(57)【要約】拡張された粒径分布を有する支持材混合物は、狭い粒径分布を有する従来の製品と比べて、例えば破砕強度および透過係数のような特性の改善を示す。【特許請求の範囲】
【請求項１】
粒子状材料を液体と合して混合物を形成し、そしてその混合物を球状ペレットに形成することを含む、支持材混合物を形成する方法であって、
ペレットを選別し、そして
ペレットを焼成して、１０、１２、１４、１６、１８、２０、２５、３０、３５、４０、および４５からなるＡＳＴＭ米国標準メッシュサイズから選択される通し番号のメッシュサイズを通して前記支持材混合物を篩い分けする場合に、中位径が一連のメッシュのうちの一つに対応する中位メッシュサイズにあるような中位径を有する支持材混合物を提供すること、及び、その際、
ペレットの０〜２５重量％が、一連の中位メッシュの２サイズ前となるメッシュサイズを有する篩上に保持され、
ペレットの１５〜３３重量％が、一連の中位メッシュのすぐ前のメッシュサイズを有する篩上に保持され、
ペレットの１５〜３３重量％が、中位メッシュ上に保持され、そして
ペレットの１５〜３５重量％が、一連の中位メッシュの次のメッシュ上に保持されること、
を特徴とする、支持材混合物の形成方法。
【請求項２】
中位径が少なくとも０．９ｍｍであることをさらに特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
ペレットの０〜２５重量％が１．４〜１．７ｍｍの直径を有し、
ペレットの１５〜３３重量％が１．１８〜１．４ｍｍの直径を有し、
ペレットの１５〜３３重量％が１．０〜１．１８ｍｍの直径を有し、そして
ペレットの１５〜３５重量％が０．８５〜１．０ｍｍの直径を有すること、
をさらに特徴とする、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
以下の少なくとも一つが当てはまることをさらに特徴とする、請求項３に記載の方法：
ペレットの少なくとも２重量％が１．４〜１．７ｍｍの直径を有すること；
ペレットの少なくとも１６重量％が１．１８〜１．４ｍｍの直径を有すること；
ペレットの３２重量％未満が１．０〜１．１８ｍｍの直径を有すること；
ペレットの３０重量％未満が０．８５〜１．０ｍｍの直径を有すること；および
ペレットの少なくとも５％が０．７１〜０．８５ｍｍの直径を有すること。
【請求項５】
ペレットの１５％未満が１．４〜１．７ｍｍの直径を有し、
ペレットの少なくとも１６重量％が１．１８〜１．４ｍｍの直径を有し、
ペレットの２９重量％未満が１．０〜１．１８ｍｍの直径を有し、そして
ペレットの少なくとも１６重量％が０．８５〜１．０ｍｍの直径を有することをさらに特徴とする、請求項３に記載の方法。
【請求項６】
ペレットの２〜１０重量％が１．４〜１．７ｍｍの直径を有し、
ペレットの１８〜２８重量％が１．１８〜１．４ｍｍの直径を有し、
ペレットの２４〜３２重量％が１．０〜１．１８ｍｍの直径を有し、そして
ペレットの１８〜２８重量％が０．８５〜１．０ｍｍの直径を有することをさらに特徴とする、請求項４に記載の方法。
【請求項７】
ペレットの２５重量％未満が０．７１〜０．８５ｍｍの直径を有することをさらに特徴とする、請求項２〜６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項８】
ペレットの少なくとも５重量％が０．７１〜０．８５ｍｍの径を有することをさらに特徴とする、請求項２〜７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項９】
混合物中の焼成ペレットが約０．９ｍｍ〜約１．１５ｍｍの中位径を有することをさらに特徴とする、請求項２〜８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１０】
混合物中の焼成ペレットの少なくとも９５重量％が０．６０ｍｍ〜１．７ｍｍの直径を有することをさらに特徴とする、請求項２〜９のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１１】
混合物中の焼成ペレットの少なくとも９８重量％が０．６０ｍｍ〜１．７ｍｍの直径を有することをさらに特徴とする、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
混合物中のペレットの８０％未満が０．７１〜１．１８ｍｍの範囲内の直径を有することをさらに特徴とする、請求項２〜１１のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１３】
中位径が少なくとも１．１０ｍｍであることをさらに特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
ペレットの０〜２５重量％が１．７〜２．０ｍｍの直径を有し、
ペレットの１５〜３３重量％が１．４〜１．７ｍｍの直径を有し、
ペレットの１５〜３３重量％が１．１８〜１．４ｍｍの直径を有し、そして
ペレットの１５〜３５重量％が１．０〜１．１８ｍｍの直径を有することをさらに特徴とする、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
以下の少なくとも一つが当てはまることをさらに特徴とする、請求項１４に記載の方法：
ペレットの少なくとも２重量％が１．７〜２．０ｍｍの直径を有すること；
ペレットの少なくとも１６重量％が１．４〜１．７ｍｍの直径を有すること；
ペレットの３２重量％未満が１．１８〜１．４ｍｍの直径を有すること；
ペレットの３０重量％未満が１．０〜１．１８ｍｍの直径を有すること；および
ペレットの少なくとも５％が０．８５〜１．０ｍｍの直径を有すること。
【請求項１６】
ペレットの１５％未満が１．７〜２．０ｍｍの直径を有し、
ペレットの少なくとも１６重量％が１．４〜１．７ｍｍの直径を有し、
ペレットの２９重量％未満が１．１８〜１．４ｍｍの直径を有し、そして
ペレットの少なくとも１６重量％が１．０〜１．１８ｍｍの直径を有することをさらに特徴とする、請求項１４または１５に記載の方法。
【請求項１７】
ペレットの２〜１０重量％が１．７〜２．０ｍｍの直径を有し、
ペレットの１８〜２８重量％が１．４〜１．７ｍｍの直径を有し、
ペレットの２４〜３２重量％が１．１８〜１．４ｍｍの直径を有し、そして
ペレットの１８〜２８重量％が１．０〜１．１８ｍｍの直径を有することをさらに特徴とする、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
ペレットの２５重量％未満が０．８５〜１．０ｍｍの直径を有することをさらに特徴とする、請求項１３〜１７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１９】
ペレットの少なくとも５重量％が０．８５〜１．０ｍｍの直径を有することをさらに特徴とする、請求項１３〜１８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２０】
混合物中の焼成ペレットが約１．１０ｍｍ〜約１．４５ｍｍの中位径を有することをさらに特徴とする、請求項１３〜１９のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２１】
混合物中の焼成ペレットの少なくとも９５重量％が０．７１ｍｍ〜２．０ｍｍの直径を有することをさらに特徴とする、請求項１３〜２０のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２２】
混合物中の焼成ペレットの少なくとも９８重量％が０．７１ｍｍ〜２．０ｍｍの直径を有することをさらに特徴とする、請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
混合物中のペレットの８０％未満が０．８５〜１．４ｍｍの範囲内の直径を有することをさらに特徴とする、請求項１３〜２２のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２４】
粒子状材料がシリカおよびアルミナの少なくとも一種を含むことをさらに特徴とする、請求項１３〜２３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２５】
粒子状材料が２０ミクロン未満の平均粒径を有することをさらに特徴とする、請求項１〜２４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２６】
