CN101838530A

CN101838530A - 低密度高强陶粒支撑剂及其制备方法

Info

Publication number: CN101838530A
Application number: CN 201010160351
Authority: CN
Inventors: 唐珂; 石凯; 胡波; 张丰乐; 张顺庆
Original assignee: ZHENGZHOU DEUSAIL FRACTURE PROPPANT CO Ltd
Current assignee: ZHENGZHOU DEUSAIL FRACTURE PROPPANT CO Ltd
Priority date: 2010-04-30
Filing date: 2010-04-30
Publication date: 2010-09-22
Anticipated expiration: 2030-04-30
Also published as: CN101838530B

Abstract

本发明涉及一种低密度高强陶粒支撑剂及其制备方法。其是将轻烧铝矾土、硬质粘土、锂辉石颗粒与工业淀粉按40～60∶30～55∶4～12∶1～3的重量比混合，再以混合料∶研磨介质∶水＝1∶1.5～2.5∶0.6～1的重量比混合介质、水，于球磨机中湿磨20～30小时，研磨泥浆经喷雾干燥所得粉体转入圆盘制粒机中造粒，筛分后的颗粒送入回转窑中烧制，烧成温度1350～1450℃，保温1.5～2.5小时。本发明陶粒产品表面光滑、致密，具有耐压强度高、视密度低、化学稳定性和耐酸性好的优异性能；采用湿法球磨工艺，改善原料的形状和粒度分布，提高了陶粒的质量，并减少粉尘污染，利于工人身心健康，利于环保。

Description

低密度高强陶粒支撑剂及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种压裂支撑剂，具体涉及一种低密度高强陶粒支撑剂及其制备方法。

背景技术

压裂工艺技术在石油、天然气的开发中发挥重要的作用，而压裂的成败及有效期的长短取决于压裂支撑剂的技术性能。支撑剂由压裂液带入并支撑在压裂地层的裂隙中，从而有效地将油气导入油气井，大幅度提高油气产量和延长油井寿命。支撑剂(proppant)则是压裂施工的关键材料，其为具有一定粒度和级配的天然砂或人造高强陶瓷颗粒。陶粒支撑剂(ceramicproppant)以铝矾土为原料，通过粉末制粒，烧结而成，具有耐高温、耐高压、耐腐蚀、高强度、高导流能力、低密度、低破碎率等特点，使用最为广泛。

目前的人造陶粒虽具高强度的特性，但颗粒相对密度较高，对压裂液的性能及泵送条件都提出了更高要求，所以研制开发低密度中强度或高强度烧结陶粒将是重要的发展方向。随着深井压裂技术的发展，对支撑剂的抗破碎能力提出了更高的要求。美国在支撑剂的开发生产中一直处于领先地位，其开发的Carbo-prop系列的支撑剂(视密度为3.22g/cm³)性能优异，0.4～0.8mm粒径范围的支撑剂在69MPa闭合压力下的破碎率仅为4.7％。视密度的大小影响着支撑剂在压裂液中的沉降速度，从而影响支撑剂在井下裂缝中形成的有效支撑裂缝长度。目前，国内大量的研究也集中在提高支撑剂的强度，虽然取得一定的成效，但却忽视了视密度的大小(一般大于3.3g/cm³)，使支撑剂在应用中容易产生较短的支撑带，堆积在裂缝的端口处，对导流极其不利。低视密度支撑剂将有利于形成长的支撑带，提高产层导流能力。

高质量的陶粒支撑剂对提高油井的经济效益有重要的作用。充分利用我国富有的高铝矾土资源，研究改进陶粒支撑剂制造的工艺技术，是一件有意义的工作。对国内外陶粒支撑剂的性能、成份和微观组织的对比研究表明，支撑剂的性能取决于它的化学组成和微观结构。因此，优选原料和改进粉体加工工艺可以有效地提高支撑剂的质量。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种低密度高强陶粒支撑剂，并给出了一种利用湿磨法制备该低密度高强陶粒支撑剂的方法。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种低密度高强陶粒支撑剂，以重量百分比计，其制备原料包括：铝矾土40～60％、硬质粘土30～55％、锂辉石4～12％、工业淀粉1～3％。

