為標(biāo)準(zhǔn)。如果如2013年9月12日在聯(lián)邦公報(bào)的OSHA提出的法則表明的，OSHA提出的規(guī)章制定將PEL降低到每立方米空氣的可吸入結(jié)晶二氧化硅為0.05毫克(0.05mg/m³)，雇主控制二氧化硅接觸，如本發(fā)明處理的，低于所述PEL的努力將變得更加困難。

OSHA意識(shí)到其許多PELs是過(guò)時(shí)的，并且修正現(xiàn)在的PELs是漫長(zhǎng)而復(fù)雜的過(guò)程。同樣地，OSHA推薦雇主考慮使用可供可選的職業(yè)接觸限值(也就是NIOSH推薦接觸限值(RELs)和ACGIH TLVs)。關(guān)于最佳工業(yè)的工業(yè)衛(wèi)生實(shí)踐，美國(guó)政府工業(yè)衛(wèi)生學(xué)家會(huì)議(ACGIH)為致力于工業(yè)衛(wèi)生和職業(yè)健康以及安全工業(yè)的基于成員的組織?？紤]到美國(guó)的職業(yè)接觸限值的標(biāo)準(zhǔn)資源，每年ACGIH公布ACGIH職業(yè)接觸指導(dǎo)值，。如2015職業(yè)接觸指導(dǎo)值所包括以及引自O(shè)SHA的29CFR 1910.1200注釋表Z-3礦物粉塵那樣，8小時(shí)時(shí)間加權(quán)平均值(TWA)的工作班次接觸可吸入結(jié)晶二氧化硅的ACGIH閾限值(TLV)對(duì)α-石英來(lái)說(shuō)為0.025mg/m3。國(guó)家職業(yè)安全與衛(wèi)生研究院(NIOSH)為美國(guó)衛(wèi)生及公共服務(wù)部?jī)?nèi)的疾病防治中心(CDC)的部分。除了別的以外，NIOSH基于最好的可用科學(xué)數(shù)據(jù)負(fù)責(zé)對(duì)工作相關(guān)性損傷和疾病防護(hù)進(jìn)行研究和提供建議。當(dāng)前公布的與達(dá)到40小時(shí)工作周的10小時(shí)工作日關(guān)聯(lián)的TWA的NIOSH推薦接觸水平(REL)對(duì)作為可吸入粉塵的結(jié)晶二氧化硅來(lái)說(shuō)為0.05mg/m³。除了這些美國(guó)機(jī)構(gòu)，外國(guó)機(jī)構(gòu)也涉及設(shè)立工作環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)和提議，包括職業(yè)接觸限值科學(xué)委員會(huì)(SCOEL)和Institut für Arbeitsschutz der Deutschen Gesetzlichen Unfallversicherung(IFA)，其與澳大利亞工作健康和安全行為聯(lián)合建議并發(fā)表歐盟委員會(huì)關(guān)于工作場(chǎng)所的化學(xué)物質(zhì)的職業(yè)接觸限值以及大氣污染物的工作場(chǎng)所接觸標(biāo)準(zhǔn)。本發(fā)明目的是遵從所有這些各種標(biāo)準(zhǔn)和推薦，以及可以超過(guò)這些需要的自我加強(qiáng)的標(biāo)準(zhǔn)。

支撐劑粉末也能夠在油氣采集中產(chǎn)生問(wèn)題。粉末小于整個(gè)支撐劑，因此在支撐裂縫打開(kāi)以讓油氣流過(guò)上有效性更低。此外，其往往阻塞裂縫、抑制碳?xì)浠衔锏牧鲃?dòng)并減少井的生產(chǎn)率。

之前的經(jīng)涂布的支撐劑主要目的在于增加支撐劑的壓碎強(qiáng)度，僅僅將粉塵控制考慮為次級(jí)效益。通過(guò)用樹(shù)脂涂布的支撐劑能夠?qū)崿F(xiàn)增加壓碎強(qiáng)度。然而，這是非常昂貴的，因此是不被看好的增加抗磨耗性的解決方案。其他涂布目的為通過(guò)凝聚小粉塵顆?？刂品蹓m，而不是防止粉塵的初始形成。

基于上述，需要在運(yùn)輸和處理之后尤其是氣動(dòng)卸載期間提供具有低粉塵/粉末的支撐劑。

進(jìn)一步地，需要這樣一種支撐劑，作為水力壓裂行業(yè)的新類(lèi)型支撐劑。

進(jìn)一步地，需要這樣一種支撐劑以允許支撐劑的使用者在運(yùn)輸和處理之后以及氣動(dòng)卸載時(shí)符合OSHA PEL、NIOSH REL和類(lèi)似要求，其將更好地保護(hù)工人并防止令人討厭的粉塵，這些令人討厭的粉塵會(huì)打擾接近砂處理場(chǎng)、轉(zhuǎn)運(yùn)設(shè)施或壓裂施工現(xiàn)場(chǎng)的當(dāng)?shù)厣鐓^(qū)。

進(jìn)一步地，如果未來(lái)需要的話(huà)，需要這樣一種支撐劑以推動(dòng)符合降低的OSHA PEL、NIOSH REL或相似規(guī)定。

進(jìn)一步地，需要這樣一種支撐劑以比樹(shù)脂涂布的支撐劑更廉價(jià)地生產(chǎn)。

進(jìn)一步地，需要這樣一種支撐劑以防止粉塵形成而不是僅僅凝聚存在的粉塵。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

總的來(lái)說(shuō)，第一方面，本發(fā)明涉及表面改性的支撐劑，包括支撐劑；以及至少部分覆蓋所述支撐劑的化學(xué)涂料。所述化學(xué)涂料可以為非石油基、甘油基、丙二醇基或其組合。另外或可選地，所述表面改性的支撐劑可以具有大于大約40％的濁度減少系數(shù)和大于大約70％的可吸入粉塵減少系數(shù)。另外或可選地，所述化學(xué)涂料可以不是熱固性聚合物、不是離子型聚合物、不是熱塑性彈性體以及不是水凝膠。所述涂料可以增加所述支撐劑的抗磨耗性。另外或可選地，所述涂料可以在運(yùn)輸、處理、氣動(dòng)卸載或其組合時(shí)減少粉塵/粉末的產(chǎn)生。

涂料涂覆之前的支撐劑可以為大體上無(wú)塵，并可以為原料基材，包括砂、陶瓷或復(fù)合材料、礦物、殼粉、樹(shù)脂涂布支撐劑或其組合。所述涂料可以是無(wú)毒的。所述涂料可以不是離子型聚合物。所述涂料可以低于所述表面改性的支撐劑的2wt.％、低于所述表面改性的支撐劑的1wt.％或?yàn)樗霰砻娓男缘闹蝿┑?.05到0.20wt.％。所述涂料可以為甘油基涂料、植物油/蠟基涂料、妥爾油樹(shù)脂基涂料、烷基酯基涂料或其組合。如果所述涂料為烷基酯基涂料，那么所述涂料可以為低級(jí)的烷基酯基，尤其是甲酯和乙酯基。

