CN101914374A

CN101914374A - 高强度陶粒支撑剂及其生产方法

Info

Publication number: CN101914374A
Application number: CN2010102313750A
Authority: CN
Inventors: 张玉明; 张建军
Original assignee: ZHENGZHOU DEUSAIL FRACTURE PROPPANT CO Ltd
Current assignee: ZHENGZHOU DEUSAIL FRACTURE PROPPANT CO Ltd
Priority date: 2010-07-20
Filing date: 2010-07-20
Publication date: 2010-12-15
Anticipated expiration: 2030-07-20
Also published as: CN101914374B

Abstract

本发明涉及一种高强度陶粒支撑剂及其生产方法，其原料组成为：铝矾土生料80～90％、重晶石2～10％、明矾0.1～0.6％、氧化铁4～10％、锰矿石粉3～8％。本发明精选原料，各成分配伍合理，通过加入重晶石、明矾和氧化铁，经锰矿石粉催化，使陶粒支撑剂在高温下形成更多的莫来石相和部分刚玉相，大大提高了陶粒支撑剂的耐压强度。本发明产品在压力69MPa、86MPa、100MPa下的破碎率分别低于3.5％、6.5％、9.5％，表面光洁度较高，有效地提高了产品质量，降低了石油压裂成本。本发明所需原料较少，并且原料易得，生产工艺简化，投资少，成本低，易于推广实施。

Description

高强度陶粒支撑剂及其生产方法

一、技术领域：

本发明涉及一种油、气井压裂工艺用的固体支撑剂，特别是涉及一种高强度陶粒支撑剂及其生产方法。

二、背景技术：

开发深层油、气井，提高其产量，压裂工艺被广泛采用。为确保地下深层压裂缝的有效撑开，必需选用合适的支撑剂。支撑剂可增加地层的导流能力，提高油或气的产量，是压裂工艺应用好坏的一个重要因素。烧结陶粒由于强度高、圆球度好，是人们优先选择的压裂支撑剂。我国石油行业一般把承压能力69MPa、86MPa的支撑剂称为高强度陶粒支撑剂，其中以铝矾土为主要原料，配合其他无机物料制造的陶粒支撑剂较为常用。

申请号为200410010272.6、发明名称为高强度陶粒支撑剂及其制备方法的专利申请公开了一种高强度陶粒支撑剂及其制备方法，其原料组成为：Al₂O₃74-80％、SiO₂5.5-10.5％、Fe₂O₃4-9％、TiO₂2.5-3.5％，其他辅料0-3％。上述原料搅拌均匀后成混合粉，经水气雾化滚动成球，再经高温烧结而成。该产品具有较高的抗酸腐蚀性，可有效地支撑压裂裂缝，提高产油率。但是该支撑剂的承压能力仅能达到69MPa，承压能力较低，产品质量也不稳定，不能满足现有油、气井压裂用固体支撑剂的性能要求。因此，通过技术创新提高产品的性能质量已刻不容缓。

三、发明内容：

本发明要解决的技术问题：在于提供一种高强度的陶粒支撑剂，还提供了该支撑剂的生产方法。

本发明的技术方案：

一种陶粒支撑剂由下述重量百分比含量的原料组成：铝矾土生料80～90％、重晶石2～10％、明矾0.1～0.6％、氧化铁4～10％、锰矿石粉3～8％。

所述的陶粒支撑剂优选组成：铝矾土生料85～88％、重晶石3～6％、明矾0.3～0.5％、氧化铁5～8％、锰矿石粉3～5％。

所述铝矾土生料中含Al₂O₃85-90％；所述锰矿石粉中含MnO₂45～50％、SiO₂30～40％。

一种所述陶粒支撑剂的生产方法，称取各原料，分别磨成细粉，过320目筛，将原料混合搅拌均匀，加入旋转制粒机中制粒，同时加雾化水气，至混合料形成圆粒半成品；将圆粒半成品在回转窑中烧制，烧制时窑头温度1350～1400℃，窑尾温度300～320℃，烧制6～8h后出窑，即得到所述陶粒支撑剂。

所述圆粒半成品的粒度为18目～30目。

所述成品出窑后，降温至30℃以下，过20～40目筛筛分；所述烧制时窑头温度1360～1380℃。

本发明部分原材料的性能要求(其中数值以重量百分比表示，％)：

本发明的积极有益效果：

(1)以往制作的陶粒支撑剂一般采用低熔物做矿化剂，在高温下形成各种晶相的混合体，导致陶粒支撑剂的强度较低。本发明精选原料，各成分配伍合理，通过加入重晶石、明矾和氧化铁，经锰矿石粉催化，使陶粒支撑剂在高温下形成更多的莫来石相和部分刚玉相，大大提高了陶粒支撑剂的耐压强度。各成分作用如下：

