CN105131933B - 超低密度陶粒支撑剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

一种超低密度陶粒支撑剂的制备方法及由该方法制造的支撑剂。本发明的支撑剂在制备过程中，以铝矾土、粉煤灰、粘土为内芯，加入内芯造孔材料，铝矾土、粉煤灰和锰矿石粉为外壳，经成球烧结筛分得到超低密度陶粒支撑剂。本发明提供了一种低密度、较高强度支撑剂，在适应中高闭合压力地层的同时，有力的减少了油田辅助设备的运行成本，减少了压裂液的使用，减轻了压裂液对地层渗透率的伤害，为油田产生巨大的经济效益。

Description

超低密度陶粒支撑剂及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种油气压裂工艺中使用的支撑剂，特别地涉及一种超低密度陶粒支撑剂的制备方法及由该方法制造的支撑剂。

背景技术

随着我国及世界油气资源日渐枯竭，人们不得不开发难于采收的低渗透油气藏。由于油气藏的地层渗透率低，必须采取压裂手段才能获得经济油(气)流，还必须用压裂液把支撑剂携入地层以防止地层重新闭合。

目前常用的压裂支撑剂有石英砂、陶粒及树脂覆膜颗粒等。其中石英砂的价格最便宜，相对密度低，便于施工泵送，但是石英砂的强度低、圆球度差、破碎率高，从而降低了裂缝的导流能力。石英砂用树脂覆膜后圆球度有所改善，抗破碎率能力大幅度提高，导流能力比石英砂好。以铝钒土为主料制造的陶粒支撑剂，圆球度、抗破碎能力和导流能力都比石英砂好，广泛的被深油气井所采用。但是陶粒的密度比石英砂大，对泵送条件及压裂液的性能都提出了更高的要求，加大了施工难度。相比之下，超低密度支撑剂具有携带容易，能大大降低压裂液的粘度，减少对压裂设备的伤害，有效降低施工难度和采油成本。因此超低密度支撑剂的开发成为支撑剂研究的方向。

发明内容

本发明旨在提供一种超低密度、较高强度支撑剂，在适应中高闭合压力地层的同时，有力的减少了油田辅助设备的运行成本，减少了压裂液的使用，减轻了压裂液对地层渗透率的伤害，为油田产生巨大的经济效益。

本发明所采用的技术方案是：一种超低密度陶粒支撑剂的制备方法，包括如下的步骤：

1)A料制作，其中A料所含成分为铝矾土、粉煤灰、粘土及增孔剂，按比例将四种成分经研磨混合后得到A料；

2)B料制作，其中B料所含成分为铝矾土、粉煤灰和锰矿石，将三种成分研磨混合后得到B料；

3)造粒，将A料加入盘式造粒机中，经喷雾法加水造粒，当粒径到达第一粒径范围之后，逐步在喷雾加水过程中加入B料，待粒径达到第二粒径范围之后，停止造粒；

4)烘干、筛选，颗粒在干燥设备进行烘干，之后取出，并筛选出第二粒径范围的颗粒；

5)烧结，干燥后的颗粒放入马弗炉中进行烧结；

6)冷却，将烧结后的颗粒取出，置于降温室内自然冷却到室温；

7)按第三粒径范围筛选，获得超低密度陶粒支撑剂。

进一步地，其中A料中按质量比来说，铝矾土∶粉煤灰∶粘土∶增孔剂为10～40∶15～40∶30～45∶5～10，且研磨后粒径小于等于325目。

进一步地，其中B料中按质量比来说，铝矾土∶粉煤灰∶锰矿石为60～80∶10～30∶5～10，且研磨后粒径小于等于325目。

进一步地，其中所述第一粒径范围为：0.1-0.7mm；所述第二粒径范围为：0.2-0.9mm；所述第三粒径范围为：0.2-0.9mm。

进一步地，其中所述第一粒径包括如下规格：0.1-0.3mm，0.1-0.4mm或0.3-0.7mm。

进一步地，其中所述第二粒径包括如下规格：0.2-0.5mm，0.3-0.6mm或0.5-0.9mm；第三粒径包括如下规格：0.212-0.425mm，0.3-0.6mm或0.425-0.850mm。

进一步地，其中烧结时长为2.5-3小时，烧结温度为1200-1250℃。

进一步地，其中增孔剂为可在高温下燃烧的有机物粉体颗粒。

进一步地，其中烘干步骤中，烘干温度为100-200℃，烘干到颗粒含水率位于0.1％-8％即可。

本发明还保护一种依据上述制备方法所制得的支撑剂，该支撑剂的体积密度≤1.20g/cm3，视密度≤2.00g/cm3，酸溶解度≤5％，52MPa条件下破碎率≤9％。

本发明的优点在于：利用铝矾土、粉煤灰、粘土形成内核骨料，在烧制的过程中可以将添加的煤粉燃烧掉从而形成空隙，这样可以有效的降低密度，在外面包覆铝矾土、粉煤灰和锰矿石粉材料保证密度低的同时，可以大大提高颗粒强度，从而提高支撑剂的抗破碎能力。

