本申請(qǐng)要求2014年5月21日提交的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)No.62/001,443的優(yōu)先權(quán)，其內(nèi)容在這里作為參考引入。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及在地下地層中應(yīng)用的顆粒。更具體地，本發(fā)明涉及由基質(zhì)和水泥形成的顆粒以及制備和應(yīng)用這種顆粒的方法。

背景技術(shù)：

烴通常通過(guò)向地下鉆孔從而形成鉆井以提供從地球表面進(jìn)入下部巖石的通道而產(chǎn)出。地表之下的各種特征形成了油或其它烴可以存在其中的地下地層。通常應(yīng)用壓裂操作來(lái)強(qiáng)化由地下地層產(chǎn)出烴。在這種壓裂操作中，裂紋或裂縫由鉆井開(kāi)始進(jìn)入地下地層中，和所述裂縫經(jīng)常用稱(chēng)作支撐劑的小顆粒支撐，以允許烴在裂縫沒(méi)關(guān)閉的情況下流出地層。砂子通常用作支撐劑。但砂子具有相對(duì)差的抗高應(yīng)力性，導(dǎo)致產(chǎn)生細(xì)粉，由此喪失了裂縫導(dǎo)流性能，并最終導(dǎo)致地層中低的烴采收率。砂子的替代物如陶器或燒結(jié)礬土陶?？梢蕴峁└鼜?qiáng)的具有更好的抗應(yīng)力性的支撐劑，但其更昂貴且通常禁止在非常規(guī)氣和致密油的開(kāi)發(fā)中應(yīng)用。

許多支撐劑與載體聚合物(直鏈或交聯(lián))組合放置于地層中。放置之后，聚合物"破碎"因而允許流體在支撐劑填充顆粒之間流通。破碎可以由化學(xué)品實(shí)現(xiàn)。但當(dāng)?shù)貙訚B透率低時(shí)，可能需要花時(shí)間來(lái)使裂縫封閉(裂縫封閉時(shí)間)。因此，選擇化學(xué)品來(lái)溶解載體聚合物而不損害近岸烴項(xiàng)目可能是一個(gè)挑戰(zhàn)。因此，減少回流或初始生產(chǎn)中存在的水或其它壓裂流體有助于通過(guò)減少這種水或壓裂流體載帶進(jìn)入鉆井的支撐劑而清洗支撐劑填充。

現(xiàn)在，強(qiáng)的支撐劑傾向于嵌入裂縫表面或地層斷面。具體地，在近岸烴項(xiàng)目中，支撐劑如陶瓷傾向于嵌入頁(yè)巖斷面。因?yàn)椴糠种蝿┯锌赡軙?huì)成為斷面的一部分，嵌入地層中可能會(huì)導(dǎo)致有效裂縫寬度減小。未溶解的嵌入物可能會(huì)降低裂縫導(dǎo)流能力并因此降低烴采收率。

最后，如果不能適當(dāng)?shù)卦跀嗝鎯?nèi)保持在一起，支撐劑可能會(huì)流回到井內(nèi)，導(dǎo)致井隨時(shí)間而被阻塞和增加操作成本。這種現(xiàn)象的發(fā)生可能由多個(gè)因素的組合而驅(qū)動(dòng)，如巖石類(lèi)型、應(yīng)力對(duì)比和完井類(lèi)型等。通常工業(yè)上應(yīng)對(duì)該問(wèn)題是向支撐劑(陶瓷和/或砂子)添加樹(shù)脂涂層以提供顆粒間的連接。這種(樹(shù)脂涂層)是一種昂貴的解決辦法，有可能使支撐劑材料的成本翻倍或達(dá)到三倍。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

一種顆?？梢园ɑ|(zhì)和在基質(zhì)上的水泥層。所述水泥可以為暫停水合狀態(tài)。

一種通過(guò)鉆井處理地下地層的方法，所述方法可以包括通過(guò)鉆井向地下地層引入多個(gè)顆粒，其中每個(gè)顆粒均包含基質(zhì)和在基質(zhì)上的水泥層。所述水泥可以為暫停水合狀態(tài)，和所述方法可以包括通過(guò)鉆井向地下地層引入水分。所述方法還可以包括使所述顆粒和所述水分相互接觸。顆粒與水分間的接觸會(huì)導(dǎo)致水泥從暫停水合狀態(tài)轉(zhuǎn)化為二次水合狀態(tài)。

另一種方法可以包括提供多個(gè)顆粒，其中每個(gè)顆粒均包含基質(zhì)和在所述基質(zhì)上處于暫停水合狀態(tài)的水泥層。所述方法可以包括在水泥基本硬化前使水分與顆粒接觸和使顆粒之間相互接觸。所述方法還可以包括在保持顆粒間接觸同時(shí)使水泥基本變硬，導(dǎo)致顆粒之間粘接在一起形成聚集基體。

另外一種方法可以包括提供基質(zhì)、提供水泥和提供水分。所述方法可以包括使水泥與水分接觸，從而使水泥進(jìn)入初始水合狀態(tài)，和使所述基質(zhì)與初始水合狀態(tài)的水泥接觸，從而用水泥包覆所述基質(zhì)以形成顆粒。所述方法可以包括在將顆粒放置于承受負(fù)載的位置之前停止水合。

附圖說(shuō)明

圖1描述了按一個(gè)實(shí)施方案由基質(zhì)和基質(zhì)上的水泥層形成的顆粒的剖視圖。

圖2描述了按一個(gè)實(shí)施方案形成圖1的顆粒的方法。

圖3描述了按一個(gè)實(shí)施方案形成包含圖1的顆粒的聚集基體的方法。

圖4描述了按一個(gè)實(shí)施方案應(yīng)用圖1的顆粒處理地下地層的方法。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明涉及目前應(yīng)用的砂子支撐劑或其它支撐劑的替代物。正如下文所述，具有水合(塑性)狀態(tài)外部水泥涂層或外層的顆?？梢愿玫剡m應(yīng)斷裂面，從而導(dǎo)致更少的嵌入。另外，應(yīng)用這里描述的方法可以提供顆粒間更好的連接，并在比應(yīng)用樹(shù)脂更低的成本下防止回流問(wèn)題。

通常，顆粒110可以由在其上帶有水泥層114的基質(zhì)112形成。水泥114可以增加基質(zhì)112的抗擠壓性、增加顆粒110的圓整度、和規(guī)整能力以分級(jí)顆粒110。砂子顆粒因?yàn)閺?qiáng)度不夠、圓整度不合適和/或較差的分級(jí)效能而被認(rèn)為不適合用于支撐劑，水泥114可以使其用作裂縫支撐材料，例如使其保持完整性和滲透性。在一些例子中，這種完整性和滲透性在應(yīng)力高于5000psi時(shí)仍可以保持。當(dāng)顆粒110與其它相似顆粒聯(lián)合時(shí)，所形成相應(yīng)的基體結(jié)構(gòu)可以允許形成穩(wěn)定的聚集體結(jié)構(gòu)，其可以提高支撐劑填充對(duì)更高負(fù)載和應(yīng)力循環(huán)的耐受性。

在形成顆粒110之前，可以洗滌基質(zhì)112以從基質(zhì)表面脫除雜質(zhì)。也可以通過(guò)絲網(wǎng)或篩子處理基質(zhì)112,從而脫除比所需粒度更大或更小粒度的基質(zhì)。