選別の段階が、焼成の段階の前に少なくとも部分的に行われることをさらに特徴とする、請求項１〜２５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２７】
多数個のセラミックペレットを含む支持材混合物であって、
前記ペレットが、１０、１２、１４、１６、１８、２０、２５、３０、３５、４０、および４５からなるＡＳＴＭ米国標準メッシュサイズから選択される通し番号のメッシュサイズを通して前記支持材混合物を篩い分けする場合に、中位径が一連のメッシュのうちの一つに対応する中位メッシュサイズにあるような中位径を有し、かつ
ペレットの０〜２５重量％が、一連の中位メッシュの２サイズ前となるメッシュサイズを有する篩上に保持され、
ペレットの１５〜３３重量％が、一連の中位メッシュのすぐ前のメッシュサイズを有する篩上に保持され、
ペレットの１５〜３３重量％が、中位メッシュ上に保持され、そして
ペレットの１５〜３５重量％が、一連の中位メッシュの次のメッシュ上に保持されること、
を特徴とする、支持材混合物。
【請求項２８】
ペレットがゲルと混ぜられることをさらに特徴とする、請求項２７に記載の支持材混合物。
【請求項２９】
ペレットの破砕強度が７５００ｐｓｉで１０％未満であることをさらに特徴とする、請求項２７または２８に記載の支持材混合物。
【請求項３０】
ペレットが少なくとも０．７５の円形度を有することをさらに特徴とする、請求項２７〜２９のいずれか１項に記載の支持材混合物。
【請求項３１】
ペレットの７５％未満が、中位メッシュサイズと、それに続く一連のメッシュサイズのうちの二つのメッシュサイズに入ることをさらに特徴とする、請求項２７〜３０のいずれか１項に記載の支持材混合物。
【請求項３２】
ペレットの少なくとも８２％が、中位メッシュサイズと、それに続く一連のメッシュサイズのうちの二つのメッシュサイズおよびその前の二つのメッシュサイズに入ることをさらに特徴とする、請求項３１に記載の支持材混合物。
【請求項３３】
ペレットの少なくとも８８％が、中位メッシュサイズと、それに続く一連のメッシュサイズのうちの二つのメッシュサイズおよびその前の二つのメッシュサイズに入ることをさらに特徴とする、請求項３２に記載の支持材混合物。
【請求項３４】
中位径が少なくとも０．９ｍｍであることをさらに特徴とする、請求項２７〜３３のいずれか１項に記載の支持材混合物。
【請求項３５】
ペレットの少なくとも２重量％が１．４〜１．７ｍｍの直径を有し、
ペレットの少なくとも１６重量％が１．１８〜１．４ｍｍの直径を有し、
ペレットの３２重量％未満が１．０〜１．１８ｍｍの直径を有し、
ペレットの３０重量％未満が０．８５〜１．０ｍｍの直径を有し、そして
ペレットの少なくとも５％が０．７１〜０．８５ｍｍの直径を有することをさらに特徴とする、請求項３４に記載の支持材混合物。
【請求項３６】
中位径が少なくとも１．１０ｍｍであることをさらに特徴とする、請求項２７〜３３のいずれか１項に記載の支持材混合物。
【請求項３７】
ペレットの少なくとも２重量％が１．７〜２．０ｍｍの直径を有し、
ペレットの少なくとも１６重量％が１．４〜１．７ｍｍの直径を有し、
ペレットの３２重量％未満が１．１８〜１．４ｍｍの直径を有し、
ペレットの３０重量％未満が１．０〜１．１８ｍｍの直径を有し、そして
ペレットの少なくとも５％が０．８５〜１．０ｍｍの直径を有することをさらに特徴とする、請求項３６に記載の支持材混合物。
【請求項３８】
球状ペレットを液体またはゲルと合して混合物を形成し、そしてその混合物を加圧下に、ペレットが地層中の割れ目の中に位置付けされるまで、地層中に押し込むことを含む、地層を支持する方法であって、
該球状ペレットは、１０、１２、１４、１６、１８、２０、２５、３０、３５、４０、および４５からなるＡＳＴＭ米国標準メッシュサイズから選択される通し番号のメッシュサイズを通して支持材混合物を篩い分けする場合に、中位径が一連のメッシュのうちの一つに対応する中位メッシュサイズにあるような中位径を有すること、及び
ペレットの０〜２５重量％が、一連の中位メッシュの２サイズ前となるメッシュサイズを有する篩上に保持され、
ペレットの１５〜３３重量％が、一連の中位メッシュのすぐ前のメッシュサイズを有する篩上に保持され、
ペレットの１５〜３３重量％が、中位メッシュ上に保持され、そして
ペレットの１５〜３５重量％が、一連の中位メッシュの次のメッシュ上に保持されること、
を特徴とする、地層支持方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、油およびガス坑井において有用な支持材（プロップ剤；ｐｒｏｐｐａｎｔ）に関する。本発明は、詳細には、種々のサイズの支持材が含まれるセラミック支持材材料に関し、以下、特にこれを参照して説明する。なお、本発明はまた、水井戸などのボアホールからの他の流体の抜き出しにも適することを理解されたい。
【背景技術】
【０００２】
油および天然ガスは、多孔質で透過性の地下層を有する坑井から産出される。地層の空隙は、その地層が油およびガスを貯蔵することを可能とし、地層の透過性は、油またはガスが地層を通して移動することを可能とする。時には、ガスまたは油を保持する地層の透過性は、油およびガスの経済的な回収のために不十分である。他のケースでは、坑井の運転の間に、地層の透過性は、さらなる回収が非経済的となるような程度まで低下する。こうした状況の中で、地層を破砕しその割れ目を支持材材料または支持材（プロップ剤）によって開放状態で支持することは一般的である。こうした破砕は、通常、ゲル状流体を用いる水圧により達成される。圧力は、地下岩盤に割れ目が生じるまで上げられる。この加圧流体中に懸濁される支持材は、割れ目またはひびの中に押し込まれる。水圧が下がった場合に、支持材材料は、形成された割れ目が再び閉じるのを防ぐように機能する。
【０００３】
地質条件に応じて、多様な支持材材料が用いられる。一般的に、支持材は、多孔質構造を造りだす砂、ガラスビーズ、またはセラミックペレットなどの粒子状材料である。油またはガスは、粒子間の隙間を貫流して、そこから地表にポンプで汲み上げられ、回収領域に至ることができる。時間が経つと、周囲の岩盤の圧力が支持材を押しつぶすことになる。この分解から得られる微細物は、移動し、支持された構造物中の隙間の通路を詰まらせる傾向にある。これらの移動性微細物は、劇的に透過性を下げ、油またはガスの透過係数（導通率）を下げる。透過係数は、油またはガスが支持材構造を貫流することができる容易さの尺度であり、坑井の生産性にとって重要である。透過係数があるレベル未満に低下した場合、破砕処理が繰り返されるか、さもなければ坑井が放棄される。
【０００４】
時に人工支持材と呼ばれるセラミック支持材は、それらの高い圧力および温度に耐える能力、およびそれらの耐腐食性に由来して、砂または樹脂被覆砂などの天然の支持材よりも有望である。天然の材料よりも高いコストであるにも拘わらず、セラミックのもつ増大された破砕強度は、他の材料に対して厳しすぎる条件、例えば、約３５０〜７００ｋｇ／ｃｍ2（５０００〜１０，０００ｐｓｉ）を超える岩盤圧力での条件に適するセラミック支持材を提供する。圧力が深さと共に増大するにつれて、セラミック支持材は、一般的に、約１５００メートル以上の深さで用いられる。セラミック支持材は、一般的に、クレー、ボーキサイト、またはアルミナなどの細かく砕いた材料を水と合し、次に回転混合器中で混合することにより形成される。混合器のブレードは、ウェットクレーを一般的な球状ペレットに丸めこむ。これらのペレットは、高温で乾燥し焼成すると、所期の一般的な粒径となる。所期の範囲外のペレットは、再加工のための乾燥処理の後、混合器に戻される。
【０００５】
支持材の破砕強度は、セラミックの組成および密度に関係する。支持材は、一般に、３段階のグレードのいずれか一つに分類される：軽量支持材（ＬＷＰ）、中間グレード支持材（ＩＰ）、および高強度支持材（ＨＳＰ）。軽量支持材は、約１０００ｐｓｉ未満〜約８０００ｐｓｉの密閉応力範囲での使用に適し、中間グレード支持材は、約１０，０００ｐｓｉ以下で有用であり、高強度支持材は、１２，０００ｐｓｉを超える圧力で用いることができる。透過係数を改善するための試みは、支持材の破砕強度を改善する方法に焦点が合わされてきた。これらの試みには、皮膜（コーティング）の適用、より強い球体の製造、および形状の変化が含まれる。例えば樹脂皮膜を適用することにより、透過係数における目に見える改善が得られてきたが、こうした改善は、常に、コスト増と関連してきた。
【０００６】
