CN109593520A - 一种压裂支撑剂用石英砂及其制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种压裂支撑剂用石英砂及其制备方法，属于压裂支撑剂技术领域。所述石英砂是以泡砂石为原料，通过机械分离的方法将泡砂石内的硅酸盐矿物包裹层与其包裹的自然结晶颗粒分离，从而得到近似球形的自然结晶颗粒石英砂。本发明压裂支撑剂用石英砂从天然泡砂石矿中分离得到，制备方法简单，易于工业化生产，通过机械分离方法能得到较为完整的自然结晶颗粒，将自然结晶颗粒在水力压裂和砾石充填作业中用作支撑剂，可以满足压裂支撑剂的性能要求。

Description

一种压裂支撑剂用石英砂及其制备方法和应用

技术领域

本发明属于压裂支撑剂技术领域，具体为一种压裂支撑剂用石英砂及其制备方法和应用。

背景技术

压裂开采是油气田稳产增产的重要技术手段，对低渗透率及超深油气藏的开发尤为重要。压裂开采利用底面高压泵、通过井筒油层挤注具有较高粘度的压裂液。当注入压裂液的速度超过油层的吸收能力时，则在井底油层上形成很高的压力，当这种压力超过井底附近油层岩石的破裂压力时，油层将被压开并产生裂缝。继续向油层挤注压裂液，裂缝就会继续向油层内部扩张。为了保持压开的裂缝处于张开装填，接着向油层挤入带有压裂支撑剂的携砂液，携砂液进入裂缝之后，一方面可以使裂缝继续向前延伸，另一方面可以支撑已经压开的裂缝，使其不至于闭合。再接着注入顶替液，将井筒的携砂液全部顶替进入裂缝，用压裂支撑剂将裂缝支撑起来。最后，注入的高粘度压裂液将会自动降解排出井筒之外，在油层中留下一条或多条长、宽、高不等的裂缝，使油层与井筒之间建立起一条新的流体通道。

压裂支撑剂是进行油气压裂开采的核心技术产品，其性能指标(如强度、酸溶解度、圆球度等)直接影响着压裂的效果。石英砂是现有常用的压裂支撑剂，在世界范围内均存在天然的压裂用石英砂，分布主要集中在沙漠及其附近。但油气田分布与石英砂的分布不完全一致，比如中国的石英砂主要分布在内蒙、甘肃、青海、北方等地，而油气田分布较广，特别是近年来页岩油、气的开采如火如荼，南方分布较多，因此，出现北方压裂用砂及不远千里往南方运输。

泡砂石(英文名叫quartaite sandston，又叫白泡石、砂岩矿、砂页岩)的主要用途为用作玻璃耐火材料，用量很低，近年来随着中国建筑装饰材料的发展，和人们更希望融入自然的渴望，由于其独特的天然纹路线条，防滑、易雕刻、零辐射等特性，被广泛用做现代高端建筑装饰材料，且价格与大理石相当，市场前景广阔。但由于泡砂石(或矿、岩)的特殊性，而以上装饰材料对矿石均要求无水缝、高强度、方正(有利于加工切割)，花纹色泽美观，因此在采矿、加工过程中形成大量废弃料、边角余料，这些“无用”废弃料占总量的一半左右，还不包括矿山采石时，对开采人员肉眼可见不能作为装饰材料的未开采部分，而这些夹在“有用”矿石中的“另类”，不仅被白白浪费，更有甚者可能还会为矿山生产及以后矿山恢复带来安全隐患。现这些废弃料绝大部分要另找土地堆放或直接堆积在矿山凹地、山坡，由于其较硬难风化，植物不能下根等特点形成大面积荒山，甚至有导致泥石流的风险。

发明内容

本发明的目的在于提供一种压裂支撑剂用石英砂及其制备方法和应用，既可以解决北方压裂石英砂不远千里往南方运输的问题，又能对泡砂石废料进行回收利用及土壤改造。本发明压裂支撑剂用石英砂从天然泡砂石矿中分离得到，且分离方法简单，成本低廉，易于工业化生产。