在形成顆粒110期間，當(dāng)施用于基質(zhì)112時(shí)，水泥114可以包含水分。因此，當(dāng)施用于基質(zhì)112時(shí)，基質(zhì)112上的水泥114可以處于初始水合狀態(tài)。在將水泥層114已施用于基質(zhì)112之后，可以加熱所述顆粒110或者以其它方式干燥以從水泥114中脫除水分，以淬滅水泥反應(yīng)并維持顆粒110之間的粘接反應(yīng)。

在顆粒110干燥期間，可能希望提供灰塵收集系統(tǒng)，以捕集在干燥介質(zhì)如熱空氣中夾帶的水泥顆?；蚱渌腆w。

從水泥114中脫除水分可能會(huì)導(dǎo)致水泥的水合明顯變慢乃至停止。因此，當(dāng)已通過(guò)干燥顆粒110脫除了足夠水分時(shí)，水泥114可以處于暫停水合狀態(tài)。在這一點(diǎn)上，顆粒110上的水泥114可以被認(rèn)為發(fā)生了部分水合或預(yù)先水合。雖然水泥114處于暫停水合狀態(tài)，但它可以作為干物質(zhì)貯存、運(yùn)輸或者以其它方式處理。然后，當(dāng)需要時(shí)，可以使顆粒110再次暴露于水分中，在該點(diǎn)處水泥114可以繼續(xù)水合過(guò)程，進(jìn)入二次水合狀態(tài)。所述二次水合可以繼續(xù)，直到水泥114基本硬化。替代地，所述二次水合可以放慢或停止一段時(shí)間，隨后進(jìn)入一個(gè)或多個(gè)隨后的水合狀態(tài)(即三次水合、四次水合等)。

下面參考圖1，顆粒110可以為球形。例如，顆粒110可以具有大于0.5的球形度和大于0.5的圓整度。顆粒110的粒度可以為如下的任何一種：20/40US目、20/50US目、30/50US目、40/70US目、50/70US目或100US目。例如，顆粒110的重量可以為1-1.5SG、1.3-1.8SG、1.7-2.2SG、2.0-2.5SG、2.1-2.8SG、2.7-3.5SG或3.2-3.8SG。粒度、形狀、分級(jí)和重量的變化可能取決于特定的基質(zhì)112、特定的水泥114以及基質(zhì)112與水泥114的比，從而達(dá)到所需的粘性、強(qiáng)度和成本特性。在一些實(shí)施方案中，基質(zhì)112與水泥114的比可以為3/1、2/1、1/1或0.5/1，重量比或者體積比都可以。經(jīng)過(guò)應(yīng)力循環(huán)或API導(dǎo)流測(cè)試后，細(xì)粉的產(chǎn)量可以小于10％。顆粒110可以與許多其它顆粒組合以形成一種結(jié)構(gòu)，或者可以在不與其它顆粒接觸的條件下應(yīng)用顆粒110。在一些用途中，可以將顆粒110用作支撐劑。當(dāng)用作支撐劑時(shí)，顆粒110可以在應(yīng)力下與其它顆粒粘接，并在地層中形成穩(wěn)定的聚集基體結(jié)構(gòu)(即聚集基體)。可以設(shè)計(jì)顆粒110從而使其在裂縫封閉期間粘接在一起，或者因?yàn)閼?yīng)力負(fù)載而在支撐劑填充中自由滑動(dòng)。顆粒110可以具有從支撐劑填充吸收流體(如水)的能力，并可以因此減輕與流體堵塞相關(guān)的損害，當(dāng)應(yīng)用于裂縫中時(shí)可以更好地導(dǎo)流。顆粒110通過(guò)與地層和/或其它顆粒粘接也可以在支撐劑填充內(nèi)具有自支撐的能力，從而有可能在更少支撐劑沉降的情況下更好地放置在裂縫中。由水泥114產(chǎn)生的連接結(jié)構(gòu)可以減小集中負(fù)載，產(chǎn)生的材料與生產(chǎn)周期產(chǎn)生的應(yīng)力更相容。顆粒110可以由更相容的材料制成，當(dāng)與其它顆粒110一起粘接時(shí)更像塑性固體，替代在接觸點(diǎn)上支持集中負(fù)載的支撐劑填充。顆粒110可以具有加速氧化型破碎劑的能力，從而允許更有力的凝膠破碎行為，導(dǎo)致破碎劑的成本節(jié)省。最后，當(dāng)顆粒110形成粘接的材料或基質(zhì)時(shí)，可以減少細(xì)粉的產(chǎn)生和支撐劑返回鉆井中。

基質(zhì)112的粒度可以為如下的任何一種：20/40US目、20/50US目、30/50US目、40/70US目、50/70US目或100US目。例如，基質(zhì)112的重量可以為1-1.5SG、1.3-1.8SG、1.7-2.2SG、2.0-2.5SG、2.1-2.8SG、2.7-3.5SG、或3.2-3.8SG。粒度、形狀、分級(jí)和重量的變化可能取決于特定的基質(zhì)112、特定的水泥114以及基質(zhì)112與水泥114的比，從而達(dá)到所需的粘性、強(qiáng)度和成本特性。合適基質(zhì)的例子包括但不限于石英砂(例如低或高的棱角度)、為各種礦物質(zhì)混合物的砂子、鋁球、胡桃殼、玻璃珠、塑料球、陶瓷、鍍有樹(shù)脂的砂子、氧化鋁、硅酸鈦、氧化鐵、輕質(zhì)材料(如比砂子更輕的材料)、中空微球、由建筑業(yè)回收的粉碎混凝土顆粒或其它粉碎混凝土、飛灰、二次原料、碎玻璃或其它玻璃顆粒、碎石、粉碎的輕骨料、渣塊、廢催化劑(如重金屬浸出物)、各種類(lèi)型的水泥(包括波特蘭水泥、微水泥、礦渣和/或粉煤灰水泥)、歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN197-1中提到的所有水泥類(lèi)型和組成(包括類(lèi)型I-V和亞類(lèi)型(例如類(lèi)型II中的亞類(lèi)型7))、ASTM C150中提到的所有類(lèi)型和組成和ASTM C595中提到的所有類(lèi)型和組成、礦物質(zhì)殘?jiān)?、或任何其它顆粒、細(xì)粒、種子或適合于至少部分被水泥層包覆的物體。當(dāng)顆粒110打算用作支撐劑時(shí)，基質(zhì)112可以包括上面所列的任何基質(zhì)112，以及許多傳統(tǒng)支撐劑的任何一種。當(dāng)基質(zhì)112為低密度材料時(shí)，顆粒110在斷面中的放置可能更加有效，和可能不需要膠凝流體來(lái)輸送，從而減少或消除了膠凝流體對(duì)于裂縫可能的損害效果。在一個(gè)實(shí)施例中，可以將非支撐劑級(jí)的砂子用作基質(zhì)112，以相比于傳統(tǒng)的支撐劑使材料成本降低。