所述化學(xué)涂料可以通過(guò)噴霧、機(jī)械混合、非機(jī)械混合或其組合涂覆到所述支撐劑。所述涂料可以包括多種涂料，所述多種涂料可以順序或同時(shí)地涂覆到所述支撐劑上。所述多種涂料可以包括第一涂料和第二涂料，所述第一涂料與第二涂料相比可以具有不同的化學(xué)成分?？蛇x地，所述第一涂料的化學(xué)成分可以與所述第二涂料的化學(xué)成分相同。所述涂料可以在使用支撐劑之前涂覆到所述支撐劑。涂料層可以包括涂料的厚層、涂料的薄層或涂料的局部層。

進(jìn)一步地，所述表面改性的支撐劑可以包括化學(xué)標(biāo)記物，例如著色劑、UV染料、傳導(dǎo)率增強(qiáng)化學(xué)物質(zhì)或其組合。另外或可選地，所述表面改性的支撐劑可以進(jìn)一步地包括壓裂液延遲交聯(lián)劑，其可以為甜菜堿、葡萄糖酸鹽、聚乙二醇或其組合。所述涂層可以不需要固化或干燥。

第二方面，本發(fā)明涉及制作表面改性的支撐劑的方法，所述方法包括將化學(xué)涂料添加到支撐劑，以及混合所述涂料和所述支撐劑或沒(méi)有混合地將所述涂料噴灑在所述支撐劑上，以制作所述表面改性的支撐劑，其中所述化學(xué)涂料不是熱固性聚合物、不是離子型聚合物、不是熱塑性彈性體以及不是水凝膠，更準(zhǔn)確地說(shuō)，為非石油基、甘油基、丙二醇基或其組合。所述涂料可以不是離子型聚合物。所述涂料可以低于所述表面改性的支撐劑的2wt.％、低于所述表面改性的支撐劑的1wt.％或?yàn)樗霰砻娓男缘闹蝿┑?.05到0.20wt.％。可以在動(dòng)力連續(xù)的機(jī)械混合器、動(dòng)力分批的機(jī)械混合器、靜態(tài)混合器或其組合中進(jìn)行混合。進(jìn)一步地，所述方法包括將第二化學(xué)涂料添加到所述表面改性的支撐劑以及混合所述第二化學(xué)涂料和所述表面改性的支撐劑。

第三方面，本發(fā)明涉及在供應(yīng)鏈的任何地方減少支撐劑磨耗的方法，所述方法包括使用表面改性的支撐劑。所述表面改性的支撐劑可以包括支撐劑和至少部分覆蓋所述支撐劑的化學(xué)涂料，其中所述化學(xué)涂料不是熱固性聚合物、不是離子型聚合物、不是熱塑性彈性體以及不是水凝膠，或者更準(zhǔn)確地說(shuō)，為非石油基、甘油基、丙二醇基或其組合。

所述支撐劑可以為原料基材，包括砂、陶瓷或復(fù)合材料、復(fù)合物、礦物、殼粉、樹(shù)脂涂布支撐劑或其組合。所述化學(xué)涂料可以為甘油基涂料、植物油/蠟基涂料、妥爾油樹(shù)脂基涂料、烷基酯基涂料或其組合。所述涂料可以不是離子型聚合物。所述涂料可以低于所述表面改性的支撐劑的2wt.％、低于所述表面改性的支撐劑的1wt.％或?yàn)樗霰砻娓男缘闹蝿┑?.05到0.20wt.％。

所述化學(xué)涂料可以通過(guò)機(jī)械混合、噴霧、非機(jī)械混合或其組合涂覆到所述支撐劑。所述涂層可以包括同時(shí)或順序地涂覆到所述支撐劑上的多種涂料。所述多種涂料可以包括第一涂料和第二涂料，所述第一涂料與所述第二涂料相比具有不同的化學(xué)成分或者所述第一涂料的化學(xué)成分可以與所述第二涂料的化學(xué)成分相同。所述涂料可以在使用支撐劑之前涂覆到所述支撐劑。

進(jìn)一步地，所述表面改性的支撐劑可以包括化學(xué)標(biāo)記物，例如著色劑、UV染料、導(dǎo)電性增強(qiáng)化學(xué)物質(zhì)或其組合。進(jìn)一步地，所述表面改性的支撐劑可以包括壓裂液延遲交聯(lián)劑，其可以為甜菜堿、葡萄糖酸鹽、聚乙二醇或其組合。

附圖說(shuō)明

圖1示出了壓裂過(guò)程中使用的具有厚涂層的表面改性的支撐劑的剖面圖；

圖2示出了壓裂過(guò)程中使用的具有薄涂層的表面改性的支撐劑的剖面圖；

圖3示出了壓裂過(guò)程中使用的具有局部涂層的表面改性的支撐劑的剖面圖；

圖4為規(guī)?；谱鞅砻娓男缘闹蝿┻^(guò)程的流程圖；

圖5為水力壓裂中使用改性的支撐劑的示意圖；

圖5a為圖5的部分示意圖的特寫(xiě)；

圖6為示出了通過(guò)濁度測(cè)量的實(shí)施例1到12以及16到21中描述的表面改性的支撐劑在研磨/磨耗期間產(chǎn)生的粉塵/粉末減少的圖表；

圖7為示出了12.5小時(shí)球磨機(jī)研磨試驗(yàn)中通過(guò)濁度測(cè)量的研磨/磨耗期間產(chǎn)生的粉塵/粉末減少的圖表；

圖8為示出了氣動(dòng)卸載時(shí)未涂層壓裂砂和涂層壓裂砂的可吸入石英粉塵水平的圖表；

圖9為示出了通過(guò)濁度測(cè)量的實(shí)施例22到26中描述的表面改性的支撐劑的粉塵/粉末減少的圖表；

圖10為示出了實(shí)施例28中所述系統(tǒng)的顆粒大小分布的圖表；

圖11為示出了通過(guò)濁度測(cè)量的實(shí)施例28到30中描述的表面改性的支撐劑的粉塵/粉末減少的圖表；

圖12為示出了以百分比衡量的在實(shí)施例15、實(shí)施例33和實(shí)施例例34中所試驗(yàn)的實(shí)施例例1和4描述的表面改性的支撐劑的總可吸入粉塵減少的圖表；以及

圖13為示出了實(shí)施例1到14、16到25以及28到30中描述的許多樣本的濁度減少系數(shù)總百分比的圖表。

從以下描述和權(quán)利要求，其它優(yōu)點(diǎn)和特征將顯而易見(jiàn)。

具體實(shí)施方式

本文討論的設(shè)備和方法僅僅為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明和使用本發(fā)明的說(shuō)明性的具體方式，而不解釋為對(duì)范圍的限制。