铝矾土生料：主要作用是使制得的半成品在1350-1400℃的高温下，其中的Al₂O₃和SiO₂发生反应，形成大量的莫来石相与少量刚玉相，从而起到骨架支撑作用，使陶粒具有较高的耐压强度。重晶石：在高温下能增加陶粒的体密度和视密度，从而达到高密度、高强度的效果。氧化铁：主要起催化剂作用，使耐火度较高的铝矾土生料在较低的温度下形成固熔体。

明矾：起助烧剂作用，使生铝矾土在高温下形成刚玉相和莫来石相，使生铝矾土烧结更充分。锰矿石粉：主要起催化剂和着色剂作用，MnO₂在高温下形成大量的玻璃固熔体，使Al₂O₃形成大量的莫来石相。

(2)本发明产品在压力69MPa、86MPa、100MPa下的破碎率分别低于3.5％、6.5％、9.5％，其强度高于其它同类产品，表面光洁度较高，有效提高了产品质量，降低了石油压裂成本。产品的性能指标见表3、表4。

(3)本发明所需原料较少，并且原料易得，生产工艺简化，投资少，成本低，易于推广实施。

四、具体实施方式：

实施例1：高强度陶粒支撑剂及其生产方法

原料组成见表1，以重量百分比计，即铝矾土生料80％、重晶石6％、明矾0.1％、氧化铁9.9％、锰矿石粉4％。原料性能要求见技术方案部分。

称取各原料，分别磨成细粉，过320目筛，过筛率大于98.5％，将原料混合搅拌均匀，在制粒机单向匀速转动下，混合料连续均匀加入制粒机，同时加雾化水气，至混合料形成大小不一的圆粒；过18～30目筛，要求过筛率大于80％以上，然后再转动10-15分钟，过18～30目筛后得到半成品；将半成品提入料仓，经传送带送入回转窑中烧制，按窑体每转一圈4～6分钟的转速转动，窑头温度1350～1400℃，窑尾温度300～320℃，烧制6～8h后出窑；经活水喷淋式滚动冷却桶冷却10-15分钟，降温至30℃以下，过20～40目筛后得到成品。

实施例2：原料组成见表1，生产方法和实施例1基本相同，不同之处在于：

将半成品在回转窑中烧制时，窑头温度1350～1360℃，窑尾温度310～320℃，烧制6h后出窑得到成品。

实施例3：原料组成见表1，生产方法和实施例1基本相同，不同之处在于：

将半成品在回转窑中烧制时，窑头温度1380～1400℃，窑尾温度300～310℃，烧制7h后出窑得到成品。

实施例4：原料组成见表1，生产方法和实施例1基本相同，不同之处在于：

将半成品在回转窑中烧制时，窑头温度1360～1380℃，窑尾温度300～310℃，烧制7.5h后出窑得到成品。

实施例5～10：原料配方见表1，生产方法同实施例1，不再重述。

实施例11～20：原料配方见表2，生产方法同实施例2，不再重述。

表1：

表2：

表3：实施例1～10中产品的性能指标

表4：本发明产品的性能指标均符合下表。

Claims

1.一种陶粒支撑剂，其特征在于：由下述重量百分比含量的原料组成，铝矾土生料80～90％、重晶石2～10％、明矾0.1～0.6％、氧化铁4～10％、锰矿石粉3～8％。

2.根据权利要求1所述的陶粒支撑剂，其特征在于：其中铝矾土生料85～88％、重晶石3～6％、明矾0.3～0.5％、氧化铁5～8％、锰矿石粉3～5％。

3.根据权利要求1或2所述的陶粒支撑剂，其特征在于：所述铝矾土生料中含Al₂O₃ 85-90％。

4.根据权利要求1或2所述的陶粒支撑剂，其特征在于：所述锰矿石粉中含MnO₂ 45～50％、SiO₂ 30～40％。

5.一种权利要求1所述陶粒支撑剂的生产方法，其特征在于：称取各原料，分别磨成细粉，过320目筛，将原料混合搅拌均匀，加入旋转制粒机中制粒，同时加雾化水气，至混合料形成圆粒半成品；将圆粒半成品在回转窑中烧制，烧制时窑头温度1350～1400℃，窑尾温度300～320℃，烧制6～8h后出窑，即得到所述陶粒支撑剂。

6.根据权利要求5所述陶粒支撑剂的生产方法，其特征在于：所述圆粒半成品的粒度为18目～30目。

7.根据权利要求5所述陶粒支撑剂的生产方法，其特征在于：所述成品出窑后，降温至30℃以下，过20～40目筛筛分。

8.根据权利要求5所述陶粒支撑剂的生产方法，其特征在于：所述烧制时窑头温度1360～1380℃。