打算在非壓裂操作中應(yīng)用的顆?？梢园ㄉ鲜龅念w粒和/或傳統(tǒng)應(yīng)用于類(lèi)似用途的顆粒。

水泥114可以為具有水力學(xué)特性的礦物粉末，顆粒密度為2.0-4.0kg/l，和平均粒度為0.1微米至大于100微米。水泥114可以為作為一層或多層(例如114a和114b)施用的涂層，以至少部分覆蓋基質(zhì)112。當(dāng)置于基質(zhì)112上時(shí)，水泥114成層、包覆或者以其它方式在一定程度上覆蓋基質(zhì)112。在一些應(yīng)用中，水泥114大部分、基本上、乃至全面包封基質(zhì)112，從而保護(hù)基質(zhì)112不暴露于超出水泥114的條件。但覆蓋或設(shè)計(jì)考慮的天然不完美可能使一些區(qū)域覆蓋降低，包括其中基質(zhì)112的一個(gè)或多個(gè)部分未被水泥114覆蓋的區(qū)域。不管覆蓋程度如何，包覆基質(zhì)112的水泥層114可以形成多個(gè)中間層，所述中間層明顯分開(kāi)或者形成一體。

最終，水泥114的最終層在任何地方可能具有10-200微米的厚度116。該厚度116可以沿顆粒110發(fā)生變化，這取決于基質(zhì)112的形狀、用來(lái)向基質(zhì)施用水泥114的方法、設(shè)計(jì)考慮或其它因素。因此，厚度116可以按最小厚度、最大厚度或優(yōu)選平均厚度測(cè)量。在一些應(yīng)用中，水泥114可以包括波特蘭水泥、微水泥、礦渣和/或粉煤灰水泥、渣塊和歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN197-1中提到的所有水泥類(lèi)型和組成(包括類(lèi)型I-V和亞類(lèi)型(例如類(lèi)型II中的亞類(lèi)型7))、ASTM C150中提到的所有類(lèi)型和組成和ASTM C595中提到的所有類(lèi)型和組成或它們的組合。這些不同類(lèi)型的水泥或水泥材料被歸類(lèi)為能夠與水反應(yīng)并形成耐水性粘接材料的水硬性材料。當(dāng)顆粒110用作支撐劑時(shí)，可以根據(jù)特性選擇水泥114以提高抗壓碎性和當(dāng)顆粒110緊密保持在一起時(shí)形成基體框架結(jié)構(gòu)。另外，水泥114可以包含玻璃纖維、納米管或其它一些增強(qiáng)材料、或其它化學(xué)品如但不局限于聚合物、填料、添加劑或混合物，以增加顆粒110的抗壓碎性或粘接能力/粘性。

在基質(zhì)112上施用水泥114可以以多種不同的方式來(lái)實(shí)施。例如，水泥114和基質(zhì)112的干混合物可以用少量水預(yù)先水合，從而用一薄層水泥114包覆基質(zhì)112。隨后可以將所述混合物在作為輸送介質(zhì)的過(guò)量水或甲纖維素中泵送。預(yù)水合可以使水泥顆粒輕微地粘接到基質(zhì)112的各個(gè)顆粒上，同時(shí)保留足夠的水合以隨后在裂縫中形成可滲透的粘接結(jié)構(gòu)。

通常，一種方法可以包括在設(shè)置用于此操作的裝置或其它地點(diǎn)或設(shè)施處提供基質(zhì)112、提供水泥114和提供水分。所述方法可以包括導(dǎo)致或以其它方式允許水泥114與水分接觸，從而水泥114進(jìn)入初始水合狀態(tài)。在水合期間，水泥114與水分之間可能發(fā)生不可逆的化學(xué)過(guò)程。因此，在初始水合期間，可以開(kāi)始所述化學(xué)過(guò)程并且可以持續(xù)直到有什么阻止化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行。當(dāng)水泥114處于初始水合狀態(tài)時(shí)，可以將基質(zhì)112以與水泥114接觸。因此，基質(zhì)112被水泥114包覆以形成顆粒110。一旦形成顆粒110，但在水泥114基本硬化之前，可以干燥顆粒110，以放慢或停止化學(xué)反應(yīng)的進(jìn)行并使水泥114進(jìn)入暫停水合狀態(tài)。

例如，參考圖2，水泥源210和基質(zhì)源212可以分別為混合器214提供水泥114和基質(zhì)112。水泥源210和基質(zhì)源212各自可以具有連續(xù)或間歇的配料和進(jìn)料系統(tǒng)。質(zhì)量流量的控制可以通過(guò)為水泥114和基質(zhì)112稱(chēng)重或者通過(guò)計(jì)量水泥114和基質(zhì)112的體積而實(shí)現(xiàn)。如圖所示，水泥源210和基質(zhì)源212各自可以包括進(jìn)料斗、輸送帶、氣力吹送和/或手動(dòng)進(jìn)料機(jī)構(gòu)以及相應(yīng)的控制從而允許精確調(diào)節(jié)移動(dòng)進(jìn)入混合器214的基質(zhì)112與水泥114之間的比。在礦石被開(kāi)采后，基質(zhì)112可以經(jīng)歷預(yù)先篩分或其它過(guò)程，從而提供特定的規(guī)定粒度和/或分布參數(shù)。這種過(guò)程可以包括洗滌、水力分級(jí)、通過(guò)天然氣或其它方式進(jìn)行干燥、使所得的干基質(zhì)112分級(jí)、儲(chǔ)藏和/或運(yùn)輸基質(zhì)112至將引入水泥114的位置。

混合器214可以包括混凝土自由下落攪拌機(jī)、轉(zhuǎn)鼓、貯罐、旋轉(zhuǎn)或其它制粒機(jī)、犁式混合器、轉(zhuǎn)鼓、盤(pán)式制粒機(jī)、高剪切混合機(jī)、低剪切混合機(jī)、葉片拌和機(jī)、深的圓筒制粒機(jī)、槳式混合機(jī)、聚結(jié)設(shè)備、粉末包覆設(shè)備、自清理混凝土混合機(jī)、用于流體加料的噴嘴或能夠以手動(dòng)和/或自動(dòng)模式使基質(zhì)112、水泥114和水分源接觸的任何其它容器或設(shè)備。水分源216可以為混合器214中的水泥114提供水分。水分源216可以為貯罐或其它容器，和水分可以為以手動(dòng)和/或自動(dòng)模式通過(guò)噴嘴、軟管、管道噴撒或以其它方式輸送到混合器214的水。水可以為適合于制造混凝土和/或灰漿且對(duì)水泥或水泥材料的水合無(wú)害的淡水。水可以以受控方式計(jì)料給混合器214，從而提供水與水泥的所需比例。

混合物可以包括如下物質(zhì)的加入：聚合物纖維如聚丙烯酰胺、聚丙烯酸酯、瓜耳豆膠、瓜爾膠衍生物、多糖、多糖和其它親水聚合物的摻混物；聚合物如聚丙烯、聚酰胺、聚酰亞胺、聚酯、聚芳基酰胺；金屬如鍍鋅鋼、不銹鋼、青銅、黃銅、鋁、帶或不帶涂層的玻璃、碳、驟冷的熔巖纖維(如玄武巖)等，以有助于增加未來(lái)粘接的粘接顆粒的強(qiáng)度和懸浮顆粒的聚結(jié)。

混合器214中組合物的示例比例可以包括約83％的砂子、14％的水泥和2-4％的水。示例的范圍可以包括25-80％的砂子、13-70％的水泥和3-15％的水。替代地，范圍可以包括50-70％的砂子、25-50％的水泥和5-10％的水。在與水分(如水)接觸時(shí)，水泥214可以開(kāi)始初始水合。該初始水合可以與基質(zhì)112和水泥114的混合同時(shí)發(fā)生，從而濕水泥114與基質(zhì)112接觸并在其上形成層。替代地，所述水分可以在水泥114與基質(zhì)112接觸前或者接觸后與水泥114接觸?？梢詫⑺?、水泥114和基質(zhì)112在混合器214中攪拌一段時(shí)間，使其足以在基質(zhì)112上提供水泥層114，所述水泥層114具有合適的厚度116和覆蓋比例。例如，初始水合過(guò)程可以持續(xù)至少2小時(shí)。一旦在基質(zhì)112上已形成水泥層114，則產(chǎn)生了顆粒110，可以從混合器214中移除顆粒110。