本发明目的通过以下技术方案来实现：

一种压裂支撑剂用石英砂，所述石英砂为从泡砂石中分离得到的近似球形的自然结晶颗粒。

进一步，所述石英砂是以泡砂石为原料，通过机械分离的方法将泡砂石内的硅酸盐矿物包裹层与其包裹的自然结晶颗粒分离，从而得到近似球形的自然结晶颗粒石英砂。

进一步，所述泡砂石包括硅酸盐矿物包裹层以及被硅酸盐矿物包裹层包裹的近似球形的自然结晶颗粒石英砂。

进一步，所述泡砂石中SiO₂含量≥85％。

进一步，所述自然结晶颗粒石英砂的粒径为0.106mm～0.825mm。

一种压裂支撑剂用石英砂的制备方法，所述制备方法为将泡砂石依次经粗破、细破、精破、筛分、水洗、脱水烘干；或依次经粗破、细破、精破、水洗、脱水烘干、筛分；或依次经粗破、细破、精破、水洗、脱水烘干、筛分，将泡砂石内的硅酸盐矿物包裹层与其包裹的自然结晶颗粒分离，得到近似球形的自然结晶颗粒石英砂。

进一步，所述制备方法还可包括精整，精整可以在精破、水洗或脱水烘干后；精整可采用球磨机，圆筒筛，六角筛、八角筛，振动筛，振动磨、搅拌磨及专门的磨砂机中的一种或几种。

进一步，所述粗破为将泡砂石原料破碎至60mm以下，所述粗破可采用破碎机、锤破、反击破；所述细破为将粗破后的泡沙石破碎至5mm以下，所述细破采用制砂用辊式破碎机；所述精破采用击打力可调的破碎机。

进一步，所述脱水烘干温度为85℃～550℃，脱水烘干至自然结晶颗粒含水量小于1％。

一种压裂支撑剂用石英砂的应用，所述石英砂在水力压裂和砾石充填作业中用作支撑剂。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明以泡砂石为原料，通过机械分离的方法将泡砂石内的硅酸盐矿物包裹层与其包裹的自然结晶颗粒分离，从而得到近似球形的自然结晶颗粒。本发明压裂支撑剂用石英砂从天然泡砂石矿中分离得到，制备方法简单，易于工业化生产，通过机械分离方法能得到较为完整的自然结晶颗粒，将自然结晶颗粒作为压裂支撑剂，可以满足压裂支撑剂的性能要求。提取石英砂后的硅酸盐包裹物是良好的水泥原料和水泥、混泥土的有一定活性的掺合料、混合材。

现有支撑剂用石英砂的制备是用天然的石英砂(已经是含不同粒径的纯颗粒石英砂)，直接通过水洗、烘干、筛分获得。这就对矿床的含硅要求高杂质少，我国这样的矿床稀少且质量较差(比美国的白砂几乎要低一个压力级别，比如：美国的白砂20/40目产品抗破碎能力可达35MPa，而我国的只有很少天然的石英砂能达到28MPa)。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

下面结合具体原理对本发明一种压裂支撑剂用石英砂及其制备方法和应用进行详细说明。

一种压裂支撑剂用石英砂，所述石英砂为从泡砂石中分离得到的近似球形的自然结晶颗粒。泡砂石英文名叫quartaite sandston，又叫白泡石、砂岩矿，他是由硅酸盐矿物胶结石英砂而组成的一种硅质天然岩石，其二氧化硅含量为75％～96％。

进一步，所述石英砂是以泡砂石为原料，通过机械分离的方法将泡砂石内的硅酸盐矿物包裹层与其包裹的自然结晶颗粒分离，从而得到近似球形自然结晶颗粒石英砂。由于泡砂石本身质地松脆，强度较低(小于支撑剂要求的最小压力级别)，且其含有大量的硅酸盐包裹物，耐酸性差，不能直接用于石英砂压裂支撑剂。若选用纯净的石英矿石，可通过本发明的工序制作成为石英砂支撑剂，但由于石英矿石自身结晶特点，破碎后圆球度低，精整难度大，能耗高，收得率低，产生大量细颗粒径石英砂，难以利用。本发明不仅利用了低质原材料，生产成本低，产品质量好，且最后剩余的硅酸盐包裹物由于水泥、高品质的混泥土极好的混合材掺合料，达到全部的资源化利用。

