CN107446567A - 一种高强度低密度石油压裂支撑剂 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高强度低密度石油压裂支撑剂，其由下列组分经配料，熟料，铝矾土生料，粘土，白云石，锰矿粉，碳酸钡，聚磷酸三脂，经球磨，造粒，烧制而成：其中以榆林地区铝矾土为主要原料，以粘土为粘合剂和氧化铝含量调节剂，锰矿粉和碳酸钡为矿化剂，三聚磷酸钠为分散剂，通过各原料各步骤协同配合得到良好的性能。既有较低的密度，使其易于泵送，不易在压裂液中沉降，在裂缝中能够均匀的分布，又有较高的强度，使其能够承受深井闭合压力的强度，进而保证导流能力的持久性，同时兼具球度好，耐腐蚀，耐高温等优点。本发明所得产品不仅适用于深井压裂使用，而且成本得到了有效控制。

Description

一种高强度低密度石油压裂支撑剂

一、技术领域

本发明涉及一种高强度低密度石油压裂支撑剂，其通过对压裂后的地层裂缝进行支撑来提高石油天然气产能的陶瓷颗粒物，属石油压裂支撑剂技术领域。

二、背景技术

压裂工艺技术在石油、天然气的开发中发挥重要的作用，而压裂的成败及有效期的长短很大程度上决定于压裂支撑剂的技术性能。强度和密度是支撑剂的两个很重要的性能指标，直接决定着支撑剂在地层中分布的均匀性和导流能力的持久性。目前在油气开采中广泛使用的压裂支撑剂为天然石英砂，其不仅成本低，而且密度低，易于输送。但石英砂强度低，球度差，不适用于闭合压力高的深井。采用铝矾土烧制的陶粒支撑剂密度高，球度好，耐腐蚀，耐高压，同时成本较低，因此越来越广泛的被油气田采用。国内大多数厂家目前只能生产中低强度的产品，而且品质不稳定，仅贵州和江苏等地的少数企业能够生产高强度产品，但是密度等部分技术指标偏弱，主要体现在渗透性和导流能力的持久性较差，难以满足深井石油和天然气的开发。而进口产品价格高，性价比不高，因此开发高强度低密度的陶粒砂支撑剂符合当前国家的实际需要。

三、发明内容

本发明的目的是就近取材，利用榆林地区铝矾土和粘土为主要原料研制一种一种高强度低密度石油压裂支撑剂，既有较低的密度，不易在压裂液中沉降，在裂缝中能够均匀的分布，以便有较强的导流能力，又能够有承受深井闭合压力的强度，保证导流能力的持久性。同时兼具球度好，耐腐蚀，粒径分布均匀等优点，以期达到最优效果。

1、本发明的一种高强度低密度石油压裂支撑剂，按重量组分计，包括下列组分：熟料48～55份，铝矾土生料8～15份，粘土30～41份，白云石2份，锰矿粉0.5～1.5份，碳酸钡0.6～1.4份，聚磷酸三脂0.2～0.5份。

所使用铝矾土生料中Al₂O₃含量为60～75％，SiO₂含量为15～30％。

所使用粘土中Al₂O₃含量为30～50％，SiO₂含量为30～50％。

所使用白云石中CaO含量为38％，MgO含量为17％。

所使用锰矿粉中MnO₂含量66％。

本发明的一种高强度低密度石油压裂支撑剂按下述方法制备：

(1)、将铝矾土粉末在1150℃下烧制两小时，冷却，用球磨机干磨1小时，过200目筛，制成铝矾土熟料；

(2)、按权利要求1的配比将各原料放入V型混料机中混合均匀，按水∶球∶料＝0.45∶3∶1的配料在球磨机中湿磨2小时，在80℃下烘干，过325目的筛子，陈腐过夜；

(3)、在糖衣机中造粒成球，过筛，收集30～50目之间的颗粒作为待烧颗粒；

(4)、将其转入硅碳棒电阻炉中，以10℃/分钟的升温速率升至1150℃，以5℃/分钟的升温速率升至1300℃，保温2小时，取出，室温冷却，过30～50目筛，袋装即为成品。

针对本发明组分及特性主要说明如下：

1、铝矾土生料，Al₂O₃含量60～75％，SiO₂含量15～30％。在烧制后铝矾土主要以莫来石和刚玉晶相存在，进而保证产品的高强度性能。

2、铝矾土熟料。在烧制生料的过程中，生料中的大部分结构水会挥发掉，这样所得产品会更加致密，强度更大。

3、粘土，Al₂O₃含量30～50％，SiO₂含量30～50％。起到调节氧化铝含量和粘合的作用

4、白云石，CaO含量38％，MgO含量17％。可降低烧成温度，控制生产成本，增加产品致密度，加强产品承压能力，降低产品体积密度。

5、锰矿粉为矿化剂，MnO₂含量66％。促进烧结和改善性能。①易取代铝离子，引起晶格变形，从而降低烧结温度②锰离子成核能力强，在冷却过程中迅速提高玻璃相的析晶能力③克服不利的碱性氧化物对制品性能的影响。

6、碳酸钡，化学纯。首先，钡系易溶，可以降低烧结温度，同时可以填补结构中的孔隙，增强力学性能。其次，与原料中所含氧化铝和二氧化硅形成惰性的单斜钡长石，提高产品耐酸性。