在從混合器214移除顆粒110之后，基質(zhì)112上的水泥114可能仍然很脆弱且易于受損。水泥114可能需要一定程度的硬化。值得注意的是，即使不再引入更多的水分，存在于水泥114中的水分也可能繼續(xù)水合過(guò)程。因此，在沒(méi)有進(jìn)一步干擾的情況下，水泥114可以繼續(xù)水合過(guò)程且變硬。所存在的水分量、初始水合的時(shí)間以及水泥114和基質(zhì)112的性質(zhì)可以決定水合以及任何相應(yīng)硬化的程度。優(yōu)選地，水泥114經(jīng)歷足夠的初始水合以提供水泥114充分固化以粘住基質(zhì)112的穩(wěn)定顆粒110。為了保證足夠的水合，可以提供輸送機(jī)218以允許繼續(xù)初始水合，直到將水泥114固化至所需程度以提供具有所需特性的顆粒110。附加或替代地，可以提供臨時(shí)貯存器(沒(méi)有示出)以使水泥114硬化到一定程度。例如，在已經(jīng)充分水合前，可以將顆粒貯存30分鐘至1小時(shí)、1小時(shí)至72小時(shí)、或小于72小時(shí)的任何時(shí)間。為了加快水合，可以向混合和/或泵送過(guò)程中加入水泥促進(jìn)劑，例如三乙醇胺氯化鈣、氯化鉀、甲酸鈉、硝酸鈉和其它堿和堿土金屬鹵化物、甲酸鹽、硝酸鹽和碳酸鹽或其它、阻滯劑(例如酒石酸鈉、檸檬酸鈉、葡萄糖酸鈉、衣康酸鈉、酒石酸、檸檬酸、葡萄糖酸、木質(zhì)素磺酸鹽、和合成聚合物和共聚物、觸變添加劑、糖或其它)、懸浮劑等，它們也可以在灰漿漿液中存在。

一旦已發(fā)生足夠的初始水合，在水泥114已基本硬化前，可以使顆粒110脫水(例如干燥)。這種脫水可以使水合停住或至少變慢，從而顆粒110的水泥114由初始水合狀態(tài)轉(zhuǎn)化為暫停水合狀態(tài)，由此阻止顆粒110在進(jìn)一步存在水分的情況下不起反應(yīng)。各種脫水方法可以包括應(yīng)用化學(xué)品如丙酮或乙醇、干氣流(如空氣)和/或應(yīng)用熱。在所描述的實(shí)施方案中，這種干燥可以在輸送器218上或貯存器中開(kāi)始發(fā)生，并可以在干燥器中繼續(xù)。干燥器220可以通過(guò)蒸發(fā)(例如通過(guò)應(yīng)用熱量或干空氣流)而從顆粒110的水泥114中脫除大量的水分。例如，干燥器220可以為火焰干燥器、流化床干燥器、轉(zhuǎn)鼓干燥器或其它加熱設(shè)備或熱循環(huán)設(shè)備。在一個(gè)實(shí)施例中，干燥器220可以在100-150℃的溫度下將所述顆粒110加熱3-30分鐘。在另一個(gè)實(shí)施例中，干燥器220可以在80-170℃的溫度下將顆粒加熱5-20分鐘。替代地，干燥可以包括引入化學(xué)品如醇、硅酸鹽凝膠、酮、二醇、內(nèi)烯烴或其它組合物。據(jù)認(rèn)為干燥前顆粒110的水分含量可以為至多15％的水。優(yōu)選地，通過(guò)干燥顆粒110的水分含量可以降低為2％或更小。例如，干燥后顆粒110的水分含量可以為0.5-5％。在一些實(shí)施方案中，可以達(dá)到小于1％的水分含量。一旦已脫除了足夠水分，顆粒110的水泥114可以進(jìn)入暫停水合狀態(tài)，并且在不另外加入水分時(shí)可能不發(fā)生進(jìn)一步的水合。如果干燥器220已經(jīng)應(yīng)用熱量，則當(dāng)顆粒210進(jìn)入附加的處理階段時(shí)，顆粒110可以在輸送器222上冷卻。

一旦顆粒110已經(jīng)干燥且任選冷卻，然后可以使顆粒110經(jīng)歷篩分過(guò)程以脫除任何過(guò)量的松散水泥和/或由顆粒110聚集而形成的過(guò)大尺寸的聚團(tuán)。一些聚集的顆粒110可能仍具有合乎要求的尺寸和可以保留，而其它聚團(tuán)可能被認(rèn)為太大和因此不合要求。篩分過(guò)程可以包括將來(lái)自干燥器220的多個(gè)顆粒110和其它流出物通過(guò)一個(gè)或多個(gè)篩子。因此，來(lái)自干燥器220的物質(zhì)可以通過(guò)篩子224以使灰塵或具有不合要求粒度的粒子226與具有所需特性的顆粒110分離開(kāi)來(lái)。在一個(gè)實(shí)施例中，所述篩子224可以包括20目的篩網(wǎng)以分離一種粒度的顆粒110，和通過(guò)20目篩網(wǎng)的物質(zhì)可以暴露于40目篩網(wǎng)中以分離另一粒度的顆?；蛭镔|(zhì)。取決于特定的用途，可以提供其它粒度和篩子的組合。篩分可以包括機(jī)械篩分、旋風(fēng)分離器、軌道篩分、傾斜振蕩器、多路平行篩分等。

一旦冷卻和任選分級(jí)或分離，然后例如通過(guò)運(yùn)輸帶可以將顆粒110移送至貯存容器228中。貯存容器228可以用于長(zhǎng)期或短期貯存，和在有些情況下也可以用于運(yùn)輸。一些示例性的貯存和/或運(yùn)輸容器包括防水容器、與水分源隔離的袋子、卡車(chē)、超級(jí)袋、砂子拖車(chē)、腹部圓頂拖車(chē)、鐵路車(chē)皮、水泥罐、船載容器或甲板、空運(yùn)集裝箱、自由下落攪拌機(jī)、簡(jiǎn)易棚區(qū)域、料倉(cāng)、倉(cāng)庫(kù)、山型推進(jìn)機(jī)或可以使顆粒110不接觸水分的任何其它貯藏容器或位置。貯存容器228可以基本不含水分或者可以包含抑制水泥水合的流體如油或其它化學(xué)品。將顆粒110運(yùn)至貯存容器228或者從中運(yùn)出可以包括氣力輸送、運(yùn)輸帶或通常用于運(yùn)輸干燥物質(zhì)的其它系統(tǒng)。吊裝可以在氣候控制環(huán)境下進(jìn)行，和可以作為冷產(chǎn)品實(shí)施裝貨，并且裝載有干燥劑包、通氣孔、塑料封皮或其它類(lèi)似的原位防護(hù)。

