CN104927833A - 一种高强度石油压裂支撑剂 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高强度石油压裂支撑剂。本支撑剂包括以下组份的原料：铝土矿废矿渣20～40份、铝土矿30～60份和烧结助剂0.75份，所述铝土矿为贵州铝铁矿，铝土矿废矿渣为平果铝铁矿矿渣。其制备工艺为按上述重量份数比称取物料，将各物料混合均匀，用常规方法磨粉、制粒、烘干，然后加入回转窑1460～1490℃烧结0.5-0.8h,即可制成高强度石油压裂支撑剂。本发明具有原料来源丰富易得、成本低，制备工艺简单、能耗低，容易实现工业化生产，在103MPa下抗压强度高、密度低等优点。

Description

一种高强度石油压裂支撑剂
技术领域
本发明属于石油压裂支撑剂的生产领域，尤其是一种高强度石油压裂支撑剂。
背景技术
石油压裂支撑剂，是石油、天然气和页岩气低渗透油气井开采压裂施工的关键材料。压裂技术是改造油气田的重要手段，它是利用人工方法把流体注入岩石基层，以超过地层破裂强度的压力，使井筒周围岩层产生裂缝，形成一个具有高导流能力的道，为保持压裂后形成的裂缝开启，油气产物能顺畅通过，注入颗粒状的支撑剂是重要措施之一。将支撑剂颗粒注射到含油地层中形成的裂缝内，以固定裂缝壁的位置，从而防止它们闭合。油气井在经过压裂后其增产效果及生产动态取决于裂缝的导流能力，支撑剂的类型、物理性质及其在裂缝中的分布是影响裂缝导流能力的重要因素。对石油压裂支撑剂有以下主要性能要求：(1)支撑剂要有足够的抗压强度和抗磨损的能力，能耐受注入时的强大压力和摩擦力，并有效地支撑人工裂缝；(2)支撑剂颗粒相对密度要低，便于泵入井下。
目前，国内多采用压裂陶粒、石英砂，但它们的强度较低，只能用于浅层油井开采。若将这些支撑剂使用在中深井，将难以承受岩层巨大的压力及地层环境中的各种腐蚀，会大量破碎，破碎率一般在15%-25%，反而阻止了石油的流出，难以满足油井的要求。近年来，国内关于高强度石油支撑剂研究方面的较多，查到了相关文献如下：
发明名称：超低密高强度石油支撑剂，授权公开号：CN 102002356 B。该发明公开了一个超低密高强度石油支撑剂，它采用30-50 ％ wt 的白泥、30-50 ％wt 的高岭土、10-20 ％wt 的长石为原料均匀混合后，再加入上述三种原料总重量2-5 ％的铝溶胶、硅溶胶或磷酸铝凝胶等增强剂，经湿法球磨、超细研磨、喷雾干燥、滚动成型、烘干、筛分和高温烧制而成。所述超低密高强度石油支撑剂的视密度为2.0-2.5 g/cm3，在52MPa压力下所述超低密高强度石油支撑剂的破碎率≤8％。本发明制备工艺复杂复杂，生产成本高，且支撑剂的抗压强度较低。
发明名称：低密度高强度红柱石压裂支撑剂及其生产方法，授权公告号：CN 102268248 B。本发明原料组成为：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6～10 h后出窑，即得成品。本发明产品在压力52 MPa 和69 MPa下的破碎率分别低于4.8 %、6.9 %。本发明工艺较简单，但原料成本高、制得的产品在103 Mpa下抗压强度很低，无法满足深油、气深井支撑剂的性能要求。
目前，国内生产的石油压裂支撑剂存在原料来源困难、加工工艺复杂、能耗大、成本高、强度低抗压能力弱、密度大等缺陷。
发明内容