均一粒径の球状ペレットは、従来、それらのペレットが透過係数を最大化すると考えられてきた（例えば、米国特許第４，６２３，６３０号を参照）ので、最も有効な支持材であると見なされてきた。過剰の微細物（極めて小さいペレット）は、詰め込まれた球体間にある隙間を詰まらせ、流体輸送を減じるように作用する。球体は、そのサイズが大きくなるにつれて弱くなる傾向があり、従って、現場では一段と破砕されやすくなることも、また、公知である。微細物の数の増加に加えて、破砕は、破砕工程において形成される割れ目の幅の減少をもたらす。従って、支持材混合物中に小さな粒子と大きな粒子の両方の存在することは、有害であると考えられてきた。従って、産業界で一般的に許容されている規格である米国石油協会（ＡＰＩ）規格は、粒径分布がかなり狭く定義される限界内にあることを要求している。例えば、粒径範囲は、例えば４０／７０、３０／５０、２０／４０、１６／３０、１６／２０、および１２／１８のようなメッシュサイズ表示により規定される。この表示の最初の数字は、ＡＳＴＭ米国標準規格の最大（トップ）篩のメッシュサイズを指し、第２の数字は最小（ボトム）篩のメッシュサイズを指す。ＡＰＩ規格は、支持材材料を含む球体の９０％が、製品のメッシュ表示を通して篩い分けする時にトップとボトム間に保持されることを要求している。オハイオ州、ストーのセント−ゴバイン・セラミックス＆プラスチックス（Ｓａｉｎｔ−Ｇｏｂａｉｎ  Ｃｅｒａｍｉｃｓ  ＆  Ｐｌａｓｔｉｃｓ，Ｉｎｃ．，）により商品名バーサプロップ（Ｖｅｒｓａｐｒｏｐ）（登録商標）で販売されている支持材材料は、２０／４０材料に要求されるＡＰＩ規格よりも広い分布範囲を有する。しかし、この材料は、その小さな粒径のせいで、すべての地質態様に適するものとは限らない。
【０００７】
狭い粒径分布に対する要求の結果として、形成過程において生成されるペレットのほんの僅かな部分だけが、所定の範囲内にある。多くの場合、材料の７５〜８０％ほどの多くの残留分は、再度破砕されるかまたは別途処理され、回転混合器中で再加工されなければならない。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、上記した問題およびその他の問題を克服した新しくかつ改善された支持材材料（プロップ剤）、その製造方法と使用を提供する。
【０００９】
本発明は、その一つの面によれば、支持材混合物を形成する方法を提供する。本方法は、粒子状材料を液体と合して混合物を形成し、そしてその混合物を球状ペレットに形成することを含む。ペレットは、選別され、そして焼成されて、１０、１２、１４、１６、１８、２０、２５、３０、３５、４０、および４５からなるＡＳＴＭ米国標準メッシュサイズから選択される通し番号のメッシュサイズを通して支持材混合物を篩い分けする場合に、中位径が一連のメッシュのうちの一つに対応する中位メッシュサイズにあるような中位径を有する支持材混合物を提供する。さらに、ペレットの０〜２５重量％が、一連の中位メッシュの２サイズ前となるメッシュサイズを有する篩上に保持され、ペレットの１５〜３３重量％が、一連の中位メッシュのすぐ前のメッシュサイズを有する篩上に保持され、ペレットの１５〜３３重量％が、中位メッシュ上に保持され、そしてペレットの１５〜３５重量％が、一連の中位メッシュの次のメッシュ上に保持される。
【００１０】
本発明の別の面によれば、支持材混合物が提供される。本支持材混合物は、１０、１２、１４、１６、１８、２０、２５、３０、３５、４０、および４５からなるＡＳＴＭ米国標準メッシュサイズから選択される通し番号のメッシュサイズを通して支持材混合物を篩い分けする場合に、中位径が一連のメッシュのうちの一つに対応する中位メッシュサイズにあるような中位径を有する多数個のセラミックペレットを含む。さらに、ペレットの０〜２５重量％が、一連の中位メッシュの２サイズ前となるメッシュサイズを有する篩上に保持され、ペレットの１５〜３３重量％が、一連の中位メッシュのすぐ前のメッシュサイズを有する篩上に保持され、ペレットの１５〜３３重量％が、中位メッシュ上に保持され、そしてペレットの１５〜３５重量％が、一連の中位メッシュの次のメッシュ上に保持される。
【００１１】
本発明の別の面によれば、地層を支持する方法が提供される。本方法は、球状ペレットを液体またはゲルと合して混合物を形成し、そしてその混合物を、加圧下で、ペレットが地層中の割れ目の中に位置付けされるまで、地層中に押し込むことを含み、球状ペレットは、１０、１２、１４、１６、１８、２０、２５、３０、３５、４０、および４５からなるＡＳＴＭ米国標準メッシュサイズから選択される通し番号のメッシュサイズを通して支持材混合物を篩い分けする場合に、中位径が一連のメッシュのうちの一つに対応する中位メッシュサイズにあるような中位径を有する。さらに、ペレットの０〜２５重量％が、一連の中位メッシュの２サイズ前となるメッシュサイズを有する篩上に保持され、ペレットの１５〜３３重量％が、一連の中位メッシュのすぐ前のメッシュサイズを有する篩上に保持され、ペレットの１５〜３３重量％が、中位メッシュ上に保持され、そしてペレットの１５〜３５重量％が、一連の中位メッシュの次のメッシュ上に保持される。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の少なくとも一つの実施形態の利点は、支持材構造物を通しての透過係数が増大することである。
【００１３】
本発明の少なくとも一つの実施形態の別の利点は、支持材混合物の強度が、加圧下で、分布範囲から普通に期待されるであろうよりも高くあることである。
【００１４】
本発明の少なくとも一つの実施形態の別の利点は、未加工の支持材ペレットのより少ない部分が循環されることである。
【００１５】
本発明の少なくとも一つの実施形態の別の利点は、軽量支持材と比較できるコストで、しかし、加圧下でより高い耐破砕性および透過係数を有する形で製品を製造できることである。
【００１６】
本発明の別の利点は、支持材のユーザーが、ＩＰグレードおよびＬＷＰグレード両方の支持材を拡張ＰＳＤ中間物グレードの支持材混合物と、さもなければＨＳＰ、ＩＰ、およびＬＷＰグレードを拡張ＰＳＤ高強度グレードのものと置き換えることができ、その結果、ユーザーが保持する在庫量を減少できることである。
【００１７】
本発明の別の利点は、透過係数の増加が、割れ目半折の増加のため、地層からの産出性の増大が可能となることである。割れ目半折（Ｆｒａｃｔｕｒｅ  ｈａｌｆ−ｌｅｎｇｔｈ）は、地層中の割れ目の長さの尺度である。
【００１８】
本発明のさらなる利点は、以下の開示内容の読み込みおよび添付図面の参照を通じて、当業者に容易に明らかとなるであろう。
【００１９】
本明細書において用いられる「球状」および関連の形態は、約０．７５以上の最小直径対最大直径の平均比率を有すること、あるいはクルムベイン（Ｋｒｕｍｂｅｉｎ）およびスロス（Ｓｌｏｓｓ）のチャートに比較して約０．７５以上の平均球形度値を有することを意味するように意図されている。
【００２０】
「比重」は、体積の決定において、開放気孔率を除いた立方センチメートル体積当りのグラム重量（ｇ／ｃｃ）である。比重値は、液体（例えば、水またはアルコール）置換または空気ピクノメータにより測定することが可能である。
【００２１】
本明細書において用いられる「仮焼された」は、材料が受ける加熱プロセスを指す。十分に仮焼または仮焼プロセスにさらされた鉱物材料は、極めて低い強熱減量（ＬＯＩ）および水分含量、例えば、約１〜２重量％以下を示す。ボーキサイトおよびクレーなどの非仮焼鉱物材料は、約１０〜約４０重量％の揮発分を含有することができる。「部分的に仮焼された」材料は、一般的に、５〜８重量％の全揮発分（ＬＯＩプラス水分含量）を示す。揮発分には、水分、有機物および化学的に保持された水（例えば、水和の水）が含まれる。一般的な仮焼温度は、通常、１０００℃未満である。
【００２２】
本明細書において用いられる「焼結」は、こうした変換が起こる温度を超えて材料を加熱することにより、材料が少なくとも部分的に別の形態に変換される加熱プロセスを指す。ボーキサイト、クレーなどの場合、一般的に１１５０℃付近で変換が始まる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
ある粒径分布範囲内の、一般に球状のビーズまたはペレットの形態にある微細なおよび粗い材料の両方を含有する支持材混合物は、従来の粒径分布を有する比較可能な材料と比べて、透過係数の改善を提供することが見いだされた。好ましい実施形態において、ペレットは、例えばアルミノケイ酸塩のようなセラミック材料、好ましくは、粒径分布が混合物において小さなおよび大きな粒子の両方を提供するために選択されるものを含む。
【００２４】