只要使顆粒110受保護(hù)遠(yuǎn)離可能與水泥反應(yīng)的水分，顆粒110的水泥114可以保持暫停水合狀態(tài)。例如，可以將水合的目標(biāo)設(shè)定為40％以保持水泥層完整，留下60％還沒(méi)有失效但準(zhǔn)備用于二次水合的水泥114。雖然水泥114處于暫停水合狀態(tài)，但顆粒110已經(jīng)具有干砂類(lèi)材料的外觀。

在一個(gè)替代的實(shí)施方案(沒(méi)有給出)中，通過(guò)聚合物分散可以形成顆粒110。可以通過(guò)噴霧、應(yīng)用制粒臺(tái)或其它方法在基質(zhì)112上以薄層形式施用熱塑性聚合物在水中的細(xì)分散體。然后可以加入干水泥和水泥114的厚度116可以約為顆粒110平均直徑的一半。在一些實(shí)施方案中，將顆粒110的底部部分(如下半部)浸入聚合物分散體的薄層中，從而水泥114與分散體中的水反應(yīng)。在這種構(gòu)造中，顆粒110的頂端部分(如上半部)將保持干燥，使得這部分水泥114也保持干燥。水泥反應(yīng)可以使水泥114牢固地錨定在基質(zhì)112上。通過(guò)應(yīng)用聚合物分散體的合適成膜溫度，將使所得顆粒110的水泥層以固體和部分彈性膠粘到基質(zhì)上。

貯存一段時(shí)間后，可以應(yīng)用顆粒110。貯存時(shí)間可以短至等于顆粒110從產(chǎn)生地運(yùn)輸?shù)焦ぷ鞯攸c(diǎn)之間的時(shí)間。例如，顆粒110可以在用于提質(zhì)原材料的中心設(shè)施處產(chǎn)生和立即運(yùn)輸至鉆井位置。替代地，貯存時(shí)間可以為幾小時(shí)、幾天、幾周、幾個(gè)月或者甚至幾年。在有些情況下，可能只有有限或沒(méi)有貯存時(shí)間。例如，顆粒110的制造可以在預(yù)期應(yīng)用的場(chǎng)所(例如鉆井位置處)發(fā)生并立即應(yīng)用。不管貯存時(shí)間如何，顆粒110的水泥114可以保持暫停水合狀態(tài)，直到想要應(yīng)用為止。顆粒110可以以多種方式應(yīng)用，包括地下操作、建設(shè)項(xiàng)目等。當(dāng)打算將顆粒110用作結(jié)構(gòu)組件時(shí)，應(yīng)用顆粒110的方法可以包括使顆粒110與其它類(lèi)似顆粒組合，并提供水分以再次引發(fā)水泥114的水合，從而使水泥114進(jìn)入二次水合的狀態(tài)。

下面參考圖3，將顆粒110從貯存容器228中取出并提供至應(yīng)用場(chǎng)所。可以在應(yīng)用場(chǎng)所處例如由第二水分源310提供水分。也可以在過(guò)程的任一點(diǎn)處提供添加劑318。添加劑可以包括促進(jìn)劑、阻滯劑、增塑劑、表面活性劑、增重劑、增稠劑、疏水性涂料、親水性涂料、pH緩沖劑、填料如石灰石、微纖維以提高強(qiáng)度等。添加劑更具體地可以包括如下任一種：氯化鈣、氯化鈉、氯化鉀、亞硝酸鈣、硝酸鈣、甲酸鈣、甲酸鈉、三乙醇胺、X-晶種(BASF)、納米-CaCO₃、糖基混合物(木質(zhì)素等)、碳水化合物的衍生物、可溶性鋅或鉛鹽、可溶性硼酸鹽、可溶性磷酸鹽、木質(zhì)素磺酸鈣、在ASTM C494中指定的混合物、石膏、磺基鋁酸鈣、游離石灰、金屬鋁、活性二氧化硅、渣塊、飛灰、礦渣、硅粉、石灰石、頁(yè)巖殘?jiān)?、火山灰、HEC、XL、瓜爾膠、通常的多糖和纖維素、摩擦降低劑、鹽水、殺生物劑、凝膠破碎劑和其它破碎劑等。添加劑可以相互混合和/或與顆粒110和/或與水分混合。這種混合可以按所述就地、異地、間斷、連續(xù)、半間斷或者按本領(lǐng)域熟練技術(shù)人員已知的其它方式發(fā)生。

可以允許水分在混合器312中與顆粒110接觸。在其上的水泥114基本硬化之前可以使顆粒110相互接觸。顆粒110之間的這種接觸可以發(fā)生在引入水分之前、期間或之后，只要在顆粒110相互接觸之前水泥114還沒(méi)有基本硬化即可。因此，在圖3的實(shí)施方案中，在混合器312中提供顆粒110和水分。然后顆粒110可以離開(kāi)混合器312，同時(shí)在其上的水泥114經(jīng)歷二次水合。然后顆粒110可以在地下地層中以構(gòu)造提供一定形狀的框架316或以其它方式彼此接觸?？梢员３诸w粒110間的接觸，同時(shí)允許水泥114基本硬化。因此，水泥114的硬化可能導(dǎo)致顆粒110粘合在一起，形成聚集基體314。如果顆粒110在框架316中，則然后可以按需要移除框架316。值得注意的是，雖然圖3表示了貯存容器228和框架316之間的混合器312，但可以將顆粒110直接放置于框架316中，和可以將水分直接從第二水分源310引至框架316，最終的結(jié)果是即使缺少混合器316，聚集基體314也是相同的。

下面參考圖4，可以以類(lèi)似于如上所述的方式應(yīng)用顆粒110，但替代在框架中，可以通過(guò)鉆井412應(yīng)用其上水泥214仍處于暫停水合狀態(tài)的顆粒110來(lái)處理地下地層410?？梢栽诂F(xiàn)場(chǎng)例如通過(guò)貯存容器228提供顆粒110。然后可以通過(guò)鉆井412將顆粒110引入地下地層410。也可以通過(guò)鉆井412將水分(例如來(lái)自貯罐414的水416)引入地下地層410。通過(guò)鉆井412向地下地層410引入顆粒110和引入水416可以通過(guò)多種方法中的任一種進(jìn)行。例如，顆粒110可以與載體如水416、鹽水、凝膠或增強(qiáng)流動(dòng)性的其它流體組合，可以將所述流體和顆粒110泵送入鉆井412。替代地，顆粒110可以在沒(méi)有任何流體加入的情況下流動(dòng)并可以直接泵送入鉆井412。另外，可以通過(guò)鉆井412作為混合物或者分開(kāi)向地下地層410引入顆粒110和水416。換句話(huà)說(shuō)，在向地下地層410引入顆粒110或水416之前，顆粒110可以與水416混合。例如，在將顆粒110和水416放置入混合器312并且混合形成漿液后，如圖3所示離開(kāi)混合器312的混合物可以輸送水416和顆粒110至鉆井412以輸送入地下地層410。在一些情況中，可以將離開(kāi)混合器312的混合物或其中水泥114以其它方式經(jīng)歷二次水合的顆粒110貯存有限的時(shí)間(例如至多1小時(shí))?？梢酝瑫r(shí)引入顆粒110和水416，不管兩者在進(jìn)入鉆井412之前是否已經(jīng)混合。另外，可以以在過(guò)程的任何一點(diǎn)處包括添加劑，如針對(duì)圖3描述的那些。不管添加劑與其它組分在何處接觸，都可以通過(guò)鉆井412向地下地層410引入添加劑，例如隨顆粒110和水416的混合物一起或同時(shí)但與這種混合物分開(kāi)引入。

