CN103525396B - 利用中、低品位铝土矿制备中密度高强度支撑剂的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了利用中、低品位铝土矿制备中密度高强度支撑剂的方法，包括：将质量含量为65～72%、45～50%的铝土矿生矿煅烧形成轻烧中、低品位铝土矿；按以下质量百分比称取各原料并研磨均化：轻烧中品位铝土矿20～35%，轻烧低品位铝土矿60～70%，粘土2～5%，镁粉0.5～2%，二氧化锰粉2～6%；在圆盘造粒机中造粒；将胚球干燥；将干燥后的半成品在1320～1360℃高温下烧结并保温0.5～2h；将高温烧结后的产品冷却直至60℃以下，震动筛分，获得20～40目的支撑剂。本发明原理可靠，操作简便，制备的支撑剂具有高强度、高圆度，能广泛运用于石油压裂工艺，扩大了低品位铝土矿的应用范围。

Description

利用中、低品位铝土矿制备中密度高强度支撑剂的方法
技术领域
本发明涉及石油、天然气井压裂工艺用的固体支撑剂技术领域，特别是以配矿的方式，利用中、低品位铝土矿制备中密度高强度石油压裂支撑剂的方法。
背景技术
随着工业的发展与生活水平的升高，当前国内外都面临着石油天然气与日俱增的需求与石油天然气资源日益短缺的问题。为提高油气采收能力，在石油天然气开采过程中，不断开发新的工艺措施来达到石油增产的目的。压裂技术作为一种重要的石油增产技术之一，就是通过携带液将支撑剂携带至油气裂缝，起到支撑裂缝，提高油气倒流能力，来达到提高油气采收效率，支撑剂的性能对压裂效果有着显著的影响。陶粒支撑剂凭借可调的密度、高耐酸度、高强度等特点，在压裂工艺中成为主要被采用的石油压裂固体支撑剂。
中国专利CN1833298A公开了一种超强度陶粒支撑剂及其准备方法，其原料包含10～30%铝矾土（Al2O3含量85～90%），50～70%铝土矿（Al2O3含量74～77%），8～15%高铁铝土矿，7～20%粘土，2～5%锰矿，0.5～2.5%钾长石，0.1～1.2%糊精。将上述比例的矿物分别研磨成325目全部通过的细粉，然后混合搅拌均匀，再转入滚动制粒机中制粒，过筛得到目标粒径的半成品，高温煅烧半成品，冷却得到体密度1.80 g/cm3，视密度3.29 g/cm3的中密度陶粒支撑剂。中国专利CN103131407A公开了利用镁渣作为矿化剂的高强度陶粒石油支撑剂及制备方法，其原料有100份轻烧铝矾土矿（Al2O3含量不大于75%）、2～6份镁渣、1～3份辅料、0.3～0.5份粘合剂，经破碎，制粒，高温烧结，得到体积密度≤1.8 g/cm3，视密度≤3.35 g/cm3的陶粒支撑剂。目前国内中密度支撑剂制备还是非常依赖高品位铝土矿，随着国内优质铝土矿资源的日益减少，以及国家对矿产资源更加严格的管理和规划，中密度支撑剂对高品位铝土矿的依赖问题亟需解决。
发明内容
本发明的目的在于提供利用中、低品位铝土矿制备中密度高强度支撑剂的方法，该方法原理可靠，操作简便，制备的支撑剂具有高强度、高圆度，能广泛运用于石油压裂工艺，同时降低了中密度支撑剂对高品位铝土矿的依赖，扩大了低品位铝土矿的应用范围，降低了中密度支撑剂的生产成本，具有广阔的市场前景。
为达到以上技术目的，本发明提供以下技术方案。
所述利用中、低品位铝土矿制备中密度高强度支撑剂的方法，依次包括以下步骤：
（1）轻烧：将质量含量为65～72%的铝土矿生矿在800℃～1000℃下进行1～3h煅烧后形成轻烧中品位铝土矿，将质量含量为45～50%的铝土矿生矿在950℃～1100℃下进行1～3h煅烧后形成轻烧低品位铝土矿；
（2）磨粉：
按以下比例称取各原料：