在以一定程度的特殊性描述了所述設(shè)備和方法的同時(shí)，應(yīng)該注意到，可以不脫離本發(fā)明披露的精神和范圍做出所述設(shè)備和組件的構(gòu)造和配置的細(xì)節(jié)上的許多修改。應(yīng)該理解到，所述設(shè)備和方法不局限于此處作為范例的目的公開(kāi)的實(shí)施例。

一般來(lái)說(shuō)，本發(fā)明第一方面涉及抗磨耗支撐劑復(fù)合物以及其組合物質(zhì)。測(cè)試時(shí)，令人驚訝的是，甘油基涂料、植物油基涂料或妥爾油樹(shù)脂基涂料的厚層、薄層或局部涂層能夠增加表面改性的支撐劑的耐磨耗/碰撞性，并當(dāng)這樣一種表面改性的支撐劑復(fù)合物在氣動(dòng)卸載時(shí)能夠大幅度減少可吸入粉塵/粉末水平。這樣一個(gè)發(fā)現(xiàn)對(duì)保護(hù)暴露在支撐劑粉塵下的工人具有重大意義。該化學(xué)涂層的綠色和可持續(xù)的性質(zhì)也能夠更好地保護(hù)我們的環(huán)境和水資源。

除了關(guān)于大氣懸浮顆粒物的遵從OSHA以及NIOSH準(zhǔn)則相關(guān)的工人安全問(wèn)題，所述支撐劑復(fù)合物可以用于井下水力壓裂環(huán)境中。所述材料也可以用作如下進(jìn)一步描述的工業(yè)、建筑或操場(chǎng)沙或相似的環(huán)境。所述化學(xué)涂層的綠色和可持續(xù)的性質(zhì)是重要的。其能夠避免上述土壤聚集區(qū)(例如池塘、溪流、或某個(gè)場(chǎng)所的徑流)的水以及地下水的污染。除了OSHA和NIOSH，可能的是，美國(guó)環(huán)境保護(hù)局(EPA)或其他機(jī)構(gòu)將推行法規(guī)鼓勵(lì)或要求使用比如此處描述的表面改性的支撐劑的生物和環(huán)境友好材料。

所述支撐劑可以為壓裂過(guò)程中使用的表面改性的支撐劑。所述支撐劑的剖面可以見(jiàn)圖1、2和3。改性的支撐劑100可以在運(yùn)輸和處理以及氣動(dòng)卸載時(shí)的壓裂施工現(xiàn)場(chǎng)的提供低粉塵/粉末。例如甘油基涂料配方、植物油基配方或妥爾油樹(shù)脂基涂料配方的環(huán)境友好的化學(xué)制品/涂料120可以用于改性支撐劑。支撐劑110可以為砂，例如石英砂、樹(shù)脂涂布的石英砂、海灘砂、高爾夫球砂、珊瑚砂、火山灰、玻璃砂、石膏砂、鮞粒砂、硅砂、黑砂、綠砂、沙漠砂、巖屑砂、生物成因砂、石榴砂、橄欖石砂、重礦物砂、大陸砂、石英砂或其他類(lèi)型的砂；或者陶瓷，用于制作陶瓷的材料，例如壓裂行業(yè)通常使用的鋁土礦、輕質(zhì)陶瓷或樹(shù)脂涂布的陶瓷，或者其他合適的微粒材料，例如石英粉、殼粉等等。所述表面改性的低粉塵生成復(fù)合物系統(tǒng)也能夠用于其他粉塵生成顆粒，比如云母、長(zhǎng)石、硅藻土、高嶺土、石英粉、海灘砂、操場(chǎng)砂、二氧化硅微硅粉、高爾夫球場(chǎng)砂等等。支撐劑110在圖1、2和3中以圓形或球形示出，但是其可以為不脫離本發(fā)明的任何幾何形狀。

所述化學(xué)涂料120可以不是熱固性聚合物、離子型聚合物、熱塑性彈性體或水凝膠。所述化學(xué)涂料120可以為非石油基、甘油基、丙二醇基或其組合。更特別地，所述化學(xué)涂料可以為甘油基、植物油基、妥爾油樹(shù)脂基、甲酯和/或乙酯基或其組合，或可以為礦物油或其他合適涂料。所述涂料可以不是離子型聚合物，所述離子型聚合物包括聚陰離子和聚陽(yáng)離子聚合物，所述離子型聚合物包括合成聚合物、生物聚合物或改性的生物聚合物，所述改性的生物聚合物包括在主鏈中或作為取代基的羧基、磺基、硫酸基、膦?；蛄姿猁}基團(tuán)或者其混合物，或者其鹽，或伯、仲或叔胺或季銨基團(tuán)或者其合適的鹽。所述化學(xué)涂料可以為環(huán)境友好的以及對(duì)人體和/或動(dòng)物無(wú)毒的。所述涂料可以不需要固化或干燥。涂料120可以不是連同不同目的的不同涂料一起使用的附加或第二涂料，但是可以單獨(dú)用作初級(jí)涂料成分。

石油基涂料或處理可以改變改性支撐劑系統(tǒng)的環(huán)境友好性和毒性屬性，包括至于其井下采用之前的處理材料中的空氣粉塵/粉末以及井下應(yīng)用之后的殘留的環(huán)境污染。通過(guò)非詳盡排除的方式，改性的支撐劑100可以不包括除了甘油或丙二醇之外的石油基涂料層，表面水凝膠層、合成聚合物層、硅烷功能劑層、合成樹(shù)脂層、熱塑性彈性體或基于石油餾分或由石油餾分單體制成的聚合物的其它涂料層。本發(fā)明不包括的其它涂料中包括增黏劑，所述增黏劑包括聚酰胺和縮多酸，各種熱塑性彈性體或熱固性聚合物、聚氨酯、固化異氰酸酯功能成分、甘油松香酯或季戊四醇松香酯、酚醛聚合物、聚碳化二亞胺、環(huán)氧樹(shù)脂或粘彈性表面活性劑的有機(jī)涂層。該附加或可供可選的涂料有時(shí)用于懸浮泥漿中的支撐劑、將支撐劑傳送到壓裂處、促進(jìn)傳導(dǎo)率(也就是，在本文中為碳?xì)浠衔锏牧鲃?dòng)，不是電)、承受結(jié)構(gòu)壓力(也就是壓碎強(qiáng)度)或其它井下目的?？赡艿氖?，本發(fā)明的改性支撐劑100可以與這些材料系統(tǒng)組合使用，以解決水力壓裂或相關(guān)環(huán)境或其它井下目的(也就是減少支撐劑的倒流)中的多種競(jìng)爭(zhēng)性的關(guān)注問(wèn)題。