本明細書において拡張された粒径分布（拡張ＰＳＤ）混合物として参照する支持材混合物は、従来の支持材混合物とほぼ同じ中位粒径を有するが、より広い粒径分布曲線を有し、一方、特定グレードのための微細物なおよび大きな粒子の割合を厳密に制御するように形成することが可能である。本明細書において用いられる粒径は、粒子直径によって表され、粒子が球状であると想定されている。従って、従来の１６／３０中間グレードの支持材混合物の場合において、中位粒径（中位直径）は、約０．８５ｍｍ〜約１．０３ｍｍであることが可能であり、粒子の大部分（少なくとも９０％、一般的には約９５重量％以上）は、表１に示されるように、−１６から＋３０の範囲にあるメッシュサイズ（すなわち、１８、２０、２５、および３０メッシュ部分）を有し、従って、ＡＰＩ規格に合致する。
【００２５】
比較のために、拡張ＰＳＤは、類似の中位粒径０．８８ｍｍ〜約１．１５ｍｍ、さらに好ましくは約０．９８ｍｍ〜約１．０８ｍｍ、最も好ましくは約１．０３ｍｍの中位粒径を有することが可能であり、同じグレードまたはより低いグレードの従来の１６／３０支持材混合物の代替物として有用である。しかし、拡張ＰＳＤ材料は、その材料を１０％を超えて有し、１６／３０製品の範囲外となり、従って、ＡＰＩ規格に適合しない。好ましくは粒子の約８０％未満、さらに好ましくは７５％未満、最も好ましくは７０％未満が、表１に示されるように、−１６から＋３０メッシュの範囲にある（すべてのメッシュサイズは、特記のない限り、ＡＳＴＭ米国規格メッシュサイズである）。加えて、小さなおよび大きな粒子の割合は、好ましくは、制御される。＋１２メッシュビーズの量（すなわち、１２メッシュ以上の篩により捕捉されるビーズの全体重量の重量％）は、好ましくは、混合物の全重量の約１０重量％以下、さらに好ましくは５重量％未満、なおさらに好ましくは１重量％未満、最も好ましくは約０．６重量％以下である。＋１４メッシュビーズの量（すなわち、１４メッシュ以上の篩により捕捉されるビーズの全体重量の重量％）は、好ましくは、混合物の全体重量の約２０重量％以下、さらに好ましくは１７重量％未満、最も好ましくは約１３重量％以下である（表１において、１２および１４メッシュ部分の合計として示される）。−２５メッシュビーズの量（すなわち、２５メッシュ篩を通過するビーズの全体重量の重量％）は、好ましくは、混合物の全体重量の約１５重量％以下、さらに好ましくは約５〜１０重量％である。−３０メッシュビーズの量（すなわち、３０メッシュ篩を通過するビーズ）は、好ましくは、混合物の全体重量の２重量％以下、さらに好ましくは約１重量％以下である。−３５メッシュビーズの量（すなわち、３５メッシュ篩を通過するビーズ）は、好ましくは、混合物の全体重量の１重量％以下、さらに好ましくは約０．５重量％以下である。これらの制約のそれぞれまたは大部分を達成するために、拡張ＰＳＤの粒径における標準偏差は、実質的に、従来の１６／３０製品における場合よりも大きい、すなわち、メッシュサイズを保持％に対してプロットする場合に得られる曲線の形状は、中央部で比較的に幅広である。
【００２６】
好ましくは、１６／３０または１６／２０の代替支持材混合物において、比重はＬＷＰに対して約２．１〜２．９ｇ／ｃｃ、ＩＰに対して約３．０〜３．５ｇ／ｃｃ、およびＨＳＰに対して約３．３〜４．２ｇ／ｃｃである（本明細書において検討されるすべての比重値は、特記のない限り、水置換により測定した）。粒径分布は、連続的なより小さい篩サイズの一連の篩（すなわち、より大きなＡＳＴＭ米国規格メッシュ数）を通して支持材混合物を選別することにより、決定することができる。例えば、支持材混合物は、米国石油協会（ＡＰＩ）推奨案６０（ＲＰ６０）による、以下のＡＳＴＭ米国規格メッシュ篩を通して選別される：１０、１２、１４、１６、１８、２０、２５、３０、３５、４０。ＡＰＩ・ＲＰ６０試験は６個の篩しか用いないが、粒径のさらに正確な分布を得るために、ここで記載するように、追加の篩を用いることが可能である。
【００２７】
１６／３０または１６／２０の代替支持材混合物において、１４メッシュ篩上に保持される百分率（すなわち、１．４ｍｍ〜１．７ｍｍの直径を有する粒子の重量％）は、好ましくは、０〜２５重量％、さらに好ましくは３〜１５重量％、最も好ましくは少なくとも５重量％である。１６メッシュ篩上に保持される百分率（すなわち、１．１８〜１．４ｍｍの直径を有する粒子の重量％）は、好ましくは、１５〜３３重量％、さらに好ましくは１６〜２８重量％である。１８メッシュ篩上に保持される百分率（すなわち、１．０〜１．１８ｍｍの直径を有する粒子の重量％）は、好ましくは、１５〜３３重量％、さらに好ましくは１６〜２８重量％である。２０メッシュ篩上に保持される百分率（すなわち、０．８５〜１．０ｍｍの直径を有する粒子の重量％）は、好ましくは、１５〜３５重量％、さらに好ましくは１６〜３０重量％である。２５メッシュ篩上に保持される百分率（すなわち、０．７１〜０．８５ｍｍの直径を有する粒子の重量％）は、一般に１〜２５重量％、さらに典型的には５〜２５重量％、最も典型的には１０〜２０重量％である。３０メッシュ篩上に保持される百分率（すなわち、０．６０〜０．７１ｍｍの直径を有する粒子の重量％）は、一般に１重量％よりも大、典型的に４重量％より大、さらに典型的には５〜１０重量％である。３５メッシュ篩上に保持される百分率（すなわち、０．５０ｍｍ〜０．６０ｍｍの直径を有する粒子の重量％）は、一般に２％未満、好ましくは１％未満である。これらのパラメータのなかで、中位粒径に最も近い篩の粒径、すなわち、中位粒径に重なり隣接する篩サイズが、一般に、最も重要である（中位粒径が約１．０４ｍｍである表１の例において、１６、１８、および２０メッシュ部分）。好ましくは、合計７５重量％未満、さらに好ましくは６８重量％未満、最も好ましくは約６０重量％のペレットが、１８、２０および２５メッシュ篩により保持され、好ましくは少なくとも８２重量％、さらに好ましくは少なくとも８８重量％のペレットが、０．６０ｍｍ〜１．４ｍｍの直径を有する。
【００２８】
従来の１６／３０セラミック支持材製品のそれにかなり近い中位粒径を目標にすることにより、拡張ＰＳＤは、坑井への導入中、類似の流動特性を有する。製品の中位粒径が、それが置き換えようとする従来の製品（例示の実施形態において、１６／３０または１６／２０）のそれと実質的に異なる場合、その製品は、異なるポンピング特性を有する傾向がある。
【００２９】
メッシュサイズおよび粒径によって表される、１６／３０製品の代替品としての一つの適当な拡張ＰＳＤは、表１に記される属性を有する。
【００３０】
【表１】
2006516945.tif 000002
【００３１】
上記の相当粒径（ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ  ｐａｒｔｉｃｌｅ  ｄｉａｍｅｔｅｒ）は、粒子が球状であると想定してのメッシュサイズに基づく。
【００３２】
ここに記載される拡張ＰＳＤは、従来の１６／３０中間または軽量グレードに対する置き換え、およびまた従来の１６／２０軽量グレード支持材混合物に対する置き換えとして用いるのに適する。
【００３３】
支持材を形成するために適した出発材料には、酸化物、例えばアルミナなどの酸化アルミニウム、シリカなどの酸化ケイ素、およびそれらの混合物を含有するものが挙げられる。一般に、シリカおよびアルミナの酸化物は、仮焼（実質的に無水の）重量基準で表される、出発材料の少なくとも８０重量％、さらに好ましくは仮焼重量の約９０％以上を含む。代表的な出発材料には、カオリン、ダイアスポア・クレー、バーレー・クレー、およびフリント・クレーなどのクレー（これらは主として水酸化アルミニウムである）、ボーキサイト・クレー、天然または合成ボーキサイト、およびそれらの混合物などが挙げられる。出発材料は、仮焼しないかまたは部分的仮焼であることが可能である。こうした出発材料から形成される焼結支持材混合物は、好ましくは、酸化物、ケイ酸塩、およびアルミン酸塩の形態をとり、焼結支持材材料の少なくとも５０重量％、さらに好ましくは少なくとも８０重量％、最も好ましくは少なくとも９０重量％を構成する。
【００３４】
例えばベントナイト・クレー、酸化鉄、ホウ素、炭化ホウ素、２ホウ化アルミニウム、窒化ホウ素、リン化ホウ素、他のホウ素化合物のような種々の焼結助剤、または、例えば炭酸ナトリウム、炭酸リチウム、長石、酸化マンガン、チタニア、炭酸カルシウム、およびケイ酸ナトリウムのようなフラックスを、焼結を補助するため、約十（１０）重量％までの量で添加することが可能である。望ましい場合には、結合剤、例えば、ゼラチン化コーンスターチ、ポリビニルアルコール、またはそれらの混合物などのでんぷん、樹脂またはワックスを、ペレット化を改善し、非焼結ペレットの未加工強度を増大させるため、初期混合物に添加することが可能である。一般に、結合剤は、酸化物重量に対して約０〜６重量％で添加される。