轻烧中品位铝土矿   20～35%，
轻烧低品位铝土矿   60～70%，
粘土               2～5%，
镁粉               0.5～2%，
二氧化锰粉         2～6%，
以上物质均为质量百分比，将各原料混合并进行研磨均化，得到目标粒度的细粉；
（3）造粒：在圆盘造粒机的圆盘内加入上述干细粉，待圆盘转动后，在细粉表面均匀喷入雾化水，待喷完雾化水，圆盘转动一段时间后，形成大量表面湿润的母核，随后撒入干细粉，使胚球长大，重复交替进行喷入雾化水和撒入干粉，使胚球继续长大直至所需粒度；
（4）干燥：将胚球干燥至水分的质量含量低于3%；
（5）烧结：将干燥后的半成品在1320～1360℃高温下烧结并保温0.5～2h；
（6）筛分：将高温烧结后的产品冷却直至60℃以下，震动筛分产品，获得20～40目的支撑剂。
所述粘土中Al2O3的质量含量为26～35%，SiO2的质量含量为49～68%，为四川攀枝花的软质粘土。
所述镁粉为高温煅烧菱镁矿所得的工业镁粉，其MgO的质量含量为65～85%。
所述二氧化锰粉为工业锰粉，其MnO2的质量含量为45～62%。
所述磨粉步骤中各原料混合并进行研磨均化后，得到细粉的粒度为600目水洗通过率不低于95%。
所述造粒步骤中胚球的粒径范围为0.71～1mm。
与现有技术相比，通过本发明提供的方法制备的支撑剂，其体积密度为1.67～1.79g/cm3，视密度为3.15～3.30g/cm3，粒径规格为20～40目，69MPa压力下破碎率低于5%，其具有高强度、高圆度，能广泛运用于各种深度的石油压裂，本发明降低了中密度支撑剂对高品位铝土矿的依赖，扩大了中低品位铝土矿的应用范围，减少了中密度支撑剂的生产成本。
具体实施方式
下面结合实施例进一步说明本发明，但本发明的保护范围并不局限于以下实施例：
实施例1
利用中、低品位铝土矿制备的中密度高强度支撑剂，由以下质量百分比的原料制备而成：
轻烧中品位铝土矿   22%，
轻烧低品位铝土矿   68%，
粘土               3%，
镁粉               1%，
二氧化锰粉         6%，
所述轻烧中品位铝土矿为质量含量为65～72%的铝土矿生矿在900℃下进行1h煅烧后的产物。
所述轻烧低品位铝土矿为质量含量为45～50%的铝土矿生矿在1100℃下进行3h煅烧后的产物。
用中、低品位铝土矿制备中密度高强度支撑剂的方法，包括以下步骤：
按上述比例称取各原料，将混合料进行研磨均化，得到600目水洗通过率不低于95%的细粉；在圆盘造粒机中，向干细粉喷入雾化水，当母核形成后，通过交替进行喷入雾化水和撒入干细粉使胚球长大直至达到0.71～1mm；胚球干燥至水分质量含量低于3%；将干燥半成品在1340℃高温下烧结并保温2h；温烧结后的产品冷却直至60℃以下，震动筛分产品，获得20～40目支撑剂产品。产品体密度1.74 g/cm3，视密度 3.18 g/cm3，69MPa下破碎率4.2%。
实施例2
利用中、低品位铝土矿制备的中密度高强度支撑剂，由以下质量百分比的原料制备而成：
轻烧中品位铝土矿   27%，
轻烧低品位铝土矿   64%，
粘土               4%，
镁粉               1.2%，
二氧化锰粉         3.8%，
所述轻烧中品位铝土矿为质量含量为65～72%的铝土矿生矿在800℃下进行2h煅烧后的产物。
所述轻烧低品位铝土矿为质量含量为45～50%的铝土矿生矿在1000℃下进行3h煅烧后的产物。
用中、低品位铝土矿制备中密度高强度支撑剂的方法，包括以下步骤：