可以在所述支撐劑使用之前涂布所述涂料。因此，所述涂料可以涂布新的大體無(wú)塵的支撐劑。同樣地，所述涂料可以通過(guò)防止支撐劑磨耗而不是僅僅抑制存在的粉塵來(lái)根本上防止粉塵形成。給定具有特定粒徑大小的支撐劑，未涂層的支撐劑會(huì)在運(yùn)輸、處理或其他使用期間分解。伴隨著所述涂層防止支撐劑顆粒分解，涂層的支撐劑可以保持同樣的粒徑大小。該涂層的支撐劑可以從用于聚集存在的粉塵并防止存在的粉塵集合體進(jìn)行空氣傳播的涂層中區(qū)分開(kāi)來(lái)。支撐劑如果具有低于200的濁度，優(yōu)選地低于150，更優(yōu)選地低于100，最優(yōu)選地低于50，可以被認(rèn)為是大體無(wú)塵的。濁度為可能肉眼不可見(jiàn)的懸浮固體物質(zhì)引起的液體的混濁或模糊。水中懸浮的粉塵/粉末的粒徑大小與會(huì)出現(xiàn)呼吸危害性的可吸入粉塵顆粒相似。大體無(wú)塵的支撐劑可以為砂礦生產(chǎn)的支撐劑，所述砂可以洗滌、干燥、篩選并任選地儲(chǔ)存在筒倉(cāng)中。所述支撐劑的濁度可以取決于等級(jí)。例如，即使當(dāng)所有的樣品為大體無(wú)塵的，40/70和#100等級(jí)的樣品也可以具有比20/40和16/30等級(jí)的樣品更高的濁度。

在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境中，可以通過(guò)在室溫下往200g選定的微粒性物質(zhì)逐滴添加所述涂料來(lái)涂布所述涂層?？梢酝ㄟ^(guò)手動(dòng)用不銹鋼抹刀混合5分鐘直到所述涂料很好地分布到所述支撐劑來(lái)很好地混合所述涂料和支撐劑。能夠通過(guò)其它已知的機(jī)械混合方法可選地實(shí)現(xiàn)混合。

圖4為規(guī)?；苽浔砻娓男缘闹蝿┑倪^(guò)程的流程圖；步驟210中所述過(guò)程可以從前驅(qū)材料開(kāi)始，即支撐劑110。接著可以在步驟220中涂覆所述化學(xué)涂料120的第一層。對(duì)于工業(yè)應(yīng)用來(lái)說(shuō)，可以使用噴射、動(dòng)力連續(xù)的機(jī)械混合器、動(dòng)力分批的機(jī)械混合器、靜態(tài)混合器或其組合或者按所需使用其他混合或涂覆方法涂覆所述涂料。涂覆后，所述化學(xué)涂料120可以低于所述表面改性的支撐劑100的2wt.％、低于所述表面改性的支撐劑100的1wt.％或最優(yōu)選地所述表面改性的支撐劑100的0.05到0.20wt.％。

當(dāng)在步驟220中使用動(dòng)力連續(xù)的機(jī)械混合器時(shí)，所述動(dòng)力連續(xù)的機(jī)械混合器可以具有旋轉(zhuǎn)軸安裝槳葉、銷(xiāo)、一個(gè)扁帶或多個(gè)扁帶或其組合，并可以由電機(jī)、引擎或其他驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)提供動(dòng)力。另外或可選地，可以使用滾筒或其他容器，所述滾筒或其他容器可以包括混合刮板、鏟斗、板、壩等等?？梢栽谒鰟?dòng)力連續(xù)的機(jī)械混合器的上游或所述支撐劑進(jìn)入所述動(dòng)力連續(xù)的機(jī)械混合器期間或緊接著所述支撐劑進(jìn)入所述動(dòng)力連續(xù)的機(jī)械混合器之后涂覆所述涂料。所述涂料涂覆點(diǎn)可以以這樣一種方式配置，以建立支撐劑流動(dòng)的垂簾模式，在所述模式中涂料采用能實(shí)現(xiàn)更有效的涂料分布涂覆的方式進(jìn)行涂覆。可選或此外地，可以使用噴嘴系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)涂料的更有效涂料分布涂覆。所述旋轉(zhuǎn)槳葉、銷(xiāo)、和/或扁帶可以促進(jìn)所述支撐劑和涂料的混合，可以將涂層的支撐劑傳送到所述動(dòng)力連續(xù)的機(jī)械混合器的卸料端。所述動(dòng)力連續(xù)的機(jī)械混合器可以具有單一旋轉(zhuǎn)軸或可以具有兩個(gè)或多個(gè)旋轉(zhuǎn)軸。這可以產(chǎn)生連續(xù)過(guò)程的攪拌工序以促進(jìn)所述涂層產(chǎn)品在所述支撐劑上的均勻分布?？蛇x地，在砂處理場(chǎng)或裝運(yùn)機(jī)或任何傳送所述砂的場(chǎng)所的帶、下降物和傳送可以提供足夠的如果不是最佳的涂料的混合。

動(dòng)力分批的機(jī)械混合器可以使用電機(jī)、引擎或其他驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)以促進(jìn)所述支撐劑和涂料的混合。可以在所述動(dòng)力分批的機(jī)械混合器的上游或所述支撐劑進(jìn)入所述動(dòng)力分批的機(jī)械混合器期間或緊接著所述支撐劑進(jìn)入所述動(dòng)力分批的機(jī)械混合器之后將所述涂料涂覆到所述支撐劑。所述涂料涂覆點(diǎn)可以以這樣一種方式定位或配置，以建立支撐劑流動(dòng)的垂簾模式，在所述模式中涂料采用能實(shí)現(xiàn)更有效的涂料分布涂覆的方式進(jìn)行涂覆?？蛇x或此外地，可以使用噴嘴系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)涂料的更有效涂料分布涂覆。所述旋轉(zhuǎn)槳葉、銷(xiāo)和/或扁帶可以促進(jìn)所述支撐劑和涂料的混合。所述動(dòng)力分批的機(jī)械混合器可以具有單一旋轉(zhuǎn)軸或可以具有兩個(gè)或多個(gè)旋轉(zhuǎn)軸。在混合之后，經(jīng)涂布的支撐劑可以退出所述動(dòng)力分批的機(jī)械混合器并且所述過(guò)程可以重復(fù)。這可以產(chǎn)生分批過(guò)程的攪拌工序以促進(jìn)所述涂料產(chǎn)品在所述支撐劑上的均勻分布。

靜態(tài)混合器可以使用非動(dòng)力裝置混合所述支撐劑和涂料。支撐劑可以通過(guò)所述靜態(tài)混合器重力給料?？梢栽谒鲮o態(tài)混合器的上游或所述支撐劑進(jìn)入所述靜止混合器期間或緊接著所述支撐劑進(jìn)入所述靜止混合器之后將所述涂料涂敷到所述支撐劑。所述涂布的作用點(diǎn)可以以這樣一種方式定位或配置，以在所述靜止混合器的上游或所述支撐劑的給料端或緊接著所述支撐劑進(jìn)入所述靜止混合器之后建立支撐劑流動(dòng)的垂簾模式，以允許所述涂料的更有效分配應(yīng)用?？蛇x或此外地，可以使用噴嘴系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)涂料的更有效分配應(yīng)用?？梢栽谒鲮o止混合器的內(nèi)側(cè)安裝擋板、轉(zhuǎn)向器、板、梯子磴等等以促進(jìn)所述支撐劑和涂料的混合。這可以產(chǎn)生連續(xù)過(guò)程的攪拌工序以促進(jìn)所述涂料產(chǎn)品在所述支撐劑上的均勻分布。