在這個(gè)實(shí)施方案中，水416也可以包含其它化學(xué)品或添加劑。這種化學(xué)品或添加劑可以包括例如對(duì)pH起緩沖作用的組分。提供pH緩沖劑可能有助于防止pH改變，而pH改變有可能引起溶解液度對(duì)pH敏感的其它離子沉積。

可以在某一點(diǎn)允許顆粒110和水416相互接觸。這種接觸可以發(fā)生在將顆粒110和水416放置入地下地層410之前、期間或之后。顆粒110與水416間的接觸會(huì)導(dǎo)致顆粒110上的水泥114從暫停水合狀態(tài)轉(zhuǎn)化為二次水合狀態(tài)。因此，顆粒110可能具有粘性或者以其它方式相互粘接。當(dāng)顆粒110和水416直接接觸時(shí)，可能會(huì)發(fā)生二次水合狀態(tài)，或者當(dāng)水416灌入顆粒110間的空隙時(shí)，可能開(kāi)始二次水合。顆粒110和水416間的直接接觸可能沒(méi)有必要，只要顆粒110和水416之間有足夠的相互作用將水泥114暴露于足夠的水引起水合恢復(fù)即可?？梢栽试S二次水合繼續(xù)直到顆粒110的水泥114使顆粒110粘接在一起，不管其是否完全硬化。因此，甚至在完全水合之前，顆粒110也可以用作支撐劑。

顆粒110可以在溫度控制(冷卻或加熱)下與水循環(huán)以引發(fā)或延遲水泥反應(yīng)，從而進(jìn)一步控制在地層中粘滯行為的時(shí)間?？梢栽趩蝹€(gè)或多個(gè)步驟中以濃縮、稀釋或所需的濃度組合流體之前、之后或者過(guò)程中向載帶流體中加入添加劑。這將適應(yīng)于設(shè)備的可獲得性，如水合單元、停留貯罐、間歇或連續(xù)模式等，和在不同物流環(huán)境如天氣(極地、沼澤、岸上、沙漠、湖泊、運(yùn)河或海洋)和油氣活動(dòng)的類(lèi)型如影響過(guò)程流程的勘探、評(píng)估、開(kāi)發(fā)或再開(kāi)發(fā)等。

在二次水合期間，在顆粒110上的水泥114基本硬化之前，顆粒110之間相互接觸，和當(dāng)水泥114基本硬化時(shí)維持這種接觸可能會(huì)導(dǎo)致水泥114的硬化，導(dǎo)致顆粒110相互之間、與所述地層和包含水泥層的鉆井相互粘接直到鉆井內(nèi)部以在地下地層410中形成裂縫灌漿或聚集基體418。

在二次水合期間，在水泥114基本硬化的同時(shí)保持顆粒110和水416之間的接觸可以允許水泥114完全水合和提供具有所需特性的單個(gè)顆粒110和/或聚集基體418。例如，所述特征可以包括固體類(lèi)特性、物理完整性、與地層和烴的化學(xué)相容性、鉆井內(nèi)的可加工性、比地層對(duì)基底材料更高的滲透率等。注意到的是單個(gè)顆粒110可以在不暴露于其它單個(gè)顆粒的情況下暴露于水416。因此，多個(gè)顆粒110可以進(jìn)入鉆井412且完全分開(kāi)水合，從不形成聚集基體418。但對(duì)于大多數(shù)用途，據(jù)認(rèn)為顆粒110將會(huì)相互接觸以形成其中一個(gè)顆粒110的水泥114與另一個(gè)顆粒110的水泥1114化學(xué)粘合的結(jié)構(gòu)。

值得注意的是，在初始水合期間，水泥114可能已經(jīng)固化并且可能甚至已經(jīng)在一定程度上硬化。但當(dāng)進(jìn)入暫停水合狀態(tài)時(shí)，水泥114的硬化可以已經(jīng)停頓，從而在二次水合前只有部分硬化發(fā)生。然后，當(dāng)二次水合開(kāi)始時(shí)，可能發(fā)生更多的硬化，并允許其延續(xù)幾分鐘、幾小時(shí)、幾天或更長(zhǎng)的時(shí)間段，直到水泥114已基本硬化和提供所需的特性。

當(dāng)處理地下地層的方法包括壓裂時(shí)，某些步驟可以在向地下地層410引入顆粒110之前或之后進(jìn)行。因此，在引入顆粒110和引入水416之前，可以在地層410中在接近鉆井412處產(chǎn)生裂縫。然后，向地層410中引入顆粒110可以包括向所述裂縫引入顆粒110。同樣，向地層410中引入水416可以包括向所述裂縫引入水416。一旦水416在所述裂縫中與顆粒110反應(yīng)，則顆粒110可以為地層提供支撐。如果多個(gè)顆粒110粘合在一起，則可以在所述裂縫中形成聚集基體并提供支撐。一旦顆粒110為地層提供支撐，不管是部分聚集基體還是單獨(dú)起作用，當(dāng)顆料110繼續(xù)提供支撐時(shí)，均可以通過(guò)鉆井412從地下地層410中產(chǎn)出烴。

當(dāng)將顆粒110用于裂縫時(shí)，可以組合未包覆的支撐劑顆粒而應(yīng)用所述顆粒。應(yīng)用未包覆支撐劑和顆粒110的混合物可以降低對(duì)于特定裂縫所需的材料的成本，和可以形成具有更大滲透率的支撐裂縫。

處理基質(zhì)112和水泥114以提供具有處于暫停水合狀態(tài)的水泥的顆粒110可以在現(xiàn)場(chǎng)以連續(xù)方法實(shí)施，或者以顆粒110在異地生產(chǎn)而在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行漿液化的間歇方法實(shí)施。據(jù)認(rèn)為在異地進(jìn)行間歇生產(chǎn)可能更加實(shí)際，基于在現(xiàn)場(chǎng)通?？梢垣@得的設(shè)備類(lèi)型而言。但在現(xiàn)場(chǎng)的間歇和/或連續(xù)方法也可以在適當(dāng)改進(jìn)后可行。

當(dāng)用作支撐劑時(shí)，可以將顆粒110泵送以結(jié)合傳統(tǒng)支撐劑的各個(gè)階段，從而達(dá)到經(jīng)濟(jì)上最優(yōu)的方法。例如，有可能堅(jiān)持地面速度，同時(shí)例如通過(guò)首先泵送傳統(tǒng)支撐劑總體積的90％以填充裂縫的底部，和隨后最終用10％體積這里描述的顆粒110橋連裂縫并填充裂縫的頂部，可以獲得更高的受支撐的裂縫?？梢詰?yīng)用各種其它的比例和方法，這取決于多個(gè)因素如井著陸深度、空隙的位置、裂縫厚度和所應(yīng)用的流體的類(lèi)型。例如，一種應(yīng)用可以使用80％的傳統(tǒng)支撐劑和20％的用水泥形成的顆粒110，或反過(guò)來(lái)。其它組合可以為按70％和30％、60％和40％或50％和50％分配的傳統(tǒng)支撐劑和顆粒110。在一些地質(zhì)中，如果存在裂縫，可能有利的是首先泵送具有水泥114的顆粒110以達(dá)到更好的支撐高度，由此逆轉(zhuǎn)泵送的順序。在其它環(huán)境中，可以將顆粒110和傳統(tǒng)支撐劑的這種配對(duì)以非單一序列如3、7或10序列泵送，這取決于設(shè)計(jì)和濃度范圍為0.5-10ppg、1-9ppg、2-8ppg或3-7ppg。取決于用途，可以將顆粒110按大小、重量或其它方式進(jìn)行分離。在開(kāi)始工作時(shí)可以在低濃度下泵送更大的粒徑分布。

