CN103666443B - 低密陶粒支撑剂及其制备方法 - Google Patents

低密陶粒支撑剂及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种低密陶粒支撑剂及其制备方法，原料的质量份数为：焦宝石90-97份、钾长石3-10份、粘结剂0-1份、分散剂0-1份。制备步骤为：将焦宝石、钾长石均匀混合；再加入水、粘结剂和分散剂，将混料球磨得到浆料；将浆料干燥得到粉料；将粉料加入到造粒机，加水，进行混合造粒，筛分，得到半成品球粒；将半成品球粒二次干燥，最后将干燥的球粒经高温烧结得到成品。本发明原料来源广泛，生产工艺简单，生产成本低，产品密度低，抗破碎能力强，产品的其他指标均符合行业标准，减少支撑剂用量并降低成本。

Description

低密陶粒支撑剂及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种支撑剂，具体涉及一种低密陶粒支撑剂及其制备方法。
背景技术
石油压裂支撑剂是石油压裂工艺技术中的主角，对提高油、气产量和延长油、气井的使用寿命起着重要作用。通常习惯根据支撑剂的密度将支撑剂划分为三类：低密度、中密度和高密度。我国石油行业一般把体积密度不大于1.65g/cm3，视密度不大于3.00g/cm3,闭合压力为52Mpa，破碎率不大于8%的支撑剂称为低密度支撑剂。其特点为用量少，泵送方便，成本低，对今后石油、页岩气井的开采有较大的推广功能。
目前超低密支撑剂主要使用石英砂，其密度较低便于泵送，价格便宜可就地取材，但是其缺点限制了其发展：（1）强度较低，其在开始破碎时的压力约为20MPa；（2）抗压强度低，破碎后将使裂缝的导流能力大大降低；（3）圆球度差、表面光洁度低的石英砂不利于支撑裂缝的渗透率。因此，石英砂仅适用于低闭合压力油气层及浅井的水力压裂。
烧结陶粒可以获得较高的强度以及可控密度，通常包括氧化铝和二氧化硅，通过调剂原料比例来控制密度，添加适当的添加剂来增强强度。强度的获得主要依靠莫来石相的存在，特别是二次针状莫来石，经研究发现钾长石利于二次莫来石的生成。钾长石的存在，有利于液相的产生将有助于莫来石相的产生，但如果莫来石很少，就会重新溶解，这些熔解的莫来石在烧结冷却过程中会重新析出产生二次针状莫来石，这种二次针状莫来石一般比较粗长，如果坯料中钾长石用量很少，就会很难看到粗长的二次针状莫来石从熔体中析出。如果钾长石的用量大，且颗粒较大，则高温反应中就会出现通过K+的扩散作用而导致的钾长石自身转化的针状莫来石聚集体。另外钾长石的熔融温度范围为1130℃-1450℃，有利于烧成控制。
发明内容
本发明目的是提供一种低密陶粒支撑剂及其制备方法，原料来源广泛，生产工艺简单，生产成本低，产品密度低，抗破碎能力强，降低水力压裂施工过程中陶粒支撑剂对动力泵和管线磨损，减少支撑剂用量并降低成本。
本发明所述的低密陶粒支撑剂，原料的质量份数如下：
焦宝石90-97份、钾长石3-10份、粘结剂0-1份、分散剂0-1份。
低密陶粒支撑剂，优选原料的质量份数如下：
焦宝石90份、钾长石8份、粘结剂1份、分散剂1份。
焦宝石为轻烧焦宝石，煅烧温度为800-1200℃，细度为100-200目；钾长石为一级钾长石，细度为100-200目。
粘结剂为羧甲基纤维素。
分散剂为聚丙烯酸钠。
低密陶粒支撑剂的制备方法，步骤如下：
（1）将焦宝石、钾长石均匀混合得到混合物料；
（2）向混合物料加入水、粘结剂和分散剂进行湿法研磨，将混料球磨20-60min到500-2000目，得到浆料；其中，加入到水为混合浆料的30-50%wt；
（3）将浆料喷雾干燥，得到水分≤5%wt的粉料；
（4）将粉料加入到造粒机，加入15-25%wt的水分，进行混合造粒，制得的球料过18-30目筛，得到半成品球粒；
（5）将半成品球粒在100-120℃下二次干燥，得到水分为3-5%wt的粉料；
（6）最后将干燥的球粒经高温烧结得到成品。
烧结温度为1300℃-1450℃。
烧结时间为2-3小时。
产品体积密度<1.65g/cm3，52MPa抗破碎能力<8%。
本发明与现有技术相比，具有以下有益效果：
本发明原料来源广泛，生产工艺简单，生产成本低，产品密度低，抗破碎能力强，产品的其他指标均符合行业标准，适用于新、老油气井水力中浅井压裂施工，能有效降低水力压裂施工过程中陶粒支撑剂对动力泵和管线磨损，减少支撑剂用量并降低成本。陶粒支撑剂的破碎率显著降低，同时其他指标均符合行业标准。
具体实施方案
下面结合实施例对本发明做进一步的说明。
实施例1
本实施例所述的低密陶粒支撑剂，原料的质量份数如下：
焦宝石（Al2O3：44%，SiO2：53%，Fe2O3：2%）90份、钾长石（K2O：8.57%，Na2O：2.14%，Al2O3：17%，SiO2：71.3%）10份、羧甲基纤维素1份、聚丙烯酸钠1份。
制备步骤如下：
（1）按比例将焦宝石、钾长石混合均匀得到混合物料；
（2）将混合物料加入到研磨机中，再加入水、羧甲基纤维素、聚丙烯酸钠，将混料球磨30min到900目，得到浆料，其中，加入到水为混合浆料的40%wt。
（3）将浆料经喷雾干燥机喷雾干燥后得到水分≤5%的粉料；
（4）将粉料加入到造粒机，均匀加入20%wt的水分，进行混合造粒，制得的球料过18-30目筛，得到半成品球粒；
（5）将半成品球粒在100℃二次干燥，干燥后水分5%；
（6）最后将干燥的球粒经1450℃高温烧结2小时得到低密陶粒支撑剂。
实施例2
本实施例所述的低密陶粒支撑剂，原料的质量份数如下：
焦宝石（Al2O3：41%，SiO2：53%，Fe2O3：1%）97份、钾长石（K2O：8.33%，Na2O：2.10%，Al2O3：16.2%，SiO2：70.6%）4份、羧甲基纤维素0.3份、聚丙烯酸钠0.7份。
制备步骤如下：
（1）按比例将焦宝石、钾长石混合均匀得到混合物料；
（2）将混合物料加入到研磨机中，再加入水、羧甲基纤维素、聚丙烯酸钠，将混料球磨50min到1200目，得到浆料，其中，加入到水为混合浆料的45%wt。
（3）将浆料经喷雾干燥机喷雾干燥后得到水分≤5%的粉料；
（4）将粉料加入到造粒机，均匀加入18%wt的水分，进行混合造粒，制得的球料过18-30目筛，得到半成品球粒；
（5）将半成品球粒在110℃二次干燥，干燥后水分4%；
（6）最后将干燥的球粒经1300℃高温烧结3小时得到低密陶粒支撑剂。
实施例3
本实施例所述的低密陶粒支撑剂，原料质量份数如下：
焦宝石（Al2O3：40%，SiO2：54%，Fe2O3：2%）92份、钾长石（K2O：7.97%，Na2O：2.14%，Al2O3：15%，SiO2：72.3%）7份、聚丙烯酸钠1份。
制备步骤如下：
（1）按比例将焦宝石、钾长石混合均匀得到混合物料；
（2）将混合物料加入到研磨机中，再加入水、羧甲基纤维素、聚丙烯酸钠，将混料球磨60min到1800目，得到浆料，其中，加入到水为混合浆料的35%wt。
（3）将浆料经喷雾干燥机喷雾干燥后得到水分≤5%的粉料；
（4）将粉料加入到造粒机，均匀加入25%wt的水分，进行混合造粒，制得的球料过18-30目筛，得到半成品球粒；
（5）将半成品球粒在120℃二次干燥，干燥后水分3%；
（6）最后将干燥的球粒经1380℃高温烧结2.5小时得到低密陶粒支撑剂。
实施例4
本实施例所述的低密陶粒支撑剂，原料质量份数如下：
焦宝石（Al2O3：42%，SiO2：55%，Fe2O3：1%）97份、钾长石（K2O：9.17%，Na2O：2.04%，Al2O3：13%，SiO2：72.1%）3份。
制备步骤如下：
（1）按比例将焦宝石、钾长石混合均匀得到混合物料；
（2）将混合物料加入到研磨机中，再加入水、将混料球磨40min到1600目，得到浆料，其中，加入到水为混合浆料的40%wt。
（3）将浆料经喷雾干燥机喷雾干燥后得到水分≤5%的粉料；
（4）将粉料加入到造粒机，均匀加入20%wt的水分，进行混合造粒，制得的球料过18-30目筛，得到半成品球粒；
（5）将半成品球粒在110℃二次干燥，干燥后水分小于4%；
（6）最后将干燥的球粒经1380℃高温烧结2.5小时得到低密陶粒支撑剂。
表1实施例1-4低密陶粒支撑剂质量检测结果