本发明目的在于解决上述存在的问题，提供一种高强度石油压裂支撑剂，其在103 Mpa下抗压强度很高，能够满足深油、气深井支撑剂的性能要求。本发明是以广西平果铝土矿废矿渣和贵州铝土矿为主原料，铝土矿废矿渣先经过常规的除铁处理，充分改变广西铝土矿铁含量高，不适合用于石油支撑剂生产的缺点。高强度石油压裂支撑剂的研制不仅填补了国内超高强度石油支撑剂产品的空白，还可将广西平果铝业沉砂池中废弃的500吨铝土矿废矿渣的综合利用有着重要意义。
为实现以上目的，本发明是通过以下技术方案实现的：
一种高强度石油压裂支撑剂，包括下述重量份数比的原料：铝土矿废矿渣20～40份、铝土矿30～60份和烧结助剂0.75份，所述铝土矿为贵州铝铁矿，铝土矿废矿渣为平果铝铁矿矿渣。
所述的烧结助剂为预糊化淀粉。
所述的平果铝土矿废矿渣先用常规方法经过除铁处理和焙烧处理后，其Al2O3含量由60～63 %提升至69～73 %，Fe2O3含量由26～29%降低至10～13 %。
所述的贵州铝铁矿其Al2O3灼减后含量为90～94%，Fe2O3含量为0.6～1 %。
一种高强度石油压裂支撑剂的制备方法，其主要制备工艺为：按上述重量份数比称取物料，将各物料混合均匀，用常规方法磨粉、制粒、烘干，然后加入回转窑1460～1490 ℃烧结30-40分钟,即可制成高强度石油压裂支撑剂。
所述的高强度石油压裂支撑剂的粒径为20～50目，体积密度为1.98～2.00 g/cm3，抗103MPa的破碎率为8.01～9.08 %。
本发明的优点于积极效果为：
（1）本发明以广西平果铝土矿废矿渣和贵州铝土矿为主原料，原料来源广泛、成本低，铝土矿废矿渣先经过常规的除铁处理在进行焙烧处理，充分改变广西铝土矿铁含量高，不适合用于石油支撑剂生产的缺点。本发明将铝土矿废矿渣变废为宝，不仅实现了资源的综合利用，还降低了环境污染。
（2）本发明制备工艺简单、能耗低、容易实现工业化生产，应用前景非常广泛。
（3）本发明制备得到的高强度石油压裂支撑剂的粒径为20～50目，体积密度为1.98～2.00 g/cm3，抗103MPa的破碎率8.01～9.08 %，其性能优于同行产品，能够满足深油、气深井支撑剂的性能要求。
具体实施方式
下面将结合具体实施例对本发明进一步说明，但本发明的保护范围不限于实施例。以下实施例用的铝土矿废矿渣先经过常规的除铁技术处理和焙烧处理后，其Al2O3含量由60～63 %提升至69～ 73%，Fe2O3含量由26～29 %降低至10～13 %，改变广西铝土矿铁含量高，不适合用于石油支撑剂生产的缺点。所用的贵州铝铁矿其Al2O3灼减后的含量为90～94%，Fe2O3含量为0.6～1%。所述的焙烧是将原料在1000℃焙烧。
实施例1
一种高强度石油压裂支撑剂，包括下述重量份数比的原料：Al2O3含量为70.24%和Fe2O3含量为12.6%的广西平果铝土矿废矿渣20kg，Al2O3含量为93.54%和Fe2O3含量为0.77%的贵州铝土矿30kg，烧结助剂预糊化淀粉0.6 kg。
高强度石油压裂支撑剂的制备方法如下：按上述重量份数比称取物料，将各物料混合均匀，用常规方法磨粉、制粒、烘干，然后加入回转窑1470 ℃烧结30min,并经过20-40目筛筛分，即可制成高强度石油压裂支撑剂。
实施例2
一种高强度石油压裂支撑剂，包括下述重量份数比的原料：Al2O3含量为72.87%、Fe2O3含量为10.17%的广西平果铝土矿废矿渣20kg，Al2O3含量为90.78%、Fe2O3含量为0.60%的贵州铝土矿30kg，烧结助剂预糊化淀粉0.6 kg。
高强度石油压裂支撑剂的制备方法如下：按上述重量份数比称取物料，将各物料混合均匀，用常规方法磨粉、制粒、烘干，然后加入回转窑1480℃烧结30min,并经过20-40目筛筛分，即可制成高强度石油压裂支撑剂。