【００３５】
出発材料は、好ましくは、例えば、ボールミル粉砕または他の摩滅法により粉砕されて、粒径（または粒子が非球状であれば平均径）で表して約２０ミクロン以下、さらに好ましくは約１５ミクロン以下、最も好ましくは約１０ミクロン以下の平均粒径を有する粒子を形成する。粉砕の容易さを改善するため、粉砕の前に出発材料を乾燥することが可能である。
【００３６】
好ましい方法において、粉砕された出発材料は、水などの液体と合せられ、アイリッヒ混合器などのローター・テーブルおよび回転可能な衝撃インペラを備えた回転可能格納容器を有する強化混合器で混合される。ローター・テーブル、またはパンは、衝撃インペラに対して反対方向で回転する。衝撃インペラは、ディスクに取付けられ、一般にインペラの回転軸に平行に配置されるロッドまたは棒を備えるディスクの形態をとることが可能である。十分な水が、本質的に球状のペレット混合物を形成するように添加される（一般に、出発材料の重量に対して約１５〜４０重量％の水）。このようなペレットが形成された後、ペレット重量での約０〜２５％、さらに一般的には５〜約１５％の追加セラミック粉末（好ましくは、濡れ混合物を形成するために用いられるのと同じ乾燥出発材料）が添加され、混合器は、さらに、形成されようとするペレットへの追加材料の付着を引き起こすように運転される。
【００３７】
強化混合器はペレットを製造する一つの方法であるが、他の形成方法もまた考慮される。例えば、水中の出発材料のスラリーをペレットを形成するために噴霧することが可能である。
【００３８】
次に、得られたペレットは、通常、約１００℃〜約３００℃の乾燥器において、約１０重量％未満の水分含量に乾燥される。こうして形成された「未加工の支持材（ｇｒｅｅｎ  ｐｒｏｐｐａｎｔ）」は、その後、焼結混合物の組成および支持材の所期の比重に応じて、約２．１〜４．２ｇ／ｃｃの比重が得られるまで、加熱炉において焼結温度で焼結される。ＬＷＰに対して、焼結後の比重は、好ましくは、約２．１〜２．９ｇ／ｃｃ、ＩＰに対しては約３．０〜３．５ｇ／ｃｃ、そしてＨＳＰに対しては約３．３〜４．２ｇ／ｃｃである。焼結は、一般に、約２０％以下のペレットサイズの減少、ならびに構成製品における比重の増大を引き起こす。適当な焼結温度は、一般に、約１１５０℃以上、さらに好ましくは約１３００℃以上で、最も好ましくは約１５００℃である。焼結温度は、約１６００℃ほどの高温であることができる。
【００３９】
ペレットは、好ましくは乾燥後、サイズで選別（スクリーニング）される。未加工支持材の初期選別は、乾燥後に、但し焼結の前に行われる。例えば、約１０または１１メッシュのメッシュサイズを有する上部スクリーンは最大の粒子を選別するために用いられ、約１８または２０のメッシュサイズを有する下部スクリーンはより微細な粒子を除去するために用いられる（これらのスクリーンは、ＡＳＴＭ米国規格メッシュサイズの表示に正確に従わないことに留意されたい）。上部および下部スクリーンの選択は、部分的に、混合器により作りだされる混合物に応じて決まり、混合物の中位粒径を仕上げるために調整することができる。除かれた、大きすぎおよび小さすぎのペレットは、再循環することが可能である。焼結後、さらなる選別を行うことが可能である。
【００４０】
最終支持材は、球状である（すなわち、約０．７５以上、さらに好ましくは少なくとも０．８０、一般的に０．８０〜０．９の平均球形度値を有する）。焼成および選別された支持材ペレットの粒径は、一般に、０．１〜約２．５ミリメートルである。スクリーンのサイズは、上述のように、所期の粒径分布を有する支持材混合物を提供するために選択される。
【００４１】
こうして形成された支持材混合物のパックの透過係数（導通率）は、スティム・ラボの規格試験手順により試験することが可能である。手順は以下の通りである。７５トンデーク・プレスを、１０平方インチ流路を有するＡＰＩモネルＫ−５００フロー・セルと共に用いる。二つの１０平方インチのオハイオ・サンドストーン・ブロックを、コア・スラブとして用いる。ＡＰＩセルを試験しようとする支持材試料で詰め、ブレード・デバイスにより揃える。支持材試料をコア・スラブ間に置き、４セルスタックの一部となす。セルをデーク・プレスのプラテン間に置く。圧力を５００ｐｓｉに上げ、システムを真空引きし、７０〜７５°Ｆで水により飽和させる。一旦飽和した後、密閉圧力を１００ｐｓｉ／分の速度で１０００ｐｓｉに上げる。支持材を放置して平衡化する。透過係数を計算するために、流量、圧力差、および平均幅を各圧力で測定する。５個の測定値を取り平均して各透過係数をもとめる。流量は、メトラー・バランスにより０．０１ｍｌ／分まで測定する。ダーシーの法則（Ｄａｒｃｙ’ｓ  Ｌａｗ）は、透過係数を決定するための計算用に用いる。次に、試験温度を、２５０°Ｆに上げ、密閉圧力を上げる前に１２時間にわたり放置して平衡化する。支持材の透過係数を室温、１０００ｐｓｉで、および２５０°Ｆ、１０００ｐｓｉで測定する。
【００４２】
次に、圧力を分当り１００ｐｓｉで上げ、１０００ｐｓｉ増分で上記測定技術を繰り返す。支持材の透過係数を、２０００ｐｓｉ、４０００ｐｓｉ、６０００ｐｓｉ、８０００ｐｓｉまたは１０，０００ｐｓｉまたはより高い圧力で、２５０°Ｆにおいて５０時間にわたり連続的に監視する。
【００４３】
この方法により測定される透過係数は、少なくとも約１３００℃、さらに好ましくは約１５００℃の温度で焼成された、表１に示されるものに類似の１６／２０または１６／３０の従来の混合物の中間グレードセラミック代替物において、２０００ｐｓｉで約１５，０００〜２０，０００ｍｄ−ｆｔ、６０００ｐｓｉで約９０００〜１０，０００ｍｄ−ｆｔ、８０００ｐｓｉで約６０００〜７０００ｍｄ−ｆｔであることができる。これらのものよりもさらに高い透過係数もまた考慮される。
【００４４】
より高い透過係数は、割れ目半折の増大に由来して地層からの産出性の増大を可能とする。
【００４５】
破砕強度は、本明細書において注記されたものを除いて、米国石油協会推奨案６０（ＲＰ６０）により測定することが可能である。詳細には、支持材混合物の一部を、１８〜４０メッシュサイズ篩を通して（２０／４０支持材混合物の代替について）、または１４〜３０メッシュサイズ篩を通して（１６／３０支持材混合物の代替について）篩い分けする。より低い篩の上にのみ保持される支持材材料を試験用に用いる。既知重量の選別された混合物を、ピストンを有する試験セル中に置き（ＲＰ６０のＦｉｇ．７．１）、セルをプレス中に置く。混合物を、一般に、２分間にわたり５段階の応力レベル（例えば、５０００、７５００、１００００、１２，５００、および１５，０００ｐｓｉ）の一つに供する。次に、混合物を、二つの篩を用いて再度篩い分けし、より微細な篩を下回るパンに集められた微細物を計量する。破砕強度（特定応力レベルでの）は、微細物重量％によって表される、すなわち、次式の通りである。
【００４６】
【数１】
2006516945.tif 000003
【００４７】
この方法により決定される破砕強度は、７５００ｐｓｉで試験する場合、類似の材料から形成されるＩＰグレードと大部分の圧力範囲にわたりほぼ同じかもしくは少なくとも比較できる中位粒径を有する比較可能な１６／２０ＬＷＰグレードに関して有意により小さいレベルにある、１６／３０中間グレードまたは１６／２０軽量グレード代替品として意図された中間グレード拡張ＰＳＤの支持材パックにおいて、好ましくは１０％未満、さらに好ましくは７％未満、最も好ましくは約４．０％未満である。例えば焼結ボーキサイトから形成されるもののような高強度支持材において、拡張ＰＳＤ混合物についての破砕強度は、それぞれ、より優れていることが理解されるであろう。
【００４８】
従来の１６／２０または１６／３０製品中に一般的に含有される過剰量の追加の微細ペレット（「微細物」）は、中位のおよび大きなサイズのペレットにより造りだされる隙間を詰まらせて製品の透過係数を低減させないことが見出された。微細物は、中位メッシュ篩未満で見出される材料の百分率として定義される。加えて、混合物中に存在する本質的により弱い大きすぎるペレットが、時期を早めて破砕し透過係数を悪化させるようには見えないことが見出された。これら両方の発見は、狭い粒径分布支持材を製造するための従来の期待および理由付けとは反対のものである。これらの発見はまた、例えば２０／４０代替品のような他の拡張ＰＳＤ製品に対しても当てはまる。
【００４９】
