CN102268248A

CN102268248A - 低密度高强度红柱石压裂支撑剂及其生产方法

Info

Publication number: CN102268248A
Application number: CN2011101866614A
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: 2011-07-05
Filing date: 2011-07-05
Publication date: 2011-12-07
Anticipated expiration: 2031-07-05
Also published as: CN102268248B

Abstract

本发明涉及一种低密度高强度红柱石压裂支撑剂及其生产方法。原料组成为：铝矾土生料65~75%、红柱石2~20%、高岭土5~20%、铝酸钙水泥1~8%、锰矿石粉3~10%。生产方法包括：称取原料，磨成细粉并过筛，混合均匀后加入旋转制粒机制粒，同时加雾化水气，至混合料形成球形半成品，烘干；然后在回转窑内烧制，烧制时窑头温度1300~1400℃，窑尾温度280~320℃，烧制6~10h后出窑，即得成品。本发明产品在压力52MPa和69MPa下的破碎率分别低于4.8%、6.9%，强度高于其它同类产品；产品体积密度为1.40~1.60g/cm³，视密度为2.60~2.85g/cm³，密度均低于行业标准；产品表面光洁度较高，有效降低石油压裂成本。

Description

低密度高强度红柱石压裂支撑剂及其生产方法

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，特别是涉及一种低密度高强度红柱石压裂支撑剂及其生产方法。

背景技术

在开发深层油、气井，为提高油、气井的产量，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。我国石油行业中的压裂支撑剂一般以铝矾土为主要原料，并配合其他无机物料制造的压裂支撑剂。

申请号为200410010272.6的专利申请公开一种高强度陶粒支撑剂及其制备方法，原料为：Al₂O₃74-80％、SiO₂5.5-10.5％、Fe₂O₃4-9％、TiO₂2.5-3.5％，其他辅料0-3％。原料搅拌后成混合粉，经水气雾化滚动成球，经高温烧结而成。该产品具有较高的抗酸腐蚀性，可支撑压裂裂缝，提高产油率。但是该支撑剂承压能力较低，产品质量不稳定，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已刻不容缓。

发明内容

本发明要解决的技术问题：提供一种低密度高强度的红柱石压裂支撑剂及其生产方法。

本发明的技术方案：

一种低密度高强度红柱石压裂支撑剂由下述重量百分比的原料组成：铝矾土生料 65~75%，红柱石2 ~ 20%，高岭土5~20%，铝酸钙水泥1~8%，锰矿石粉3~10%。

所述的压裂支撑剂，其中铝矾土生料70%，红柱石10%，高岭土10%，铝酸钙水泥5%，锰矿石粉5%。

所述压裂支撑剂的生产方法包括：称取各原料，分别磨成细粉并过320目筛，混合搅拌均匀，加入旋转制粒机中制粒，同时加雾化水气，至混合料形成球形半成品；将球形半成品在220~280℃下烘干1-2h，烘干后含水率在2~3%以下，然后在回转窑内烧制，烧制时窑头温度1300~1400℃，窑尾温度280~320℃，烧制6~10h后出窑，即得到所述压裂支撑剂成品。

所述球形半成品的粒度为18~30目。

所述成品出窑后，降温至30℃以下，过20~40目筛筛分。

表1：本发明主要原料的性能要求（以重量百分比表示，%）

本发明的积极有益效果：

（1）本发明精选原料，各成分配伍合理，通过加入红柱石和铝酸钙水泥，经锰矿石粉催化，使压裂支撑剂在高温下形成更多的莫来石相和部分刚玉相，大大提高了压裂支撑剂的耐压强度。本发明改变了以往的压裂支撑剂采用低熔物作矿化剂，在高温下形成各种晶相的混合体，导致压裂支撑剂的强度较低的缺陷。

本发明中的各原料作用如下：

铝矾土生料：主要是使球形半成品在1300-1400℃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。红柱石：在高温下能稳定陶粒的体积密度和视密度，从而达到高强度的效果。高岭土：主要起粘接固化作用，提高产品的早期强度。铝酸钙水泥：主要起催化剂和助烧剂作用，一方面铝酸钙水泥可以使铝矾土生料在高温下形成莫来石的固溶体；另一方面铝矾土生料在较低温度下形成刚玉相和莫来石相，使铝矾土生料烧结更充分。锰矿石粉：主要起催化剂和着色剂作用，MnO₂在高温下可以进入莫来石晶格内形成固溶体，部分形成玻璃相，降低了莫来石相的生成温度。

（2）本发明产品在压力52MPa和69MPa下的破碎率分别低于4.8%、6.9%，其强度高于其它同类产品；产品体积密度为1.40~1.60g/cm³，视密度为2.60~2.85 g/cm³，密度均低于行业标准；产品表面光洁度较高，可降低石油压裂成本。产品性能见表3、表4。

（3）本发明原料较少，原料廉价易得，生产工艺简化，投资少，成本低，易于推广实施。

具体实施方式

实例1：高强度红柱石压裂支撑剂及其生产方法

原料要求和配比见表1、2，以重量百分比计，即铝矾土生料70%、红柱石10%、高岭土10 %、铝酸钙水泥5%、锰矿石粉5%。

生产方法：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，然后转动10-15分钟，过18~30目筛后得到半成品；将半成品在烘干机内烘干筛分，传送至回转窑内烧制，按窑体每转一圈4~6分钟的转速转动，控制窑头温度1300~1400℃，窑尾温度280~320℃，烧制6~10h后出窑；经活水喷淋式滚动冷却窑冷却10-25分钟，降温至30℃以下，过20~40目筛后得到成品。产品性能见表3、表4。

实例2：原料要求和配比见表1、2，生产方法和实例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1320~1360℃，窑尾温度310~320℃，烧制6h后出窑，得到成品。

实例3：原料组成见表2，生产方法和实例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。

实例4：原料要求和配比见表1、2，生产方法和实例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1320~1360℃，窑尾温度290~300℃，烧制10h后出窑。

实例5~8：原料要求和配比见表1、2，生产方法同实例1。

表2：各实例的原料组成

表3：各实例中产品的性能指标

表4：本发明产品的性能指标和行业标准的比较。

Claims

1.一种低密度高强度红柱石压裂支撑剂，其特征在于：由下述重量百分比的原料组成：铝矾土生料 65~75%，红柱石2 ~ 20%，高岭土5~20%，铝酸钙水泥1~8%，锰矿石粉3~10%。

2.根据权利要求1所述的压裂支撑剂，其原料特征在于：其中铝矾土生料 70%，红柱石10%，高岭土10%，铝酸钙水泥5%，锰矿石粉5%。

3.权利要求1所述的压裂支撑剂的生产方法，其特征在于：称取各原料，分别磨成细粉并过320目筛，混合搅拌均匀，加入旋转制粒机中制粒，同时加雾化水气，至混合料形成球形半成品；将球形半成品在220~280℃下烘干1-2h，烘干后含水率在2~3%以下，然后在回转窑内烧制，烧制时窑头温度1300~1400℃，窑尾温度280~320℃，烧制6~10h后出窑，即得到所述压裂支撑剂成品。

4.根据权利要求3所述的生产方法，其特征在于：所述球形半成品的粒度为18~30目。

5.根据权利要求3所述的生产方法，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。