在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方案中，在水泥114硬化后、或達(dá)到二次水合后、在地層中410形成聚集基體418后，可以將所述裂縫再次暴露于足以進(jìn)一步打開(kāi)裂縫的流體壓力脈沖，和在聚集基體中提供更多的裂縫和/或使聚集基體與裂縫的巖石面斷開(kāi)連接。壓力脈沖后，開(kāi)裂的聚集基體可能會(huì)表現(xiàn)出附加的滲透率，但仍保持足夠地聚集，以提供本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)。

對(duì)于更高壓力，在本發(fā)明該實(shí)施方案中提供的壓力脈沖的時(shí)間長(zhǎng)度可能足夠久以達(dá)到支撐裂縫的全部長(zhǎng)度。壓力脈沖可以在井壽命的任何時(shí)間點(diǎn)處施加，包括烴流動(dòng)已經(jīng)開(kāi)始之前或后來(lái)已經(jīng)建立起烴流動(dòng)之后。

在本發(fā)明的這個(gè)實(shí)施方案中，用于提供壓力脈沖的流體可以為水、壓裂流體、烴基流體、或氣體如氮?dú)饣蚣淄?。?yīng)用氣體如氮?dú)饣蚣淄榭梢员苊庠诰奂w內(nèi)和接近裂縫面的地層內(nèi)放置附加的固體和/或液體，和從而避免由所述脈沖導(dǎo)致的任何不利的影響。應(yīng)用氣體將要求井口能夠保持足以打開(kāi)裂縫的壓力，而不需要借助于由鉆井內(nèi)液體提供的附加的水力壓頭。如果需要液體作為脈沖用流體，所述液體可以是包含支撐劑的液體，從而也將附加的支撐劑插入聚集基體中新形成的裂縫中或者裂縫的巖面與聚集基體之間。

據(jù)認(rèn)為這里的教導(dǎo)可以提供多個(gè)優(yōu)點(diǎn)，包括但不局限于如下。假定水泥包覆顆粒的粘性，通過(guò)更好的設(shè)置井間隔可以增加多達(dá)100％，從而在給定油氣田中將鉆井的數(shù)量減少多達(dá)50％。在厚地層中，由于顆粒的粘性，支撐裂縫的高度也可以增加，從而利用改進(jìn)長(zhǎng)度防止下沉和增加產(chǎn)量多達(dá)100％或任何結(jié)果的組合。另一個(gè)可能的優(yōu)點(diǎn)是成本降低。該系統(tǒng)可能允許應(yīng)用低成本的非支撐劑品質(zhì)的砂子(例如較差分級(jí)、帶角、化學(xué)不穩(wěn)定和/或不夠強(qiáng)的)作支撐劑，因?yàn)閷⑺喟驳念w粒用作支撐劑材料可以補(bǔ)償基質(zhì)的缺陷，由此相比于當(dāng)?shù)睾?或進(jìn)口的傳統(tǒng)資源，成本大幅度減小(30-50％、40-60％或50-80％或70-95％)。另外,由對(duì)應(yīng)基質(zhì)112的對(duì)應(yīng)角度得到的顆粒110的混合角度可以產(chǎn)生更好的填充混合物。水泥層可以產(chǎn)生類(lèi)似于樹(shù)脂層的顆粒連接，但具有更大的強(qiáng)度和更低的成本(例如成本降低50％、降低70％或降低90％)。在更好的支撐劑替換性能下，水效率(用于提取一定量烴的水)可以降低多達(dá)75％。因此，利用本發(fā)明的包覆基質(zhì)，處理回流水(或由初始生產(chǎn)載帶入鉆井的水和壓裂流體)的成本可以降低，這是因?yàn)楦啕}度的水可以循環(huán)或可以用于本發(fā)明方法，而不導(dǎo)致與系統(tǒng)不兼容。這些優(yōu)點(diǎn)可以因?yàn)槎喾N原因產(chǎn)生。目前，在非常規(guī)的烴生產(chǎn)中，應(yīng)用水替代凝膠，水力壓裂表現(xiàn)出更好的性能。但利用水的水力壓裂對(duì)于傳統(tǒng)支撐劑具有有限的輸送能力。應(yīng)用顆粒110與用水作壓裂流體組合可以允許源于顆粒110與壓裂流體之間接觸的二次水合，而不需要附加的水用于水合。另外，據(jù)認(rèn)為隨著壓裂流體進(jìn)入部分地層，在其中載帶的顆粒110也會(huì)進(jìn)入那部分地層，隨著那些顆粒上的水泥114水合，顆粒110可以對(duì)那部分地層中由壓裂流體形成的任何裂縫提供支撐。應(yīng)用包覆顆粒110作為用于壓裂的支撐劑也可以防止所述支撐劑被初始生產(chǎn)過(guò)程的回流載帶回鉆井中，例如樹(shù)脂包覆的砂子目前偶爾使用。

如上所述的水分源包括水。用于水合的這種水可以為空氣中的液滴、液態(tài)水、鹽水、地層水、新物流、循環(huán)物流或廢物流的形式(例如海水、池塘水、河水、湖水、小溪水、冰河水、熔化的冰或雪、回流水、污水、鹽水等)。另外，水分也可以不用水來(lái)提供。類(lèi)似地，井下泵送的漿液可以含或不含水?？膳c水結(jié)合或替代水應(yīng)用的其它選擇包括稠流體和凝膠。

本描述主要提到應(yīng)用顆粒110作壓裂流體中的支撐劑。當(dāng)在壓裂流體中應(yīng)用時(shí)，顆粒110也可以具有20/40、30/50和40/70US篩目粒度的粒度。為了在壓裂流體中用作支撐劑，窄范圍的顆粒粒度是所需的。顆粒粒度的選擇可能與用于壓裂的載帶流體的類(lèi)型和所產(chǎn)生的裂縫的寬度以及泵送和良好的裂縫流動(dòng)所需的導(dǎo)流量有關(guān)。通常顆粒的滲透率可以高于(10x地層滲透率x裂縫半長(zhǎng)度)/(支撐劑寬度)。但對(duì)于這里所描述的顆粒110來(lái)說(shuō)，任何一項(xiàng)應(yīng)用均適合。例如，可以將顆粒110用于控沙和/或礫石填充。當(dāng)用于控沙或礫石填充時(shí)，顆粒110的顆粒選擇可能與應(yīng)用控沙的地層中的粒度分布有關(guān)。例如，應(yīng)用Saucier標(biāo)準(zhǔn)：最小粒度為3xD50；和最大粒徑為6xD50；其中D50為重均地層粒度分布。應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)礫石填充設(shè)備可以將顆粒110放置入裸井或套管完井中，可以將顆粒110輸送至含有在低和高粘度下的膠凝水的鉆井中，這取決于多種因素如控沙長(zhǎng)度、井深度、溫度、環(huán)隙等。每加侖流體中以磅表示的顆粒濃度可以在2-12間變化。