十分には理解されているわけではないが、透過係数に与える積極的利益が、天然粒子充填の独特の分布特性からもたらされることが信じられる。それら自身が単離され、隙間中に落ち込まれ、隙間を詰まらせる微細粒子よりも、むしろより小さな粒子が、より大きな球体間の橋（ブリッジ）として機能して、より大きな球体の周りにそれら自身を分布させることが、推奨される。従って、それらの粒子は、隙間を詰まらせることはままならず、より大きな球体間で引き起こされる分離に由来して隙間を実際に増大させることが可能である。結果は、透過係数曲線から明らかな低適用応力での一段と改善された透過係数である。さらに、この架橋粒子構造は、より強い支持材パックをもたらし、期待されるであろうよりも優れた所定の密閉応力値で破壊および崩落に耐える。より大きなビーズの周りで形成される多粒子橋が、より大きなビーズが互いに直接接触している場合に形成されるより小さな数の高応力点接触に比べて、応力減力剤として機能することが示唆される。
【００５０】
以上、本発明の拡張ＰＳＤ支持材を球状焼結セラミックペレットについて記載したが、他の硬い材料を使用してプラスチック、および樹脂被覆材料などを含む支持材を形成可能であることも推奨される。支持材用に選択される材料は、加圧下で、且つ地層が支持され、そして一般に流体による化学的攻撃に耐性があるであろう深さで用いることに適するべきである。
【００５１】
従来の１６／３０または１６／２０混合物の代替に適する拡張ＰＳＤの形成を上記において検討してきたが、中位の粒径が０．６〜０．８５である従来の２０／４０混合物などの他の従来の混合物の代替品を調製するために、類似の原理が適用できることもまた見出された。混合物は、以下：１０、１２、１４、１６、１８、２０、２５、３０、３５、４０、５０からのＡＳＴＭ米国規格メッシュサイズの逐次セットを採用することにより定義することができる。拡張ＰＳＤ製品の中位粒径を包含する粒子の範囲を保持するメッシュサイズは、中位メッシュとして定義される。二つの連続して近接するメッシュ（すなわち、中位メッシュの上および下）は、それぞれ、第１上部および第１下部メッシュとして定義される。次のメッシュサイズは第２上部および第２下部などである。中位メッシュ、第１上部、第２上部、第１下部、第２下部メッシュなどの上に保持される重量での好ましいおよびさらに好ましい量は、好ましくは、各分配に対して同じである。従って、１．０４ｍｍの中位粒径を有する１６／３０および１６／２０拡張ＰＳＤ代替の場合において、メッシュは、表２に示される通りである。
【００５２】
【表２】
2006516945.tif 000004
【００５３】
好ましくは、混合物中の材料の合計７５％未満、さらに好ましくは６８％未満、最も好ましくは約６０％が、中位メッシュ、第１下部メッシュ、および第２下部メッシュ上に保持される。加えて、好ましくは、０〜２５重量％のペレットが第２上部メッシュ上に保持され、１５〜３３重量％の粒子が第１上部メッシュ上に保持され、１５〜３３重量％のペレットが中位メッシュ上に保持され、そして１５〜３５重量％のペレットが第１下部メッシュ上に保持される。好ましくは、８０重量％以下のペレットが、拡張ＰＳＤが置き換えようと意図された指定の二つの篩間（すなわち、１６／３０または１６／２０代替として意図された拡張ＰＳＤにおける１６メッシュと３０メッシュ篩間）に保持される。
【００５４】
従来の１２／２０ＩＰまたはＬＷＰの代替品として、または従来の１２／１８ＬＷＰの代替品として適した中間グレード拡張ＰＳＤは、少なくとも１．１０ｍｍ、例えば、約１．１０ｍｍ〜約１．４５ｍｍの中位径を有することができる。一つの実施形態において、ペレットの０〜２５重量％は、１．７〜２．０ｍｍの直径を有し、さらに好ましくは、ペレットの０．５〜１５重量％は、１．７〜２．０ｍｍの直径を有する。ペレットの１５〜３３重量％は、１．４〜１．７ｍｍの直径を有し、さらに好ましくは、少なくともペレットの１６重量％は、１．４〜１．７ｍｍの直径を有する。ペレットの１５〜３３重量％は、１．１８〜１．４ｍｍの直径を有し、さらに好ましくは、ペレットの３２重量％未満、最も好ましくは、２９重量％未満は、１．１８〜１．４ｍｍの直径を有する。１．０〜１．１８ｍｍの直径を有するペレットの１５〜３５重量％、さらに好ましくは、ペレットの１６〜３０重量％は、１．０〜１．１８ｍｍの直径を有する。ペレットの５〜２５重量％は、０．８５〜１．０ｍｍの直径を有する。
【００５５】
従来の１２／２０ＩＰまたはＬＷＰの代替品として、または従来の１２／１８ＬＷＰの代替品として適した中間グレード拡張ＰＳＤの一つの特定実施形態において、ペレットの２〜１０重量％は、１．７〜２．０ｍｍの直径を有し、ペレットの１８〜２８重量％は、１．４〜１．７ｍｍの直径を有し、ペレットの２４〜３２重量％は、１．１８〜１．４ｍｍの直径を有し、そしてペレットの１８〜２８重量％は、１．０〜１．１８ｍｍの直径を有する。
【００５６】
本発明の拡張ＰＳＤ支持材は、地層中の割れ目またはひびの開口を支え、それによって地層から引き出すことが望まれる油、ガス、または他の流体の透過係数を増大させるため、従来の手法で用いられる。一般的に、中空のケーシングが掘削井戸に挿入される。拡張ＰＳＤ支持材およびゲルまたは液体の混合物は、ケーシングにその入口で導入され、ケーシングの出口を通して高圧（一般的に、１２，０００〜２０，０００ｐｓｉ）で地層に圧入される。支持材のパックは、こうして造りだされる割れ目を開けておくのを支える。ゲルは、支持材を懸濁状態に保持するのに十分な粘度を有するあらゆる流体であることが可能である。
【００５７】
本発明の範囲を限定することを意図するものではないが、以下の実施例は、上述の方法により製造される拡張ＰＳＤ支持材の改善された特性を実証するためのものである。
【実施例】
【００５８】
実施例１
２０／４０代替混合物として意図された中間グレード拡張ＰＳＤ（拡張ＰＳＤ−１）を、以下のように調製する。約１０ミクロンの平均粒径に前もって粉砕された出発材料（アーカンソー・ボーキサイト）を、水および結合剤と共に、混合器のチャンバーのほぼ２／３までを満たすに十分な量でアイリッヒ（Ｅｉｒｉｃｈ）混合器に添加する。テーブルおよびインペラの回転を、適するサイズの種ペレットが形成されるまで、継続する。初期のボーキサイト材料のさらなる量を添加する。次に、テーブルおよびインペラの回転を数分間にわたり継続して、球状ペレットを形成する。
【００５９】
次に、ペレットを乾燥器中で乾燥して水分含量を約１０％に減少させ、次に、十分な時間にわたり約１５００℃で焼成してそれらを焼結し所期の密度を達成する。焼成する前に、ペレットを選別して、焼成後において所期の粒径分布を得る粒径分布を作りだす。焼成後にさらなる選別を行う。得られたペレットは、クルムベイン（Ｋｒｕｍｂｅｉｎ）およびスロス（Ｓｌｏｓｓ）のチャートを用いて測定した場合に、約０．８〜０．９の球形度を有する。これらのペレットは、表３において拡張ＰＳＤ−１として示される（従来の２０／４０混合物と比べて）。相当粒径もまた示される。
【００６０】
【表３】
2006516945.tif 000005
【００６１】
これらの結果は、ＡＳＴＭ米国規格メッシュ表示の関数としての保持重量％を示す図１にグラフで表される。
【００６２】
拡張ＰＳＤ製品（拡張ＰＳＤ−１）は、約３．２ｇ／ｃｃの比重を有する。
【００６３】
本発明のペレットのミリダルシー・フット（ｍｄ−ｆｔ）での透過度を試験するために用いられた試験手順および装置は、上述の通りである。
【００６４】
破砕強度は、上述のようにして測定される。７５００ｐｓｉで測定した、拡張ＰＳＤ−１製品における破砕強度は、１．３％である。この値を同じ条件下で試験した従来の中間グレード２０／４０製品における０．８％の破砕強度と比較すると、従来のＬＷＰよりも一段と優れている。
【００６５】
実施例２
表４に示される粒径分布を有する第２中間グレード支持材混合物（拡張ＰＳＤ−２）を、実施例１におけるように調製する。相当粒径を示す。公称粒径は、最大と最小値の平均である。
【００６６】
【表４】
2006516945.tif 000006
【００６７】
拡張ＰＳＤ−２製品は、３．２ｇ／ｃｃの比重および約０．７４ｍｍの中位粒径を有する。透過係数は、一般に、比較実施例Ａ（Ｃｏｍｐ．Ｅｘ．Ａ）および比較実施例Ｂ（Ｃｏｍｐ．Ｅｘ．Ｂ）と表記された２種類の市販ＬＷＰ２０／４０グレード支持材混合物のような従来の２０／４０ＬＷＰグレード製品におけるよりも有意に高く、かつ中間グレード製品に匹敵するかまたはそれより高い。
【００６８】