所述低密度高强陶粒支撑剂的制备原料包括：铝矾土40～50％、硬质粘土45～55％、锂辉石4～8％、工业淀粉1～2％。

所述低密度高强陶粒支撑剂的制备原料包括：铝矾土50～60％、硬质粘土30～45％、锂辉石4～10％、工业淀粉1～3％。

所述低密度高强陶粒支撑剂的制备原料包括：铝矾土45～55％、硬质粘土40～50％、锂辉石4～10％、工业淀粉1～2％。

所述铝矾土为三级或三级以上的铝矾土。

所述硬质粘土三级或三级以上的硬质粘土。

所述锂辉石中氧化锂含量≥8％。

锂辉石化合物属于低熔点成分，为易熔性化合物。锂辉石有助于在较低温度下形成莫来石以增加陶粒强度，这些作用使锂辉石质陶粒具有极低的热震性和高温化学稳定性。

上述低密度高强陶粒支撑剂的制备方法，包括如下步骤：

(1)将铝矾土、硬质粘土、锂辉石进行轻烧处理；

(2)将轻烧后的铝矾土、硬质粘土、锂辉石分别鄂破、对辊加工成1～3mm的块料；

(3)按权利要求1所述的原料配比取铝矾土、硬质粘土、锂辉石和工业淀粉混配成混合料；

(4)取上步所得混合料，以混合料∶研磨介质∶水＝1∶1.5～2.5∶0.6～1的重量比与研磨介、质水混合后，置球磨机中湿磨20～30小时，使混合料粒度达至5～20um；

(5)将上步磨所得泥浆料搅拌均匀后，将该泥浆泵入喷雾干燥塔进行干燥，干燥过的粉体用打散后，转入圆盘制粒机中造粒，经筛分得到半成品粒；

(6)将半成品粒送入回转窑中，烧成温度1350～1450℃，保温1.5～2.5小时。

所述研磨介质为钢球、碳化硅球、氧化锆球、氧化铝球中的至少一种。

本发明具有积极有益的效果：

1.本发明陶粒产品表面光滑、致密，具有耐压强度高、视密度低、化学稳定性和耐酸性好的优异性能，有关性能指标详见表1，产品的成分组成见表2。

2.本发明陶粒产品原料来源广泛，资源丰富，原料成本低廉。

3.原料配方中添加锂辉石，可起到减小密度、呈现较强的熔剂效应，具有显著降低熔化温度和缩短烧成周期等优点；还可降低熔体粘度，增强高温流动性和玻化程度，增强陶粒强度和陶粒表面光滑平整度，降低热膨胀系数，提高热稳定性，提高化学稳定性和耐酸性。

4.本发明改进了制粉工艺，采用湿法球磨工艺，改善原料的形状和粒度分布，可将原料加工很细，降低粉体的粒径，改善粉体粒径的均匀性，可有效地提高陶粒的质量(球磨的过程同时是一个均化原料的过程，保证了产品的质量稳定)；湿法工艺可减少粉尘污染，利于工人身心健康，利于环保。

5.本发明制备工艺耗能小，产能大，粉磨效率高，且不引入杂质。

表1本发明陶粒产品的主要性能指标：

表2本发明陶粒产品的主要化学成分及含量

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步描述，但不局限于下列实施例。

实施例1一种低密度高强陶粒支撑剂，制备原料构成为：三级铝矾土50％、硬质粘土40％、锂辉石8％、工业淀粉2％。

上述低密度高强陶粒支撑剂的制备方法，包括如下步骤：

(1)将铝矾土、硬质粘土在600℃下进行轻烧处理；

(2)将轻烧后的铝矾土、硬质粘土及锂辉石分别经鄂破、对辊加工成1～3mm的块料；

(4)取上步所得混合料，以混合料∶研磨介质∶水＝1∶2∶0.8的重量比与研磨介、质水混合后，置球磨机中湿磨24小时，使混合料粒度达至5～20um；

(6)将半成品粒送入回转窑中，烧成温度1400℃，保温2小时，冷却后即成。

实施例2一种低密度高强陶粒支撑剂，制备原料构成为：三级铝矾土40％、三级硬质粘土55％、锂辉石4％、工业淀粉1％。

其制备方法与实施例1基本相同，不同之处在于：步骤(4)中以混合料∶研磨介质∶水＝1∶2.2∶0.7的重量比与研磨介、质水混合后，置球磨机中湿磨20小时，使混合料粒度达至10～20um。