7、三聚磷酸钠，是一种链状缩合磷酸盐，易溶于水，对金属离子有显著的螯合能力，且具有很强的分散和乳化能力，有助于碾磨。

本发明一种高强度低密度石油压裂支撑剂，以榆林地区铝矾土为主要原料，以粘土为粘合剂和氧化铝含量调节剂，锰矿粉和碳酸钡为矿化剂，三聚磷酸钠为分散剂，通过各原料各步骤协同配合得到良好的性能。既有较低的密度，使其易于泵送，不易在压裂液中沉降，在裂缝中能够均匀的分布，又有较高的强度，使其能够承受深井闭合压力的强度，进而保证导流能力的持久性，同时兼具球度好，耐腐蚀，耐高温等优点。本发明所得产品不仅适用于深井压裂使用，而且成本得到了有效控制。

四、具体实施方式：

实施例1：

铝矾土中，Al₂O₃含量为74.50％，SiO₂含量为18.33％。粘土中Al₂O₃含量为37.67％，SiO₂含量为43.80％。将铝矾土在1150℃下烧制两小时，冷却，用球磨机干磨1小时，过200目筛，作为熟料备用。按质量比，称取铝矾土熟料50份，铝矾土生料9份，粘土37.3份，白云石2份，锰矿粉0.6份，碳酸钡0.8份，聚磷酸三脂0.3份，放入V型混料机中混合均匀，按水∶球∶料＝0.45∶3∶1的配料在球磨机中湿磨2小时，在80℃下烘干，过325目的筛子，陈腐过夜。在糖衣机中造粒成球，过筛，收集30～50目筛之间的颗粒作为待烧颗粒。将其转入硅碳棒电阻炉中，以10℃/分钟的升温速率升至1150℃，以5℃/分钟的升温速率升至1300℃，保温2小时，取出，室温冷却，过30～50目筛，袋装即为成品。

成品的主要指标如下：

实施例2：

铝矾土中，Al₂O₃含量为68.33％，SiO₂含量为23.73％。粘土中Al₂O₃含量为37.67％，SiO₂含量为43.80％。将铝矾土在1150℃下烧制两小时，冷却，用球磨机干磨1小时，过200目筛，作为熟料备用。按质量比，称取铝矾土熟料53份，铝矾土生料9份，粘土33.9份，白云石2份，锰矿粉0.6份，碳酸钡1.2份，聚磷酸三脂0.3份，放入V型混料机中混合均匀，按水∶球∶料＝0.45∶3∶1的配料在球磨机中湿磨2小时，在80℃下烘干，过325目的筛子，陈腐过夜。在糖衣机中造粒成球，过筛，收集30～50目筛之间的颗粒作为待烧颗粒。将其转入硅碳棒电阻炉中，以10℃/分钟的升温速率升至1150℃，以5℃/分钟的升温速率升至1300℃，保温2小时，取出，室温冷却，过30～50目筛，袋装即为成品。

成品的主要指标如下：

实施例3：

铝矾土中，Al₂O₃含量为68.33％，SiO₂含量为21.73％。粘土中Al₂O₃含量为47.57％，SiO₂含量为39.28％。将铝矾土在1150℃下烧制两小时，冷却，用球磨机干磨1小时，过200目筛，作为熟料备用。按质量比，称取铝矾土熟料49份，铝矾土生料11份，粘土35.5份，白云石2份，锰矿粉1.5份，碳酸钡0.7份，聚磷酸三脂0.3份，放入V型混料机中混合均匀，按水∶球∶料＝0.45∶3∶1的配料在球磨机中湿磨2小时，在80℃下烘干，过325目的筛子，陈腐过夜。在糖衣机中造粒成球，过筛，收集30～50目筛之间的颗粒作为待烧颗粒。将其转入硅碳棒电阻炉中，以10℃/分钟的升温速率升至1150℃，以5℃/分钟的升温速率升至1300℃，保温2小时，取出，室温冷却，过30～50目筛，袋装即为成品。

成品的主要指标如下：

Claims (6)

1.一种高强度低密度石油压裂支撑剂，其特征在于按重量组分计，包括下列组分：熟料48～55份，铝矾土生料8～15份，粘土30～41份，白云石2份，锰矿粉0.5～1.5份，碳酸钡0.6～1.4份，聚磷酸三脂0.2～0.5份。

2.如权利要求1所述的一种高强度低密度石油压裂支撑剂，其特征在于所使用铝矾土生料中Al₂O₃含量为60～75％，SiO₂含量为15～30％。

3.如权利要求1所述的一种高强度低密度石油压裂支撑剂，其特征在于所使用粘土中Al₂O₃含量为30～50％，SiO₂含量为30～50％。

4.如权利要求1所述的一种高强度低密度石油压裂支撑剂，其特征在于所使用白云石中CaO含量为38％，MgO含量为17％。

5.如权利要求1所述的一种高强度低密度石油压裂支撑剂，其特征在于所使用锰矿粉中MnO₂含量66％。

6.如权利要求1和2和3和4和5所述的一种高强度低密度石油压裂支撑剂，其制备过程：

(1)、将铝矾土粉末在1150℃下烧制两小时，冷却，用球磨机干磨1小时，过200目筛，制成铝矾土熟料；

(2)、按权利要求1的配比将各原料放入V型混料机中混合均匀，按水∶球∶料＝0.45∶3∶1的配料在球磨机中湿磨2小时，在80℃下烘干，过325目的筛子，陈腐过夜；

(3)、在糖衣机中造粒成球，过筛，收集30～50目之间的颗粒作为待烧颗粒；

(4)、将其转入硅碳棒电阻炉中，以10℃/分钟的升温速率升至1150℃，以5℃/分钟的升温速率升至1300℃，保温2小时，取出，室温冷却，过30～50目筛，袋装即为成品。