具体实施方式

本发明所提供的超低密度陶粒支撑剂的制备方法，包括如下的步骤：

1)A料制作，其中A料所含成分为铝矾土、粉煤灰、粘土及增孔剂，按比例将四种成分经研磨混合后得到A料；

2)B料制作，其中B料所含成分为铝矾土、煤粉灰和锰矿石，将三种成分研磨混合后得到B料；

3)造粒，将A料加入盘式成球机盘式造粒机中，经喷雾法加水造粒，当粒径到达第一粒径范围，即0.1mm～0.7mm范围之后，比如包括如下规格：0.1-0.3mm，0.1-0.4mm或0.3-0.7mm，逐步在喷雾加水过程中加入B料，待粒径达到第二粒径范围，即0.2mm～0.9mm之后，比如包括如下规格：0.2-0.5mm，0.3-0.6mm或0.5-0.9mm；停止造粒；

4)烘干、筛选，颗粒在干燥设备中经100-200℃加热到含水率位于0.1％-8％时，取出，筛选出满足第二粒径范围的颗粒；

5)烧结，干燥后的颗粒放入马弗炉中进行烧结，控制烧结温度为1200-1250℃；

6)冷却，将烧结后的颗粒取出，置于降温室内自然冷却到室温；

7)按第三粒径范围筛选，具体的，第三粒径范围主要包括如下规格：0.425-0.850mm，0.3-0.6mm，0.212-0.425mm，获得超低密度陶粒支撑剂。

其中所述增孔剂为可在高温下可燃烧的有机物粉体颗粒，优选地可以选用煤粉，纤维素粉体，淀粉类。其中，比如煤粉由原煤研磨加工至200目而获得，原煤可以选用烟煤或者无烟煤。煤粉加入到A料中，使得烧结期间，煤粉由于燃烧而在颗粒中形成了一定的孔洞。由此获得的支撑剂密度低，便携性高。但是同时还保证了支撑剂的良好工作性能。

下面列出了根据本发明的两个优选实施例。

实施例1

将铝矾土2.5kg、粉煤灰3.0kg、粘土4.0kg、煤粉1.0kg磨成粒径不大于325目的混合料，混合均匀为A料。

铝矾土7kg、粉煤灰2.5kg和锰矿石粉0.5kg磨成粒径不大于325目的混合料，混合均匀为B料。

将A料缓慢加入成球机中，喷雾法加水造粒，控制粒径在0.2mm～0.4mm之间，接着在喷雾加水的过程逐步加入B料，使球逐渐长大，粒径控制在0.5mm～0.9mm之间，颗粒经100～200℃烘干、筛选后，进入坩埚中，在马弗炉中逐步升温，在1200-1250℃煅烧2.5小时，自然冷却后，按照粒径规格筛分即可得低密度支撑剂。该制备方法所得到的支撑剂，体积密度为1.15g/cm3，视密度不大于1.90g/cm3，酸溶解度为4.5％，52MPa条件下破碎率为6.4％。

实施例2

将铝矾土2.5kg、粉煤灰2.5kg、粘土5.0kg、煤粉0.5kg磨成粒径不大于325目的混合料，混合均匀为A料。

铝矾土6kg、粉煤灰2.0kg和锰矿石粉1.0kg磨成粒径不大于325目的混合料，混合均匀为B料。

将A料缓慢加入成球机中，喷雾法加水造粒，控制粒径在0.3mm～0.7mm之间，接着在喷雾加水的过程逐步加入B料，使球逐渐长大，粒径控制在0.5mm～0.9mm之间，颗粒经100～200℃烘干、筛选后，进入坩埚中，在马弗炉中逐步升温，在1200-1250℃煅烧2.5小时，自然冷却后，按照粒径规格筛分即可得低密度支撑剂。

该制备方法所得到的支撑剂，体积密度为1.19g/cm3，视密度为1.98g/cm3，酸溶解度为4.3％，52MPa条件下破碎率为5.3％。、

本发明采用A，B料分别混合并在造粒步骤中逐步加入的方式，提高了制造过程中，造粒的均匀度，和可控制程度，相比于现有技术来说，所成型的支撑剂的结构更为均匀，工作性能更好。

以上所述，仅为本发明专利较佳的具体实施方式，但本发明专利的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明专利揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明专利的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种超低密度陶粒支撑剂的制备方法，其特征在于：将铝矾土2.5kg、粉煤灰3.0kg、粘土4.0kg、煤粉1.0kg磨成粒径不大于325目的混合料，混合均匀为A料；

铝矾土7kg、粉煤灰2.5kg和锰矿石粉0.5kg磨成粒径不大于325目的混合料，混合均匀为B料；

将A料缓慢加入成球机中，喷雾法加水造粒，控制粒径在0.2mm～0.4mm之间，接着在喷雾加水的过程逐步加入B料，使球逐渐长大，粒径控制在0.5mm～0.9mm之间，颗粒经100～200℃烘干、筛选后，进入坩埚中，在马弗炉中逐步升温，在1200-1250℃煅烧2.5小时，自然冷却后，按照粒径规格筛分即可得低密度支撑剂。

2.一种超低密度陶粒支撑剂的制备方法，其特征在于：

将铝矾土2.5kg、粉煤灰2.5kg、粘土5.0kg、煤粉0.5kg磨成粒径不大于325目的混合料，混合均匀为A料；

铝矾土6kg、粉煤灰2.0kg和锰矿石粉1.0kg磨成粒径不大于325目的混合料，混合均匀为B料；

将A料缓慢加入成球机中，喷雾法加水造粒，控制粒径在0.3mm～0.7mm之间，接着在喷雾加水的过程逐步加入B料，使球逐渐长大，粒径控制在0.5mm～0.9mm之间，颗粒经100～200℃烘干、筛选后，进入坩埚中，在马弗炉中逐步升温，在1200-1250℃煅烧2.5小时，自然冷却后，按照粒径规格筛分即可得低密度支撑剂。