实施例3一种低密度高强陶粒支撑剂，制备原料构成为：三级铝矾土60％、三级硬质粘土30％、锂辉石7％、工业淀粉3％。

其制备方法与实施例1基本相同，不同之处在于：步骤(4)中以混合料∶研磨介质∶水＝1∶2∶1的重量比与研磨介、质水混合后，置球磨机中湿磨28小时，使混合料粒度达至10～15um。

实施例4一种低密度高强陶粒支撑剂，制备原料构成为：三级铝矾土55％、三级硬质粘土42％、锂辉石6％、工业淀粉2％。

其制备方法与实施例1基本相同，不同之处在于：步骤(4)中以混合料∶研磨介质∶水＝1∶1.8∶0.6的重量比与研磨介、质水混合后，置球磨机中湿磨28小时，使混合料粒度达至5～15um。

实施例5一种低密度高强陶粒支撑剂，制备原料构成为：三级铝矾土45％、三级硬质粘土45％、锂辉石9％、工业淀粉1％。

其制备方法与实施例1基本相同。

实施例6一种低密度高强陶粒支撑剂，制备原料构成为：二级铝矾土40％、硬质粘土50％、锂辉石8％、工业淀粉2％。

其制备方法与实施例1基本相同。

实施例7一种低密度高强陶粒支撑剂，制备原料构成为：

二级铝矾土48％、硬质粘土54％、锂辉石6％、工业淀粉2％。

其制备方法与实施例1基本相同。

实施例8一种低密度高强陶粒支撑剂，制备原料构成为：

铝矾土50～60％、硬质粘土30～45％、锂辉石4～10％、工业淀粉1～3％。

其制备方法与实施例1基本相同。

实施例9一种低密度高强陶粒支撑剂，制备原料构成为：

其制备方法与实施例1基本相同。

Claims

1.一种低密度高强陶粒支撑剂，其特征在于，以重量百分比计，其制备原料包括：铝矾土40～60％、硬质粘土30～55％、锂辉石4～12％、工业淀粉1～3％。

2.根据权利要求1所述的低密度高强陶粒支撑剂，其特征在于，它的制备原料包括：铝矾土40～50％、硬质粘土45～55％、锂辉石4～8％、工业淀粉1～2％。

3.根据权利要求1所述的低密度高强陶粒支撑剂，其特征在于，它的制备原料包括：铝矾土50～60％、硬质粘土30～45％、锂辉石4～10％、工业淀粉1～3％。

4.根据权利要求1所述的低密度高强陶粒支撑剂，其特征在于，它的制备原料包括：铝矾土45～55％、硬质粘土40～50％、锂辉石4～10％、工业淀粉1～2％。

5.根据权利要求1～4任意一项权利要求所述的低密度高强陶粒支撑剂，其特征在于，所述铝矾土为三级或三级以上的铝矾土。

6.根据权利要求1～4任意一项权利要求所述的低密度高强陶粒支撑剂，其特征在于，所述硬质粘土三级或三级以上的硬质粘土。

7.根据权利要求1～4任意一项权利要求所述的低密度高强陶粒支撑剂，其特征在于，所述锂辉石中氧化锂含量≥8％。

8.权利要求1所述低密度高强陶粒支撑剂的制备方法，包括如下步骤：

(1)将铝矾土、硬质粘土进行轻烧处理；

9.根据权利要求8所述低密度高强陶粒支撑剂的制备方法，其特征在于，所述研磨介质为钢球、碳化硅球、氧化锆球、氧化铝球中的至少一种。