步驟230中，可能到達(dá)一個(gè)決定點(diǎn)，如果需要，這里可以涂覆另外的涂料層?？梢詫⒚糠N涂料可以順序涂覆在積聚物上。多個(gè)涂料層中的每個(gè)可以為同一類(lèi)型的涂料的層，或者每一層可以為不同類(lèi)型的涂料，或者其組合?？梢允褂蒙鲜霾襟E220描述的任何一個(gè)或多個(gè)涂覆工藝涂覆每一層涂料層。

步驟240中，可能到達(dá)一個(gè)決定點(diǎn)，其中可能在所述改性的支撐劑上進(jìn)行一個(gè)或多個(gè)另外的化學(xué)改性?；瘜W(xué)標(biāo)記物，比如著色劑、UV染料、傳導(dǎo)率增強(qiáng)化學(xué)制品，和/或生物標(biāo)記，例如DNA，也可以添加到支撐劑復(fù)合物以達(dá)到容易識(shí)別、追蹤的目的或其他目的。另外或可選地，可以添加壓裂液延遲交聯(lián)劑，例如甜菜堿、葡萄糖酸鹽、聚乙二醇或其組合。這些化學(xué)物質(zhì)也可以與抗磨涂料一起作為混合物在步驟220和/或230中應(yīng)用。

步驟250中，可以?xún)?chǔ)存上述過(guò)程生產(chǎn)的所述改性的支撐劑，隨后將其運(yùn)輸?shù)剿毫褕?chǎng)所使用。在施工現(xiàn)場(chǎng)或供應(yīng)鏈的任何地方執(zhí)行該過(guò)程也是可能的，甚至包括水力壓裂場(chǎng)所的需求。然而，該材料系統(tǒng)與未處理支撐劑甚至是用另外的化學(xué)系統(tǒng)處理的支撐劑相比將顯示大幅提高的粉塵控制和抗磨耗性能。

圖5示出了壓裂過(guò)程中使用表面改性的支撐劑的示意圖。水力壓裂通常用于油氣生產(chǎn)以使得鉆井孔310的產(chǎn)出最大化。該過(guò)程涉及注入高度加壓的流體320到鉆井孔310內(nèi)，使下面的巖石破裂，流體典型地包括水、化學(xué)制品和支撐劑。接著流體中的支撐劑保持在巖石的裂縫中并保持裂縫或裂痕340打開(kāi)。水力壓裂經(jīng)常與水平孔鉆探330組合使用。通過(guò)產(chǎn)生裂痕340并用材料(包括本發(fā)明的改性的支撐劑)對(duì)其填充以保持所述裂痕打開(kāi)，底下的碳?xì)浠衔锪鬟^(guò)所述裂痕進(jìn)入所述鉆井孔以供采集。返回步驟220的制作改性的支撐劑的過(guò)程，所述化學(xué)涂層120將不會(huì)阻礙作為高壓流體320一部分的改性的支撐劑100的流動(dòng)。所述化學(xué)涂層120和生成的改性的支撐劑100也可以與所述高壓流體320兼容，所述高壓流體320也被稱(chēng)為壓裂液。

雖然所述復(fù)合物尤其適合在水力壓裂中用作支撐劑，但是其也可以在需要低粉塵/粉末的其它應(yīng)用中使用。例如，這樣一種涂料也可以用于生成低粉塵、抗磨耗組合物，用于工業(yè)砂(例如用于玻璃、鑄造、油漆、建筑應(yīng)用)、休閑砂(例如操場(chǎng)、高爾夫球場(chǎng)應(yīng)用)或者用于其它礦物或粉劑。

此處描述的本發(fā)明的實(shí)施方式主要描述能夠用于制備支撐劑復(fù)合物的基礎(chǔ)化學(xué)，所述支撐劑復(fù)合物具有耐磨耗性，以實(shí)現(xiàn)運(yùn)輸和處理、尤其是壓裂施工現(xiàn)場(chǎng)氣動(dòng)卸載這樣一種支撐劑復(fù)合物和/或在運(yùn)輸、儲(chǔ)存或處理設(shè)備上使用其它粉末中的低支撐劑粉塵/粉末和低可吸入支撐劑粉塵/粉末。本發(fā)明中應(yīng)用的化學(xué)為對(duì)人體安全以及對(duì)水生物種安全的化學(xué)制品。此外，本發(fā)明中應(yīng)用的這些安全的化學(xué)制品也具有顯著的綠色和可持續(xù)性。

以下實(shí)施例，用作描述而不是限制，描述本發(fā)明的特定實(shí)施方式。

實(shí)施例1用壓裂砂的0.1wt％水平上的妥爾油樹(shù)脂處理常規(guī)北方白石英壓裂砂(20/40)。所述壓裂砂的表面溫度為70C，所述妥爾油樹(shù)脂的溫度為70C或更高。很好地機(jī)械混合所述壓裂砂和妥爾油樹(shù)脂以實(shí)現(xiàn)所述妥爾油樹(shù)脂在壓裂砂顆粒上的均勻覆蓋。接著將表面具有妥爾油樹(shù)脂覆蓋的壓裂砂顆粒的所述壓裂砂復(fù)合物的成品放置在球磨機(jī)上進(jìn)行室溫下6小時(shí)的研磨以模擬所述砂典型運(yùn)輸期間的真實(shí)世界條件。接著基于ISO 13503-2:2006E部分9測(cè)量研磨產(chǎn)品的濁度。圖6的A)中示出了所述濁度，2NTU。未涂層的壓裂砂也按該示例所述的研磨過(guò)程測(cè)驗(yàn)，其研磨后的濁度通過(guò)相同的ISO 13503-2:2006E部分9試驗(yàn)方案測(cè)定。圖6的B)中示出了所述濁度，130NTU，以作為對(duì)照。

實(shí)施例2如實(shí)施例1中所述，使用妥爾油樹(shù)脂和黃色油脂混合物(50/50)在所述壓裂砂的0.1wt％水平上處理所述壓裂砂。圖6的C)中示出了六小時(shí)研磨后的所述濁度，32NTU。

實(shí)施例3如實(shí)施例1中所述，使用甘油在所述壓裂砂的0.15wt％水平上處理所述壓裂砂。壓裂砂和甘油都在室溫下。圖6的D)中示出了六小時(shí)研磨后的所述濁度，32NTU。

并進(jìn)行6小時(shí)的磨耗研究，其示出了未涂層砂和涂層砂之間濁度的顯著差異。進(jìn)行另外的試驗(yàn)以確保所述引人注目的的濁度的差異不是試驗(yàn)方案的人為現(xiàn)象。該試驗(yàn)是為了演示觀(guān)察到的粉末減少是由于磨耗減少而不是粉末嵌入涂料。