図２は、拡張ＰＳＤ−２製品の支持材パックに適用された圧力ｐｓｉの関数としての支持材パックの透過係数ｍｄ−ｆｔを示す。これらの値は、同じ方法により測定される実施例１の従来の２０／４０中間グレードの値と比べられる。図３は、同様の比較を示すが、２０／４０ＬＷＰグレードとの比較である。図２および図３から見ることができるように、拡張ＰＳＤ−２は、従来のＬＷＰ製品よりも全体範囲にわたってより優れて、そしてＩＰグレードよりも２０００〜８０００ｐｓｉの範囲にわたってより優れて機能する。
【００６９】
図４は、第２拡張ＰＳＤ試料（ＰＳＤ−２）から形成されるパック、および比較実施例Ａおよび比較実施例Ｂから形成されるパックの透過係数を示す。図４から見られるように、拡張ＰＳＤ−２製品は、２種類の従来のＬＷＰ試料を凌いでいるが、一方で、比較できるコスト製品をも提供する。比較実施例Ａは、約０．６５ｍｍの中位粒径を有する。比較実施例Ｂは、６７〜６９％がケイ酸アルミニウム（ムライト）の形態、０〜３０％がシリカ（クリストバル石）の形態、０〜３０％がシリカ（石英）の形態をとり、２％未満が酸化鉄、３％未満がチタンであるアルミノケイ酸塩セラミック支持材である。この製品は、約０．６６ｍｍの中位粒径を有する。
【００７０】
実施例３
表５に示される粒径分布を有する第３中間グレード支持材混合物（拡張ＰＳＤ−３）を、実施例１におけるように調製する。相当粒径を示す。公称粒径は、最大と最小値の平均である。
【００７１】
【表５】
2006516945.tif 000007
【００７２】
図５は、拡張ＰＳＤ−３製品、および比較実施例Ａ（Ｃｏｍｐ．Ｅｘ．Ａ）および比較実施例Ｂ（Ｃｏｍｐ．Ｅｘ．Ｂ）と表記された２種類の市販ＬＷＰ２０／４０グレード支持材混合物について、３段階の異なる圧力で破砕される百分率を比較したものである。比較実施例Ａは、約０．６５ｍｍの中位粒径を有する。比較実施例Ｂは、６７〜６９％がケイ酸アルミニウム（ムライト）の形態、０〜３０％がシリカ（クリストバル石）の形態、０〜３０％がシリカ（石英）の形態をとり、２％未満が酸化鉄、３％未満がチタンであるアルミノケイ酸塩セラミック支持材である。この製品は、約０．６６ｍｍの中位粒径を有する。
【００７３】
実施例４
１６／３０ＩＰ／ＬＷＰまたは１６／２０ＬＷＰ代替として意図された中間グレード拡張ＰＳＤ（拡張ＰＳＤ−４）を、実施例１におけるのと同じ方法を用いて調製する。焼成する前に、粒子を適するスクリーンで（上部スクリーンが１０または１１メッシュで、下部スクリーンが１８または２０メッシュで）選別して、焼成すると所期の粒径分布が得られる粒径分布を作りだす。焼成後にさらなる選別を行う。得られたペレットは、クルムベインおよびスロス・チャートを用いて測定した場合に、約０．８〜０．９の球形度を有する。これらのペレットは、表６において拡張ＰＳＤ−４として示される（従来の１６／２０ＬＷＰおよび１６／３０ＩＰ混合物と比べて）。相当粒径もまた示される。
【００７４】
【表６】
2006516945.tif 000008
【００７５】
これらの結果は、ＡＳＴＭ米国規格メッシュ表示の関数としての保持重量％を示す図６にグラフで表される。
【００７６】
拡張ＰＳＤ製品（拡張ＰＳＤ−４）は、約３．２ｇ／ｃｃの比重、および１．０４ｍｍの中位粒径を有する。
【００７７】
実施例５
１６／３０ＩＰ／ＬＷＰまたは１６／２０ＬＷＰ代替として意図された中間グレード拡張ＰＳＤ（拡張ＰＳＤ−５）を、実施例１におけるのと同じ方法を用いて調製する。焼成する前に、粒子を適するスクリーン（上部スクリーンが１０または１１メッシュ、下部スクリーンが１６または１８メッシュ）で選別して、焼成すると所期の粒径分布が得られる粒径分布を作りだす。焼成後にさらなる選別を行う。得られたペレットは、クルムベインおよびスロス・チャートを用いて測定した場合に、約０．８〜０．９の球形度を有する。これらのペレットは、表７において拡張ＰＳＤ−５として示される（二つの従来の１６／２０混合物と比べて）。相当粒径もまた示される。
【００７８】
【表７】
2006516945.tif 000009
【００７９】
拡張ＰＳＤ製品（拡張ＰＳＤ−５）は、約３．２ｇ／ｃｃの比重、および１．０２ｍｍの中位粒径を有する。
【００８０】
図７は、拡張ＰＳＤ−５製品の支持材パックに適用された圧力ｐｓｉの関数としての支持材パックの透過係数ｍｄ−ｆｔを示す。これらの値は、同じ方法により測定される従来の１６／３０中間グレードの値と比べられる。図８は、同様の比較を示すが、従来の１６／２０ＬＷＰグレードとの比較である。図７および図８から見ることができるように、拡張ＰＳＤ−５は、従来のＩＰ製品よりも６０００ｐｓｉ以下の圧力でより優れて機能し、そしてより高い圧力で比較可能である。この製品はまた、２０００ｐｓｉで従来のＬＷＰ製品と比較可能であり、そしてより高い圧力ではＬＷＰ製品より優れて機能する。
【００８１】
図９は、拡張ＰＳＤ−５製品の支持材パックに適用された圧力ｐｓｉの関数としての支持材パックの透過係数ｍｄ−ｆｔを示す。これらの値は、同じ方法により測定される表７に記載の２種類の従来の１６／２０軽量グレードにおける値と比べられる。拡張ＰＳＤ−５は、試験圧力の範囲にわたって２種類の従来のＬＷＰ試料を凌ぐかまたは比較可能であるが、一方で、比較できるコスト製品をも提供する。
【００８２】
図１０は、拡張ＰＳＤ−５製品について、破砕された％で破砕強度を示したものである。７５００ｐｓｉで測定された拡張ＰＳＤ−５製品における破砕強度は、１．７％である。この値は、従来の中間グレード１６／３０製品における２．２％の破砕強度に比較可能であり、同じ条件下で試験された１３．８〜１４．０％の破砕強度を示す従来の軽量グレード１６／２０製品より優れている。
【００８３】
実施例６
１２／２０ＩＰ／ＬＷＰまたは１２／１８ＬＷＰ代替として意図された中間グレード拡張ＰＳＤ（拡張ＰＳＤ−６）を、実施例１におけるのと同じ方法を用いて調製する。焼成する前に、粒子を適するスクリーン（上部スクリーンが８または９メッシュ、下部スクリーンが１６または１８メッシュ）で選別して、焼成すると所期の粒径分布が得られる粒径分布を作りだす。焼成後にさらなる選別を行う。得られたペレットは、クルムベインおよびスロス・チャートを用いて測定した場合に、約０．８〜０．９の球形度を有する。これらのペレットは、表８において拡張ＰＳＤ−６として示される（従来の１２／２０ＩＰおよび１２／１８ＬＷＰ混合物と比べて）。相当粒径もまた示される。
【００８４】
【表８】
2006516945.tif 000010
【００８５】
これらの結果は、ＡＳＴＭ米国規格メッシュ表示の関数としての保持重量％を示す図１１にグラフで表される。
【００８６】
拡張ＰＳＤ製品（拡張ＰＳＤ−６）は、約３．２ｇ／ｃｃの比重、および１．１９ｍｍの中位粒径を有する。
【００８７】
実施例７
１２／２０ＩＰ／ＬＷＰまたは１２／１８ＬＷＰ代替として意図された中間グレード拡張ＰＳＤ（拡張ＰＳＤ−７）を、実施例１におけるのと同じ方法を用いて調製する。焼成する前に、粒子を適するスクリーン（上部スクリーンが８または９メッシュ、下部スクリーンが１６または１８メッシュ）で選別して、焼成すると所期の粒径分布が得られる粒径分布を作りだす。焼成後にさらなる選別を行う。得られたペレットは、クルムベインおよびスロス・チャートを用いて測定した場合に、約０．８〜０．９の球形度を有する。これらのペレットは、表９において拡張ＰＳＤ−７として示される（２種類の従来の１２／１８混合物と比べて）。相当粒径もまた示される。
【００８８】
【表９】
2006516945.tif 000011
【００８９】
拡張ＰＳＤ製品（拡張ＰＳＤ−７）は、約３．２ｇ／ｃｃの比重、および１．２３ｍｍの中位粒径を有する。
【００９０】
図１２は、拡張ＰＳＤ−７製品の支持材パックに適用された圧力ｐｓｉの関数としての支持材パックの透過係数ｍｄ−ｆｔを示す。これらの値は、同じ方法により測定される従来の１２／２０中間グレードにおける値と比べられる。図１３は、同様の比較を示すが、従来の１２／１８ＬＷＰグレードとの比較である。図１２および図１３から見ることができるように、拡張ＰＳＤ−７は、従来の１２／２０ＩＰ製品および従来の１２／１８ＬＷＰ製品の両方よりも試験圧力の範囲にわたりより優れて機能する。
【００９１】
図１４は、拡張ＰＳＤ−７製品の支持材パックに適用された圧力ｐｓｉの関数としての支持材パックの透過係数ｍｄ−ｆｔを示す。これらの値は、同じ方法により測定される表９に記載の２種類の従来の１２／１８軽量グレードにおける値と比べられる。拡張ＰＳＤ−７は、試験圧力の範囲にわたって２種類の従来のＬＷＰ試料を凌いでいるが、一方で、比較できるコスト製品をも提供する。
【００９２】
