CN1085288A - 铝矾土高强度支撑剂的制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种深层油、气井压裂工艺用的铝 矾土高强度支撑剂的制造方法。主料铝矾土经焙烧 和粉碎后，再加入多组分氧化物与软质粘土组成的辅 料共磨和加水或有机溶剂混碾，然后经松解、成球、筛 分、烧结、抛光和再次筛分。控制焙烧、烧结温度和辅 料种类及加入量，以及采用独特成球机与成球步骤是 关键。本发明具有工艺简单独特，高效节能，产品质 量好的优点，是适合我国国情的技术方法。

Description

本发明涉及的是深层油、气井压裂工艺用的固体支撑剂的制造方法，特别涉及一种铝矾土高度强度支撑剂的制造方法。

近几十年来，为开发深层油、气井，提高其产量，压裂工艺被广泛采用，但与之密切相关的固体支撑剂是该项工艺应用好坏的关键之一。为此，国内外的科研人员对高质量固体支撑剂的制造方法进行了大量研究，就其生产工艺而论可分为烧结法和电熔喷吹法两种。在国内，河南、山东、江苏等的生产厂家多采用电熔喷吹法，生产的产品多为中低强度，且电耗比较高。如中国发明专利公告发表的CN1046776A的固体支撑剂及其制造方法就属于该种方法。个别厂家有采用烧结法的，但在工艺流程中的关键工序及其工艺条件上与本发明完全不同。国外采用烧结法的较多，但为使生产连续化、自动化，关键的成球工序采用流化床泥浆喷吹法或盘式法。如英国专利GB2079261A的制造烧结铝矾土园球工艺，是将含有铝矾土和结合剂的水悬浮料通过流态化喷吹法造球，然后进行烧结而成。该工艺连续化、自动化程度高，但投资大，不适合当前我国国情，产品质量也比较好，但价格昂贵，一般为国内同类产品的6-8倍。上述国内外以铝矾土为主料固体支撑剂的制造方法，在其工艺流程及工艺条件上与本发明都有较大差别。

本发明的目的是对以铝矾土为主料生产固本支撑剂工艺流程的改进，提供了一种工艺简单，高效、节能，产品质量好、成本低，适合我国国情的铝矾土高强度支撑剂的制造方法。

本发明的技术方案是将主料铝矾土矿（一水铝石或三水铝后）在1000℃-1350℃温度下焙烧后，经粉碎成其粒径≤0.135mm的粉粒，加辅料共磨成其粒径≤0.035mm的细粉粒，再加入原料重量的5-20%的水或有机溶剂进行混碾，均匀混合，然后通过松解、成球（造球）、筛分和烧成（烧结）。筛孔径根据园球大小要求而定。

a.铝矾土矿焙烧后，其Ae₂O₃的含量为65-95%（重量）。

b.辅料为多种氧化物Fe₂O₃、MgO、MnO₂和软质粘土，或锆英石、软质粘土、水或有机溶剂。主料与辅料的重量关系为70-95%与5-30%。

c.成球是在其转速为10-30/分且与水平面成60°夹角安装的荸荠形成球中进行。成球过程是首先使原料在成球机中生成其粒径≤0.2mm的球核（母球），然后再逐次加入粉粒料制成规定球径的园球。成球后的筛分是在上孔径为1.0mm、下孔径为0.6mm的双层套筛上进行。

d.烧成温度为1200℃-1500℃。

在上述工艺流程的烧成之后还有抛光与筛分工序。抛光是通过筒磨机使园球进行自身之间的研磨。筛分是在负压条件下用上孔径1.0mm、下孔径0.6mm的双层套筛或筛孔据园球大小要求而定。

主料焙烧后的粉碎是依次进行粗、中、细三级粉碎，细粉后的粒径≤0.088mm。

辅料种类及其重量分别为Fe₂O₃2-10%、MgO0.5-5%、MnO₂0.5-5%和软质粘土2-10%。共磨是在高频震动磨中进行超细粉碎，共磨后的粒径≤0.015mm。

水或有机溶剂（1‰聚乙烯醇）的加入量为主料加辅料重量的5-20%。混碾分两次进行，第一次混碾后盹料24小时再第二次混碾。

松解是将混碾后的泥状料制成粒状湿粉，一般使用万能粉碎机。

本发明所制造的铝矾土高强度支撑剂是以α-Ae₂O₃钢玉微晶结构为主晶相，多组份氧化物及软质粘土共熔后与α-Ae₂O₃形成固熔体和玻璃相而形成高强度的结合体，其硬度仅次于金刚石。因此，控制焙烧、烧结温度与辅料种类及其加入量是关键。