在另一個(gè)實(shí)施例中，顆粒110可以用于鉆探泥漿中用作流體損失添加劑。可以泵送具有反應(yīng)性水泥和活性行為粘性的顆粒100以粘接到流體損失嚴(yán)重的位置。與要求通過(guò)所述填充物的滲透率的水力壓裂相反，在本應(yīng)用中希望低的滲透率。這種低滲透率可以通過(guò)較寬范圍均勻分布的顆粒粒度來(lái)實(shí)現(xiàn)。例如，粒度為100-50目、70-30目或50-10目。當(dāng)在鉆探泥漿中應(yīng)用時(shí)，可以將具有合適粒度分布以具有低滲透率的顆粒110作為損失控制材料泵入。

在弱的鉆井區(qū)域，可以應(yīng)用顆粒110填充所述區(qū)域以保持完整性，同時(shí)由于水泥具有高滲透率而確保鉆井與地層很好地連通。因此，顆粒110可以穩(wěn)定地層同時(shí)保持連通。

在用于水的注入井中，用于強(qiáng)化油采收或處置的其它液體如聚合物、水、氣體或蒸汽可以在套管和水泥固井完井的裸井之間的環(huán)形空間內(nèi)提供較好的注入表面。在這些顆粒和空隙已經(jīng)產(chǎn)生的位置，流體可以滲透至地層相的其它部分。也可以應(yīng)用顆粒110用不同粒度的顆粒110集中注入更具體的區(qū)域。在具有用于裸井類(lèi)連通和引發(fā)裂縫的外部套管封隔器的完井中，環(huán)形空間可以用顆粒110填充以提供附加的負(fù)載支撐(比外部套管封隔器小)，但仍然允許預(yù)先確定注入滲漏。

在促進(jìn)操作中顆粒110可以改進(jìn)注入以減少近井摩擦。在水泥栓入和穿孔操作中，在生產(chǎn)區(qū)套管后使用顆粒110可以與在注入井(用于強(qiáng)化油采收或處置的水和氣體)中一樣提高破壞壓力，和當(dāng)開(kāi)孔時(shí)可以提供更好的注入表面，因?yàn)榱黧w可以滲透入地層相的剩余部分。也可以應(yīng)用顆粒110用不同粒度的顆粒110集中注入更具體的區(qū)域。在具有用于裸井類(lèi)連通和引發(fā)裂縫的外部套管封隔器的完井中，環(huán)形空間可以用顆粒110填充以提供附加的負(fù)載支撐(比外部套管封隔器小)，但仍然允許預(yù)先確定注入滲漏。

顆粒110可以用作內(nèi)襯。替代在裸井中加入水泥內(nèi)襯，可以用顆粒110填充所關(guān)心的區(qū)域并隨后再次鉆探，因此減少或消除了管道和水泥固井操作的成本。該區(qū)域可以用于生產(chǎn)、注入和/或監(jiān)測(cè)管道或者維持開(kāi)孔。利用密封水泥的正確階段和位置，也可以提供隔離。

顆粒110可以替代聚合物用來(lái)調(diào)節(jié)高滲透率區(qū)域中水的損失。例如，通過(guò)組合可滲透水泥階段與之后密封和首先泵送較重水泥以密封底部水，可以實(shí)現(xiàn)非控制的水隔離。與用于多級(jí)水泥隔離水的封隔器相比，這種方法可以降低成本。在水力壓裂可以破碎下面為水和產(chǎn)生不必要的水產(chǎn)量的地層時(shí)，前面提到的引入將沉入底部的帶有可密封水泥的顆粒110可以解決所述問(wèn)題?？梢允紫缺盟筒豢蓾B透水泥以隔離水產(chǎn)生區(qū)域，隨后泵入可允許烴生產(chǎn)區(qū)域流通的顆粒110。

顆粒110可以作為預(yù)先混合的干砂漿應(yīng)用；作為用于大裂縫或間隙的注入材料應(yīng)用；作為道路、運(yùn)動(dòng)場(chǎng)、游樂(lè)場(chǎng)、建筑物的可滲透或不可滲透的地基應(yīng)用；作為現(xiàn)場(chǎng)(特別是農(nóng)村地區(qū))制造的建筑材料的半成品應(yīng)用；作為填料應(yīng)用；或者用于工業(yè)及其它領(lǐng)域的多種其它應(yīng)用中的任一種。顆粒110可用于在房屋或道路或排水結(jié)構(gòu)或地基或其它結(jié)構(gòu)中應(yīng)用的混凝土中。

一些顆粒可以不包含基質(zhì)和水泥層，而是替代地可以全部由水泥形成。這種顆粒可以通過(guò)使水泥制粒而生產(chǎn)。這種制粒小球可以增加吸水率，導(dǎo)致更好的裂縫填充和滲透率。

雖然上文的描述主要涉及其中水泥處于暫停水合狀態(tài)至少一段時(shí)間的顆粒應(yīng)用，其它實(shí)施方案可能允許省去暫停水合的步驟。在這種實(shí)施方案中，顆?？梢匀园菜?，但可以發(fā)生水合直到水泥在更多水分存在下不再具有反應(yīng)性(例如處于完全水合狀態(tài))。這種完全水合的顆?？梢杂糜谔娲缟纤龅娜魏晤w粒。因此停止水合可以包括使顆粒干燥以使其進(jìn)入暫停水合狀態(tài)，或者使水泥變?yōu)橥耆蠣顟B(tài)。在任一種情況中，將顆粒放置于承受負(fù)荷的位置如上述鉆井內(nèi)或任何這種顆?？赡苡杏玫钠渌猛?例如道路、橋梁、大壩、建筑等)之前，可以停止水合(臨時(shí)或者永久)。完全水合的顆?？梢跃哂猩鲜龅亩喾N好處，包括與傳統(tǒng)支撐劑如支撐劑級(jí)砂子相比的圓整度、強(qiáng)度和低成本。

為了本發(fā)明的目的，當(dāng)能夠在沒(méi)有外部支撐的條件下保持形狀時(shí)，可以認(rèn)為水泥已經(jīng)"固化"。固化的水泥仍具有可延展性，直到發(fā)生了足夠的水合以阻止在不破壞情況下的變形。同樣，為了本發(fā)明的目的，當(dāng)達(dá)到最終的負(fù)載承受能力時(shí)，認(rèn)為水泥已經(jīng)"硬化"。因?yàn)樗蠈⒀永m(xù)相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間，能完全硬化的水泥很少見(jiàn)。因此，應(yīng)用術(shù)語(yǔ)"基本硬化"指水泥已達(dá)到預(yù)先確定的設(shè)計(jì)負(fù)載承受能力。術(shù)語(yǔ)"暫停水合"通常指水泥開(kāi)始水化過(guò)程但由于缺乏可獲得的水分而沒(méi)有反應(yīng)的狀態(tài)。術(shù)語(yǔ)"完全水合"通常指水泥已開(kāi)始水化過(guò)程并繼續(xù)水合直到不再與水分起反應(yīng)的狀態(tài)。

本領(lǐng)域熟練技術(shù)人員將會(huì)理解，在不偏離其范圍的情況下，對(duì)于所公開(kāi)的實(shí)施方案、構(gòu)造、材料和方法可能有多種改進(jìn)和變化。因此，權(quán)利要求的范圍及其功能等效物不應(yīng)受所公開(kāi)和描述的特定實(shí)施方案限制，因?yàn)樗鼈冊(cè)诒举|(zhì)上只是示例性的，和獨(dú)立描述的元件任選可以組合。