図１５は、拡張ＰＳＤ−７製品について、破砕された％で破砕強度を示したものである。７５００ｐｓｉで測定される拡張ＰＳＤ−７製品における破砕強度は、２．５％である。この値は、従来の中間グレード１２／２０製品における３．５％の破砕強度に比較可能であり、同じ条件下で試験された１５．１〜１７．６％の破砕強度を示す従来の軽量グレード１２／１８製品より優れている。
【図面の簡単な説明】
【００９３】
【図１】第１拡張ＰＳＤ支持材混合物（ＰＳＤ−１）、およびそれに置き換えられようとする従来の２０／４０混合物について、ＡＳＴＭ米国規格メッシュ表示の関数として、保持された支持材混合物の重量％をプロットしたグラフである。
【図２】第２拡張ＰＳＤ支持材混合物（ＰＳＤ−２）、および従来の２０／４０中間強度製品から形成された支持材パックについて、応力の関数として透過係数ｍｄ−ｆｔをプロットしたグラフである。
【図３】第２拡張ＰＳＤ支持材混合物（ＰＳＤ−２）、および従来の２０／４０軽量グレード混合物から形成された支持材パックについて、応力の関数として透過係数ｍｄ−ｆｔをプロットしたグラフである。
【図４】第２拡張ＰＳＤ支持材混合物（ＰＳＤ−２）、および二つの従来の２０／４０軽量混合物から形成された支持材パックについて、応力の関数として透過係数ｍｄ−ｆｔをプロットしたグラフである。
【図５】第３拡張ＰＳＤ支持材混合物（ＰＳＤ−３）に対して５０００、７５００、または１０，０００ｐｓｉの密閉応力を、および２種類の従来の２０／４０軽量支持材パックに対して５０００および７５００ｐｓｉの密閉応力を、それぞれ適用した場合の、破砕された支持材パックの百分率をプロットしたグラフである。
【図６】従来の１６／２０軽量グレード支持材材料に対する置き換えとして、または従来の１６／３０中間グレード支持材材料に対する置き換えとして意図された第４拡張ＰＳＤ支持材混合物（ＰＳＤ−４）について、ＡＳＴＭ米国規格メッシュ表示の関数として、保持された支持材混合物の重量％、および従来の１６／２０および１６／３０混合物のそれをプロットしたグラフである。
【図７】従来の１６／３０混合物に比較した、第５拡張ＰＳＤ支持材混合物（ＰＳＤ−５）から形成された支持材パックについて、応力の関数として透過係数ｍｄ−ｆｔをプロットしたグラフである。
【図８】従来の１６／２０混合物に比較した、第５拡張ＰＳＤ支持材混合物（ＰＳＤ−５）について、応力の関数として透過係数ｍｄ−ｆｔをプロットしたグラフである。
【図９】第５拡張ＰＳＤ支持材混合物（ＰＳＤ−５）および２種類の従来の１６／２０軽量混合物から形成された支持材パックについて、応力の関数として透過係数ｍｄ−ｆｔをプロットしたグラフである。
【図１０】２種類の従来の１６／２０軽量支持材に比較した、５０００、７５００、または１０，０００ｐｓｉの密閉応力を適用した場合に破砕された、従来の１６／２０ＬＷＰまたは１６／３０ＩＰグレード支持材材料の置き換えとして意図された第５拡張ＰＳＤ支持材混合物（ＰＳＤ−５）の支持材パックの百分率をプロットしたグラフである。
【図１１】従来の１２／１８軽量グレード支持材材料の置き換えとして、または従来の１２／２０中間グレード支持材材料の置き換えとして意図された第６拡張ＰＳＤ支持材混合物（ＰＳＤ−６）について、ＡＳＴＭ米国規格メッシュ表示の関数として、保持された支持材混合物の重量％、および従来の１２／１８および１２／２０混合物のそれをプロットしたグラフである。
【図１２】従来の１２／２０混合物に比較した、第７拡張ＰＳＤ支持材混合物（ＰＳＤ−７）から形成された支持材パックについて、応力の関数として透過係数ｍｄ−ｆｔをプロットしたグラフである。
【図１３】従来の１２／１８混合物に比較した、第７拡張ＰＳＤ支持材混合物（ＰＳＤ−７）について、応力の関数として透過係数ｍｄ−ｆｔをプロットしたグラフである。
【図１４】第７拡張ＰＳＤ支持材混合物（ＰＳＤ−７）、および２種類の従来の１２／１８軽量混合物から形成された支持材パックについて、応力の関数として透過係数ｍｄ−ｆｔをプロットしたグラフである。
【図１５】２種類の従来の１２／１８軽量支持材に比較した、５０００、７５００、または１０，０００ｐｓｉの密閉応力を適用した場合に破砕された、従来の１２／１８ＬＷＰまたは１２／２０ＩＰグレード支持材材料の置き換えとして意図された第７拡張ＰＳＤ支持材混合物（ＰＳＤ−７）の支持材パックの百分率をプロットしたグラフである。
【図１】
2006516945.tif 000012
【図２】
2006516945.tif 000013
【図３】
2006516945.tif 000014
【図４】
2006516945.tif 000015
【図５】
2006516945.tif 000016
【図６】
2006516945.tif 000017
【図７】
2006516945.tif 000018
【図８】
2006516945.tif 000019
【図９】
2006516945.tif 000020
【図１０】
2006516945.tif 000021
【図１１】
2006516945.tif 000022
【図１２】
2006516945.tif 000023
【図１３】
2006516945.tif 000024
【図１４】
2006516945.tif 000025
【図１５】
2006516945.tif 000026
【手続補正書】
【提出日】平成17年10月7日(2005.10.7)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
粒子状材料を液体と合して混合物を形成し、そしてその混合物を球状ペレットに形成することを含む、支持材混合物を形成する方法であって、
ペレットを選別し、そして
ペレットを焼成して、１０、１２、１４、１６、１８、２０、２５、３０、３５、４０、および４５からなるＡＳＴＭ米国標準メッシュサイズから選択される通し番号のメッシュサイズを通して前記支持材混合物を篩い分けする場合に、中位径が一連のメッシュのうちの一つに対応する中位メッシュサイズにあるような中位径を有する支持材混合物を提供すること、及び、その際、
ペレットの０〜２５重量％が、一連の中位メッシュの２サイズ前となるメッシュサイズを有する篩上に保持され、
ペレットの１５〜３３重量％が、一連の中位メッシュのすぐ前のメッシュサイズを有する篩上に保持され、
ペレットの１５〜３３重量％が、中位メッシュ上に保持され、そして
ペレットの１５〜３５重量％が、一連の中位メッシュの次のメッシュ上に保持されること、
を特徴とする、支持材混合物の形成方法。
【請求項２】
中位径が少なくとも０．９ｍｍであることをさらに特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
ペレットの０〜２５重量％が１．４〜１．７ｍｍの直径を有し、
ペレットの１５〜３３重量％が１．１８〜１．４ｍｍの直径を有し、
ペレットの１５〜３３重量％が１．０〜１．１８ｍｍの直径を有し、そして
ペレットの１５〜３５重量％が０．８５〜１．０ｍｍの直径を有すること、
をさらに特徴とする、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
混合物中の焼成ペレットの少なくとも９５重量％が０．６０ｍｍ〜１．７ｍｍの直径を有することをさらに特徴とする、請求項２又は３に記載の方法。
【請求項５】
多数個のセラミックペレットを含む支持材混合物であって、
前記ペレットが、１０、１２、１４、１６、１８、２０、２５、３０、３５、４０、および４５からなるＡＳＴＭ米国標準メッシュサイズから選択される通し番号のメッシュサイズを通して前記支持材混合物を篩い分けする場合に、中位径が一連のメッシュのうちの一つに対応する中位メッシュサイズにあるような中位径を有し、かつ、
ペレットの０〜２５重量％が、一連の中位メッシュの２サイズ前となるメッシュサイズを有する篩上に保持され、
ペレットの１５〜３３重量％が、一連の中位メッシュのすぐ前のメッシュサイズを有する篩上に保持され、
ペレットの１５〜３３重量％が、中位メッシュ上に保持され、そして
ペレットの１５〜３５重量％が、一連の中位メッシュの次のメッシュ上に保持されること、
を特徴とする、支持材混合物。
【請求項６】
ペレットがゲルと混ぜられることをさらに特徴とする、請求項５に記載の支持材混合物。
【請求項７】
請求項６に記載の球状ペレットを液体またはゲルと合して混合物を形成し、そしてその混合物を加圧下に、ペレットが地層中の割れ目の中に位置付けされるまで、地層中に押し込むことを含む、地層を支持する方法。
【国際調査報告】
2006516945.tif 000027
2006516945.tif 000028