本发明与现有技术相比有以下优点：

1、工艺独特，是适合我国国情的先进技术方法，其产品质量（指标见后述）在国内处于领先地位，接近或达到美国同类产品，但其价格仅为美国的1/6-1/8。

2、采用荸荠形成球机，按特定转速并与水平面成60°夹角（倾角）设置，使坯球作三维空间连续抛物线运动，产品的园度、球度均≥0.9，该指标优于欧美同类产品。

3、产量高，能耗低，每台每小时可产合格品200Kg，仅耗电1.1千瓦。

4、为我国丰富的铝矾土矿的开发和利用开避了途径。

图：为本发明的工艺流程方格图。

下面结合实施例（附图）对本发明作进一步描述：

实施例1：

原料由主料和辅料组成。主料是铝矾土矿，其中含有以下成份及其重量：Ae₂O₃67、67%、SiO₂12.31%、Fe₂O₃2.22%、TiO₂3.33%、S 0.045%，铝硅比为5.50。辅料的种类及重量分别是Fe₂O₃7%、MgO 1%、MnO₂0.5%、软质粘土6%。将主料铝矾土矿在1350℃温度下焙烧后，依次经颚式粉碎机粗碎、雷蒙粉碎机中碎和筒磨机细碎，粉碎后的粒径＜0.088mm。之后加辅料共磨（超细粉碎），使其细粉粒径＜0.015mm。再加原料重量的14%含1‰聚乙烯醇水溶液混碾两次成泥料，在第一次混碾后盹料24小时再第二次混碾。把泥料通过万能粉碎机松解成粒状湿料，然后经成球、筛分、烧成、抛光和再次筛分，得到成品铝矾土高强度支撑剂。成球是在与水平面成60°夹角其转速为10-30转/分的荸荠形成球中进行，其过程是先使粉料在成球机中生成粒径≤0.2mm的球核，再逐次加粉料制成球径＜1.0mm的园球。筛分是使用上孔径1.0mm、下孔径0.6mm的双层套筛，筛上料（园球）返回到混碾工序，筛下料进入成球机作球核用。1.0mm-0.6mm之间园球在迥转窑中煅烧2小时，其煅烧温度为1280℃。抛光是将烧成后的园球在筒磨机中进行自身研磨。再次筛分是在负压条件下用上述相同套筛。

实施例2：

铝矾土矿经1350℃焙烧后通过粗、中、细三级粉碎成其粒径＜0.088mm的粉粒，加入辅料锆英石5%（重量）和软质粘土8%（重量）在高频振动磨中共磨成其粒径＜0.015mm细粉粒，再加原料重量15%的水进行混碾。将混碾成的泥料经万能粉碎机松解成湿粉料，在与水平面成60°夹角10-30转/分的荸荠形成球机中先生成粒径＜0.2mm的球核，再逐次加入粉粒料制成球径＜1.0mm的园球。把制成的园球通过上孔1.0mm、下孔径0.6mm的双层套筛进行筛分，筛上园球返回到混碾工序，筛下园球返回成球机作球核用。球径在1.0mm-0.6mm之间的园球进入隧道窑烧结，烧结温为1250℃，烧结时间为6小时。最后，将烧成的园球用例1中相同方法抛光和筛分后即为合格的铝矾土高强度支撑剂。

上述实施例所制成的产品，经按S.Y标准或A.P.1标准检测，其产品质量指标为：破碎率＜2-4%;园度、球度均≥0.9;密度≤3.4g/cm³;视密度≤2.1g/m³;浊度≤100NTU;表面光洁度为中;酸溶解度≤4.5%;导流能力22.27μm²-cm。

Claims (6)

1、一种铝矾土高强度支撑剂的制造方法，其特征是将主料铝矾土原矿在1000℃-1350℃温度下焙烧后粉碎成其粒径≤0.035mm的粉粒，加辅料共磨成其粒径≤0.035mm的细粉粒和加水或有机溶剂混碾，然后再经松解、成球、筛分和烧成，在上述方法的工艺流程中：

a.主料焙烧后的Ae₂O₃含量为65-95%(重量)

b.辅料为多种氧化物Fe₂O₃、MgO、MnO₂和软质粘土，或锆英石、软质粘土和水或有机溶剂，主料和辅料的重量分别为70-95%与5-30%。

c、成球是在具有10-30转/分且与水平面成60°倾角的荸荠形成球机中进行，其过程是先使细粉粒料在成球机中生成其粒径≤0.2mm的球核(母球)，再逐次加入粉粒料制成规定粒径的球粒。

d.烧成温度为1200℃-1500℃。

2、根据权利要求1所述的铝矾土高强度支撑剂的制造方法，其特征在于所述的方法，在烧成后还有抛光和筛分工序，抛光是在筒磨机中使烧成后的球粒进行自身研磨，筛分是在其上孔径为1.0mm和下孔径为0.6mm的双层套筛上且在负压条件下进行。

3、根据权利要求1或2所述的铝矾土高强度支撑剂的制造方法，其特征在于所述主料焙烧后的粉碎是依次进行粗、中、细三级粉碎，粉碎后的粉料粒径≤0.088mm。

4、根据权利要求1所述的铝矾土高强度支撑剂的制造方法，其特征在于所述的各种辅料及其重量分别是Fe₂O₃2-10%、MgO0.5-5%、MnO₂0.5-5%和软质粘土2-10%。所述的共磨即为超细粉碎，共磨后的细粉粒径≤0.015mm。

5、根据权利要求1所述的铝矾土高强度支撑剂的制造方法，其特征在于所述的水或有机溶剂（即1‰的聚乙烯醇）的加入量为原料量的5-20%（重量），所述的混碾为二次，第一次混碾后盹料24小时，再进行第二次混碾。

6、根据权利要求1所述的铝矾土高强度支撑剂的制造方法，其特征在于所述的松解是在万能粉碎机中将混碾后的泥料制成湿细粉粒状。

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