在本研究中，測(cè)量出現(xiàn)在濁度試驗(yàn)使用的水樣本中甘油的量。數(shù)據(jù)示出了涂料的0.15wt％甘油整個(gè)從所述涂料砂的表面移除。因此，濁度的減少是由于磨耗減少而不是涂層對(duì)粉塵/粉末的捕獲。

進(jìn)行進(jìn)一步的試驗(yàn)以演示所述甘油本身不是通過(guò)例如凝聚粉末來(lái)減少濁度。在本研究中，我們還進(jìn)行一試驗(yàn)，其中我們有目的地以典型涂層劑量添加水相甘油，并檢查六小時(shí)研磨后的未涂料壓裂砂的濁度是否受所述存在的甘油的影響。我們的研究示出了以典型涂層劑量將甘油添加到水相中沒(méi)有產(chǎn)生濁度的改變。其再次指向事實(shí)：甘油涂層確實(shí)提高了支撐劑的抗磨耗性。

實(shí)施例4如實(shí)施例3中所述，使用甘油/水混合物(67/33)在所述壓裂砂的0.15wt％水平上處理所述壓裂砂。圖6的E)中示出了六小時(shí)研磨后的所述濁度，32NTU。

實(shí)施例5如實(shí)施例3中所述，使用甘油/水混合物(50/50)在所述壓裂砂的0.15wt％水平上處理所述壓裂砂。圖6的F)中示出了六小時(shí)研磨后的所述濁度，62NTU。

實(shí)施例6如實(shí)施例3中所述，使用工業(yè)級(jí)甘油/水混合物(67/33)在所述壓裂砂的0.15wt％水平上處理所述壓裂砂。圖6的G)中示出了六小時(shí)研磨后的所述濁度，28NTU。

實(shí)施例7如實(shí)施例3中所述，使用粗甘油/水混合物(67/33)在所述壓裂砂的0.15wt％水平上處理所述壓裂砂。圖6的H)中示出了六小時(shí)研磨后的所述濁度，32NTU。

實(shí)施例8如實(shí)施例3中所述，使用甘油/水/丙二醇混合物(60/30/10)在所述壓裂砂的0.15wt％水平上處理所述壓裂砂。圖6的I)中示出了六小時(shí)研磨后的所述濁度，32NTU。

實(shí)施例9如實(shí)施例3中所述，使用甘油/水/乙二醇混合物(60/30/10)在所述壓裂砂的0.15wt％水平上處理所述壓裂砂。圖6的J)中示出了六小時(shí)研磨后的所述濁度，26NTU。

實(shí)施例10如實(shí)施例3中所述，使用甘油/水/甜菜堿混合物(60/30/10)在所述壓裂砂的0.15wt％水平上處理所述壓裂砂。圖6的K)中示出了六小時(shí)研磨后的所述濁度，26NTU。

實(shí)施例11如實(shí)施例3中所述，使用丙二醇/水混合物(67/33)在所述壓裂砂的0.15wt％水平上處理所述壓裂砂。圖6的L)中示出了六小時(shí)研磨后的所述濁度，26NTU。

實(shí)施例12如實(shí)施例3中所述，使用甘油/水/丙二醇/乙二醇/甜菜堿混合物(60/30/4/3/3)在所述壓裂砂的0.15wt％水平上處理所述壓裂砂。圖6的M)中示出了六小時(shí)研磨后的所述濁度，24NTU。

實(shí)施例13.以0.15wt％劑量的妥爾油樹(shù)脂涂布酚醛清漆樹(shù)脂涂布的壓裂砂(20/40)。基材和涂料溫度都為70C。冷卻后，經(jīng)涂布的樹(shù)脂涂布?jí)毫焉昂臀赐坎嫉臉?shù)脂涂布?jí)毫焉敖?jīng)受12.5小時(shí)的球磨研磨。圖7示出了兩球磨研磨支撐劑的濁度。妥爾油樹(shù)脂涂布的樹(shù)脂涂布?jí)毫焉按蟠鬁p小了樹(shù)脂涂布?jí)毫焉暗臐岫?，?80NTU到76NTU。如圖7所示，同樣顯示了，進(jìn)行相同的12.5小時(shí)的球磨研磨時(shí)，妥爾油樹(shù)脂涂布的北方白砂(20/40；0.15wt.％劑量)的濁度同樣高度的減小，從870NTU(未涂布的砂)到50NTU。

實(shí)施例14.以0.15wt.％劑量的妥爾油樹(shù)脂處理中等密度陶瓷(氧化鋁)支撐劑?；暮屯苛蠝囟榷紴?0C。冷卻后，涂布的陶瓷支撐劑和未涂布的陶瓷支撐劑經(jīng)受12.5小時(shí)的球磨研磨。圖7示出了兩球磨研磨支撐劑的濁度。妥爾油樹(shù)脂涂層能夠減小陶瓷支撐劑的濁度，從233NTU到大約2NTU。

實(shí)施例15.如實(shí)施例1和實(shí)施例4所述的未涂布?jí)毫焉昂徒?jīng)涂布的壓裂砂用于按規(guī)?？s小研究中的氣動(dòng)卸載。在封閉的直流箱子中于15psi下，12.5lbs/min砂抽運(yùn)速率進(jìn)行所述規(guī)?？s小研究。以重量分析和XRD分析組合表征3節(jié)37mm的預(yù)加重PVC過(guò)濾器盒上收集上升粉塵流中部的樣本。旋風(fēng)分離器用于收集可吸入部分的顆粒?；诟牧嫉腘IOSH 0600/7500和OSHA ID-142方法，分析這些收集的樣本的可吸入石英顆粒，包括石英和鱗石英以及另外的可吸入顆粒(不只二氧化硅部分)。圖8示出了可吸入石英粉塵水平。未涂布?jí)毫焉爱a(chǎn)生非常高水平的可吸入石英粉塵，同時(shí)本發(fā)明的涂布?jí)毫焉爱a(chǎn)生低于未涂布?jí)毫焉暗闹辽?4％的可吸入石英粉塵水平。該封閉的直流箱子試驗(yàn)與真實(shí)的施工現(xiàn)場(chǎng)情況對(duì)比為非常嚴(yán)格的試驗(yàn)，其中空氣中的可吸入石英粉塵在其通向工人之前通常更加擴(kuò)散。

實(shí)施例16如實(shí)施例1所述，以壓裂砂的0.15wt.％下的妥爾油樹(shù)脂涂料處理常見(jiàn)的北方白石英壓裂砂(#100或70/140)。所述壓裂砂和所述妥爾油樹(shù)脂涂料的溫度都為100C。很好地機(jī)械混合所述壓裂砂和所述妥爾油樹(shù)脂涂料以實(shí)現(xiàn)壓裂砂顆粒上妥爾油樹(shù)脂的均勻覆蓋。接著將表面具有妥爾油樹(shù)脂覆蓋的壓裂砂顆粒的壓裂砂復(fù)合物的成品放置在球磨機(jī)上進(jìn)行室溫下6小時(shí)的研磨。并將未涂布石英壓裂砂(#100或70/140)放置在球磨機(jī)并研磨6小時(shí)。圖6的N)和O)中分別示出了兩研磨樣本的濁度，2NTU和170NTU。