实施例3
一种高强度石油压裂支撑剂，包括下述重量份数比的原料：Al2O3含量为69.03%、Fe2O3含量为12.81%的广西平果铝土矿废矿渣20kg，Al2O3含量为93.54%、Fe2O3含量为0.81%的贵州铝土矿30kg，烧结助剂预糊化淀粉0.6 kg。
高强度石油压裂支撑剂的制备方法如下：按上述重量份数比称取物料，将各物料混合均匀，用常规方法磨粉、制粒、烘干，然后加入回转窑1490℃烧结30min,并经过20-40目筛筛分，即可制成高强度石油压裂支撑剂。
实施例4
一种高强度石油压裂支撑剂，包括下述重量份数比的原料：Al2O3含量为70.24%、Fe2O3含量为12.6%的广西平果铝土矿废矿渣20kg，Al2O3含量为93.54%、Fe2O3含量为0.77%的贵州铝土矿30kg，烧结助剂预糊化淀粉0.6 kg。
高强度石油压裂支撑剂的制备方法如下：按上述重量份数比称取物料，将各物料混合均匀，用常规方法磨粉、制粒、烘干，然后加入回转窑1460 ℃烧结0.5-0.8 h,并经过30-50目筛筛分，即可制成高强度石油压裂支撑剂。
实施例5
一种高强度石油压裂支撑剂，包括下述重量份数比的原料：Al2O3含量为70.24%、Fe2O3含量为12.6%的广西平果铝土矿废矿渣20kg，Al2O3含量为93.54%、Fe2O3含量为0.77%的贵州铝土矿30kg，烧结助剂预糊化淀粉0.6 kg。
    高强度石油压裂支撑剂的制备方法如下：按上述重量份数比称取物料，将各物料混合均匀，用常规方法磨粉、制粒、烘干，然后加入回转窑1470 ℃烧结0.5-2 h,并经过30-50目筛筛分，即可制成高强度石油压裂支撑剂。
    用常规方法对以上实施例得到的石油支撑剂的产品性能进行检测，结果如表1所示。目前国内石油行业对超高强度石油支撑剂尚无明确的指标规定，现借鉴卡博厂家产品的技术指标进行对比，经过检测得出的结果为：本发明得到的高强度石油压裂支撑剂各项性能指标与美国卡博厂家公司提供的产品相似，优于国内提供的高强度石油支撑剂。
表1.本发明的产品性能指标与市场上产品对比

Claims (6)

1.一种高强度石油压裂支撑剂，其特征在于：包括下述重量份数比的原料：铝土矿废矿渣20～40份、铝土矿30～60份和烧结助剂0.75份，所述铝土矿为贵州铝铁矿，铝土矿废矿渣为平果铝铁矿矿渣。
2.根据权利要求1所述一种高强度石油压裂支撑剂，其特征在于：所述烧结助剂为预糊化淀粉。
3.根据权利要求1所述一种高强度石油压裂支撑剂，其特征在于：所述平果铝土矿废矿渣先用常规方法经过除铁处理及焙烧处理后，其Al2O3含量由60～63 %提升至69～73 %，Fe2O3含量由26～29 %降低至10～13 %。
4.根据权利要求1所述一种高强度石油压裂支撑剂，其特征在于：所述贵州铝铁矿其Al2O3灼减后重量含量为90～94 %，Fe2O3重量含量为0.6～1 %。
5.根据权利要求1-4任一项所述一种高强度石油压裂支撑剂的制备方法，其特征在于：按上述重量份数比称取物料，将各物料混合均匀，用常规方法磨粉、制粒、烘干，然后加入加入回转窑在1460～1490 ℃烧结30～40分钟,即可制成高强度石油压裂支撑剂。
6.根据要求5所述一种高强度石油压裂支撑剂的制备方法，其特征在于：所述的高强度石油压裂支撑剂的粒径为20～50目，体积密度为1.98～2.00 g/cm3，抗103MPa的破碎率为8.01～9.08 % 。
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