按上述比例称取各原料，将混合料进行研磨均化，得到600目水洗通过率不低于95%的细粉；在圆盘造粒机中，向干细粉喷入雾化水，当母核形成后，通过交替进行喷入雾化水和撒入干细粉使胚球长大直至达到0.71～1mm；胚球干燥至水分质量分数低于3%；将干燥半成品在1350℃高温下烧结并保温1.5h；温烧结后的产品冷却直至60℃以下，震动筛分产品，获得20～40目支撑剂产品。产品体密度1.77 g/cm3，视密度 3.23 g/cm3，69MPa下破碎率3.9%。
实施例3
利用中、低品位铝土矿制备的中密度高强度支撑剂，由以下质量百分比的原料制备而成：
轻烧中品位铝土矿   35%，
轻烧低品位铝土矿   60%，
粘土               2%，
镁粉               1%，
二氧化锰粉         2%，
所述轻烧中品位铝土矿为质量含量为65～72%的铝土矿生矿在800℃下进行1h煅烧后的产物。
所述轻烧低品位铝土矿为质量含量为45～50%的铝土矿生矿在950℃下进行2h煅烧后的产物。
用中、低品位铝土矿制备中密度高强度支撑剂的方法，包括以下步骤：
按上述比例称取各原料，将混合料进行研磨均化，得到600目水洗通过率不低于95%的细粉；在圆盘造粒机中，向干细粉喷入雾化水，当母核形成后，通过交替进行喷入雾化水和撒入干细粉使胚球长大直至达到0.71～1mm；胚球干燥至水分质量分数低于3%；将干燥半成品在1360℃高温下烧结并保温1 h；温烧结后的产品冷却直至60℃以下，震动筛分产品，获得20～40目支撑剂产品。产品体密度1.79 g/cm3，视密度 3.27 g/cm3，69MPa下破碎率3.5%。

Claims (4)

1.利用中、低品位铝土矿制备中密度高强度支撑剂的方法，依次包括以下步骤：
（1）将质量含量为65～72%的铝土矿生矿在800℃～1000℃下进行1～3h煅烧后形成轻烧中品位铝土矿，将质量含量为45～50%的铝土矿生矿在950℃～1100℃下进行1～3h煅烧后形成轻烧低品位铝土矿；
（2）按以下比例称取各原料：
轻烧中品位铝土矿   20～35%，
轻烧低品位铝土矿   60～70%，
粘土               2～5%，
镁粉               0.5～2%，
二氧化锰粉         2～6%，
以上物质均为质量百分比，将各原料混合并进行研磨均化，得到细粉的粒度为600目水洗通过率不低于95%；
（3）在圆盘造粒机的圆盘内加入上述干细粉，待圆盘转动后，在细粉表面均匀喷入雾化水，形成大量表面湿润的母核，随后撒入干细粉，使胚球长大，重复交替进行喷入雾化水和撒入干粉，使胚球继续长大直至胚球的粒径范围为0.71～1mm；
（4）将胚球干燥至水分的质量含量低于3%；
（5）将干燥后的半成品在1320～1360℃高温下烧结并保温0.5～2h；
（6）将高温烧结后的产品冷却直至60℃以下，震动筛分产品，获得20～40目的支撑剂。
2.如权利要求1所述的利用中、低品位铝土矿制备中密度高强度支撑剂的方法，其特征在于，所述粘土中Al2O3的质量含量为26～35%，SiO2的质量含量为49～68%。
3.如权利要求1所述的利用中、低品位铝土矿制备中密度高强度支撑剂的方法，其特征在于，所述镁粉为高温煅烧菱镁矿所得的工业镁粉，其MgO的质量含量为65～85%。
4.如权利要求1所述的利用中、低品位铝土矿制备中密度高强度支撑剂的方法，其特征在于，所述二氧化锰粉为工业锰粉，其MnO2的质量含量为45～62%。
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