實(shí)施例17如實(shí)施例1所述，以壓裂砂的0.10wt.％下的妥爾油樹(shù)脂涂料處理普通的北方白石英壓裂砂(20/40)。所述壓裂砂和所述妥爾油樹(shù)脂涂布的溫度都為70C。很好地機(jī)械混合所述壓裂砂和所述妥爾油樹(shù)脂涂料以實(shí)現(xiàn)壓裂砂顆粒上妥爾油樹(shù)脂的均勻覆蓋。壓裂砂顆粒上具有妥爾油樹(shù)脂的壓裂砂復(fù)合物的成品進(jìn)一步以0.025wt.％下的甘油基涂料(67/33甘油/水混合物)涂料，并在70C下很好地機(jī)械混合。接著將所述成品放置在球磨機(jī)中進(jìn)行室溫下6小時(shí)的研磨。圖6的P)中示出了研磨樣本的濁度，42NTU。

實(shí)施例18如實(shí)施例17所述，以壓裂砂的0.50wt.％下的妥爾油樹(shù)脂涂料處理常見(jiàn)的北方白石英壓裂砂(20/40)。所述壓裂砂和所述妥爾油樹(shù)脂涂料的溫度都為70C。很好地機(jī)械混合所述壓裂砂和所述妥爾油樹(shù)脂涂料以實(shí)現(xiàn)壓裂砂顆粒上妥爾油樹(shù)脂的均勻覆蓋。壓裂砂顆粒上具有妥爾油樹(shù)脂的壓裂砂復(fù)合物的成品進(jìn)一步以0.025wt.％下的甘油基涂料(67/33甘油/水混合物)涂布，并在70C下很好地機(jī)械混合。接著將所述成品放置在球磨機(jī)中進(jìn)行室溫下6小時(shí)的研磨。圖6的Q)中示出了研磨樣本的濁度，68NTU。

實(shí)施例19以壓裂砂的0.50wt.％下的天然豆油/豆油蠟混合物(80/20混合物)處理常見(jiàn)北方白砂(20/40)。在70C下很好地機(jī)械混合所述壓裂砂和所述天然豆油/豆蠟混合物涂料以實(shí)現(xiàn)壓裂砂顆粒上天然豆油/豆蠟混合物涂料的均勻覆蓋。接著以0.025wt.％下的甘油/水(67/33混合物)涂料進(jìn)一步涂布產(chǎn)物，并在70C下很好地機(jī)械混合。接著將表面具有涂料覆蓋的壓裂砂顆粒的壓裂砂復(fù)合物的成品放置在球磨機(jī)上進(jìn)行室溫下6小時(shí)的研磨。圖6的R)中示出了研磨樣本的濁度，2NTU。

實(shí)施例20以壓裂砂的0.10wt.％下的妥爾油樹(shù)脂涂料處理常見(jiàn)的北方白砂(70/140)。在70C下很好地機(jī)械混合所述壓裂砂和所述涂料以實(shí)現(xiàn)壓裂砂顆粒上所述涂料的均勻覆蓋。接著以0.025wt.％下的甘油/水(67/33混合物)涂料進(jìn)一步涂布產(chǎn)物，并在70C下很好地機(jī)械混合。接著將表面具有涂料覆蓋壓的裂砂顆粒的壓裂砂復(fù)合物的成品放置在球磨機(jī)上進(jìn)行室溫下6小時(shí)的研磨。圖6的S)中示出了研磨樣本的濁度，2NTU。

實(shí)施例21以壓裂砂的0.10wt.％下的油酸甲酯涂料處理常見(jiàn)的北方白砂(20/40)。所述壓裂砂和所述涂料在室溫下很好地機(jī)械混合。接著將成品放置在球磨機(jī)上進(jìn)行室溫下6小時(shí)的研磨。圖6的T)中示出了研磨樣本的濁度，12NTU。

實(shí)施例22將常見(jiàn)北方白砂(40/70)加熱到100C，接著以壓裂砂的0.125wt.％下的甘油/水(67/33，提前混合)處理。接著機(jī)械混合產(chǎn)物并將產(chǎn)物放置在球磨機(jī)上進(jìn)行室溫下6小時(shí)的研磨。圖9的A)中列出了研磨樣本的濁度。

實(shí)施例例23如實(shí)施例22中所述，以壓裂砂的0.084wt.％下的甘油和0.041wt.％下的水單獨(dú)添加同時(shí)處理40/70熱砂。機(jī)械混合后，接著將成品放置在球磨機(jī)上進(jìn)行室溫下6小時(shí)的研磨。圖9的B)中列出了研磨樣本的濁度，09NTU。

實(shí)施例24如實(shí)施例22中所述，首先以壓裂砂的0.084wt.％下的甘油處理40/70熱砂。機(jī)械混合后，接著以壓裂砂的0.041wt.％下的水進(jìn)一步處理體系。機(jī)械混合后，接著將成品放置在球磨機(jī)上進(jìn)行室溫下6小時(shí)的研磨。圖9的C)中列出了研磨樣本的濁度，66NTU。

實(shí)施例25如實(shí)施例22中所述，以壓裂砂的0.041wt.％下的水處理40/70熱砂。機(jī)械混合后，接著以壓裂砂的0.084wt.％下的甘油進(jìn)一步處理系統(tǒng)。機(jī)械混合后，接著將成品放置在球磨機(jī)上進(jìn)行室溫下6小時(shí)的研磨。圖9的D)中列出了研磨樣本的濁度，62NTU。

實(shí)施例26如實(shí)施例22中所述，接著將沒(méi)有任何化學(xué)處理的40/70熱砂放置在球磨機(jī)上進(jìn)行室溫下6小時(shí)的研磨。圖9的E)中列出了研磨樣本的濁度，178NTU。

實(shí)施例27如實(shí)施例22中所述，以0.13wt.％下的甘油/水(67/33)涂料處理預(yù)混合的熱(100C)壓裂砂(20/40的為45wt.％、40/70的為45wt.％以及70/140的為10wt.％)。冷卻時(shí)，篩選處理的壓裂砂并記錄每一篩分粒度的wt.％。研究?jī)膳叽纾?00g預(yù)混合的壓裂砂和10lb預(yù)混合的壓裂砂。并篩選提前混合的壓裂砂(未涂布)和提前混合的涂料壓裂砂(混合前首先涂布)以提供關(guān)于顆粒尺寸分布的背景數(shù)據(jù)。圖10示出了這四個(gè)體系的顆粒尺寸分布。