Claims (3)

1.一种低密陶粒支撑剂，其特征在于，原料质量份数如下：
焦宝石90-97份、钾长石3-10份、粘结剂1份、分散剂1份；
粘结剂为羧甲基纤维素；
所述的低密陶粒支撑剂的制备方法，其特征在于，制备步骤如下：
将焦宝石、钾长石均匀混合得到混合物料；
向混合物料加入水、粘结剂和分散剂进行湿法研磨，将混料球磨20-60min到500-2000目，得到浆料；其中，加入到水为混合浆料的30-50%wt；
将浆料喷雾干燥，得到水分≤5%wt的粉料；
将粉料加入到造粒机，加入15-25%wt的水分，进行混合造粒，制得的球料过18-30目筛，得到半成品球粒；
将半成品球粒在100-120℃下二次干燥，得到水分为3-5%wt的粉料；
最后将干燥的球粒经高温烧结得到成品；
烧结温度为1300℃-1450℃；
烧结时间为2-3小时。
2.根据权利要求1所述的低密陶粒支撑剂，其特征在于，焦宝石为轻烧焦宝石，煅烧温度为800-1200℃，细度为100-200目；钾长石为一级钾长石，细度为100-200目。
3.根据权利要求1所述的低密陶粒支撑剂，其特征在于，分散剂为聚丙烯酸钠。
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