實(shí)施例28以室溫下壓裂砂的0.125wt.％下的甘油/水/KCl(66.4/32.7/0.9，預(yù)混合)處理常見(jiàn)北方白砂(30/50)。接著機(jī)械混合產(chǎn)物并將產(chǎn)物放置在球磨機(jī)上進(jìn)行室溫下6小時(shí)的研磨。圖11的A)中示出了研磨樣本的濁度，68NTU。將KCl添加到所述涂料以通過(guò)增加涂布?jí)毫焉扒逑匆旱膫鲗?dǎo)率作為標(biāo)記。將未涂布的常見(jiàn)北方白砂(30/50)放置在球磨機(jī)上進(jìn)行室溫下6小時(shí)的研磨。研磨樣本的濁度為167NTU。

實(shí)施例29如實(shí)施例28中所述，以室溫下壓裂砂的0.125wt.％下的甘油/水/羅丹明WT(67.00/32.99/0.01，預(yù)混合)處理30/50砂。接著機(jī)械混合產(chǎn)物并將產(chǎn)物放置在球磨機(jī)上進(jìn)行室溫下6小時(shí)的研磨。圖11的B)中示出了研磨樣本的濁度，57NTU。將羅丹明添加到所述涂料作為復(fù)合物支撐劑的UV標(biāo)記。

實(shí)施例30如實(shí)施例28中所述，以室溫下壓裂砂的0.125wt.％下的甘油/水/生態(tài)層300(科萊恩)(66.77/32.32/2.91，預(yù)混合)處理30/50砂。接著機(jī)械混合產(chǎn)物并將產(chǎn)物放置在球磨機(jī)上進(jìn)行室溫下6小時(shí)的研磨。圖11的C)中示出了研磨樣本的濁度，52NTU。將生態(tài)層300添加到所述涂料作為復(fù)合物支撐劑的顏色標(biāo)記。

實(shí)施例31如實(shí)施例1中所述，使用實(shí)驗(yàn)室去離子水在室溫下以壓裂砂的1.0wt％水平處理壓裂砂。室溫下12.5小時(shí)研磨后的濁度超過(guò)800NTU，超過(guò)了刻度。顯然，水能夠幫助抑制粉塵但不會(huì)幫助提高壓裂砂的抗磨耗性。并以室溫下0.10wt.％的50/50混合物中的妥爾油樹(shù)脂/黃色油脂處理壓裂砂，12.5小時(shí)研磨后的濁度為13NTU。

實(shí)施例32以酚醛樹(shù)脂/甲醛交聯(lián)聚合物涂布的商業(yè)北方白砂(20/40)經(jīng)受12.5小時(shí)的研磨，研磨后的濁度為480NTU。

實(shí)施例33以壓裂砂的0.125wt.％水平下的丙二醇/水(67/33)涂布的商業(yè)北方白砂(40/70)用于示例15中按比例縮小的研究中的氣壓卸載?；谑纠?制備的涂布?jí)毫焉癧以0.10wt.％下的妥爾油樹(shù)脂涂布的北方白砂(20/40)]和基于實(shí)施例7的涂布?jí)毫焉癧以0.15wt.％下的甘油/水(67/33)涂布的北方白砂(20/40)]也經(jīng)受同一類(lèi)型的氣動(dòng)卸載試驗(yàn)。

實(shí)施例34首先以妥爾油樹(shù)脂涂布常見(jiàn)的北方白砂(70/140)，所述妥爾油樹(shù)脂包括0.125wt.％下的涂料[妥爾油樹(shù)脂/豆油(80/20)]，隨后涂布0.005wt.％的包括甘油的第二涂料[甘油/水(67/33)]。如實(shí)施例33中所述，接著對(duì)涂布?jí)毫焉斑M(jìn)行氣動(dòng)卸載試驗(yàn)。

與未涂布?jí)毫焉?70/140)相比的總可吸入粉塵減少的百分比為大約94％。涂布?jí)毫焉暗臐岫葹榇蠹s2NTU或者與未涂布的相比為大約98％的下降。

圖12示出了對(duì)于每種涂料，與未涂布?jí)毫焉皩?duì)比，總可吸入粉塵(10微米的尺寸)減少的百分比。注意到每種涂布的壓裂砂上生成的總可吸入粉塵減少超過(guò)90％。這為示出了本發(fā)明提供的與傳統(tǒng)、未涂布?jí)毫焉跋啾忍岣叩闹苯雍饬?。總可吸入粉塵的減少轉(zhuǎn)化為負(fù)責(zé)處理材料的工人和場(chǎng)所附近的其他人的健康效益，以及場(chǎng)所附近的植物、野生生物和水系統(tǒng)的環(huán)境效益。

這可以是使用井下材料的另外效益。根據(jù)文獻(xiàn)(FairmountSantrol的SPE-171604-MS和支撐劑簡(jiǎn)介)，井下壓裂砂充填層中的粉塵/粉末帶來(lái)油井的傳導(dǎo)率丟失。除了別的以外，他們發(fā)現(xiàn)僅僅5％粉末能夠減少碳?xì)浠衔锪魉龠_(dá)到60％。哈利伯頓公表了相似的發(fā)現(xiàn)，結(jié)論為粉末的控制被證明為延伸傳導(dǎo)率保持的最有價(jià)值的貢獻(xiàn)者。支撐劑充填層內(nèi)的粉末干預(yù)能夠影響充填層滲透性，導(dǎo)致井產(chǎn)能的下降和過(guò)早衰退。

圖13為示出了實(shí)施例中所述的許多樣本的濁度減少系數(shù)總百分比的圖表。濁度減少系數(shù)(TRF)能夠表述為根據(jù)研磨的未涂布樣本的濁度和研磨的涂布樣本的濁度之間差異的比率，除以研磨的未涂布樣本的濁度，乘以100以得到百分比，其中所有濁度測(cè)量使用統(tǒng)一的單位，例如NTU。TRF提供與標(biāo)準(zhǔn)的未涂布支撐劑相對(duì)的表面改性的支撐劑改進(jìn)的標(biāo)示，包括對(duì)粉塵/粉末產(chǎn)生的材料阻力。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，在TRF為至少40％，優(yōu)選地超過(guò)60％，最優(yōu)選地超過(guò)70％時(shí)，粉塵/粉末被抑制并且可以得到其他效益。

可吸入粉塵減少系數(shù)(RDRF)為與標(biāo)準(zhǔn)的未涂布支撐劑相比表面改性的支撐劑改進(jìn)的另一標(biāo)示。RDRF能夠表述為根據(jù)未涂布樣本的可吸入粉塵和涂布樣本的可吸入粉塵之間差異的比率，除以未涂布樣本的可吸入粉塵，乘以100以得到百分比，其中所有可吸入粉塵測(cè)量使用統(tǒng)一的單位。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，在RDRF大于大約70％的地方，粉塵/粉末被抑制并且可以得到其他效益。

雖然附圖和權(quán)利要求描述了所述設(shè)備和方法，但是應(yīng)該理解，除了此處示出或提出的，可以在本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)做出其它的或進(jìn)一步的改變。