本发明采用机械破碎分离的方法将泡砂石内的硅酸盐矿物包裹层与其包裹的自然结晶颗粒分离的原理是基于硅酸盐矿物包裹层和自然结晶颗粒两者不同的强度以及硬度。相比于硅酸盐矿物包裹层，自然结晶颗粒强度,硬度较大，在机械破碎分离过程中容易保持其原有的大小或形状，而硅酸盐矿物包裹层经机械破碎处理后粒径较小(一般为粒度大于180目的粉末状)，然后通过筛分将自然结晶颗粒与粉末状的包裹层分离，即可达到自然结晶颗粒与包裹层分离的目的，而分离后自然结晶颗粒石英砂含量能达到90％以上(显著高于泡砂石本身)，且硬度相比泡砂石显著提高，满足压裂支撑剂性能要求。当然由于泡砂石的自然结晶的二氧化硅石英颗粒(近似球型)，二氧化硅含量高，纯度高，结晶完整，而其包裹的硅酸盐矿物含有大量的杂质，物理化学性质差，两者差别极大，可以用化学方法，如：直接利用酸、碱洗涤反应，破碎后浮选，重选都可以分离，但酸、碱洗涤反应法的成本、产能与环境污染与机械法是不可比拟的。

进一步，所述泡砂石包括硅酸盐矿物包裹层以及被硅酸盐矿物包裹层包裹的近似球形的自然结晶颗粒石英砂。

进一步，所述泡砂石中SiO₂含量≥85％。进一步优选为≥90％，≥95％。发明人经实验研究表明当SiO₂<85％时，其自然结晶颗粒石英砂杂质含量增加，强度和耐酸性能下降，对压裂支撑剂的性能有很大影响，甚至不能达到压裂支撑剂的性能要求。根据我们对我国南方地区的泡砂石样品，绝大部分的泡砂石都能满足SiO₂含量≥85％的要求。

进一步，所述自然结晶颗粒石英砂的粒径为0.106mm～0.825mm。

一种压裂支撑剂用石英砂的制备方法，所述制备方法为将泡砂石依次经粗破、细破、精破、筛分、水洗、脱水烘干；或依次经粗破、细破、精破、水洗、脱水烘干、筛分；或依次经粗破、细破、精破、水洗、脱水烘干、筛分，将泡砂石内的硅酸盐矿物包裹层与其包裹的自然结晶颗粒分离，得到近似球形的自然结晶颗粒石英砂。

由于泡沙石本是大块矿物，发明人对粗破、细破、精破、筛分、水洗、脱水烘干等工序进行了逐一的研究分析，确认了从泡砂石中提取自然结晶颗粒石英砂的工艺，先依次经粗破、细破、精破，然后再筛分(可同时水洗)，水洗、脱水烘干，而后面的三个工序(筛分，水洗、脱水烘干)可以根据制备工艺进行调整。其中：当粗破粒度满足精破的进料要求可省去细破，精破包括破碎即让自然结晶颗粒相互分离，且不得有多颗聚集形象，另一方面，要让结晶颗粒与周围包裹的硅酸盐矿物分离，即所得颗粒为完整的颗粒样且周围无硅酸盐的自然结晶颗粒。实际精破包含有两个目的，一是结晶颗粒分离，二是结晶颗粒与其他硅酸盐矿物的分离。

进一步，所述粗破为将泡砂石原料破碎至60mm以下；所述粗破可采用破碎机、锤破、反击破；所述细破为将粗破后的泡沙石破碎至5mm以下，所述细破采用制砂用辊式破碎机；所述精破采用击打力可调的破碎机。

其中，粗破采用的破碎机可以为鄂式破碎机或其它新型建筑用骨料破碎机如圆锥破冲击式破碎机等。细破采用辊式破碎机(不能选用高压锟破)，使用该机必须根据泡沙石自然结晶颗粒大小调整锟子间隙，以不破坏最大自然结晶为适当。

精破可选采用万能粉碎机，与万能粉碎机相同原理的其他农用粉碎机械，如秸秆粉碎机等，还可以采用笼型破碎机。使用时转速最好可调(变频)，调节适当的转速，过快会损坏自然颗粒，过慢时，达不到粉碎目的。当然由于自然结晶颗粒与硅酸盐包裹物强度差别极大，实践中转速范围是相当宽的，完全可满足分离要求，本领域技术人员可以根据不同机型对粉碎参数进行调整。

精破工序是对产品质量最为关键，其目的有两个：一是结晶颗粒分离，二是结晶颗粒与其他硅酸盐矿物的分离。该工序必须要彻底分离各个自然结晶体，即不得有两个以上的泡沙石自然结晶体还由硅酸盐包裹物包裹在一起，否则一定会影响石英砂支撑剂的圆球度、耐酸性、密度、破碎率等各项性能。精破最大可能地分离包裹硅酸盐包裹物等低硅、低强度的杂质物质，同时，尽可能地再分离前工序中可能未被彻底分离的多自然结晶包裹颗粒。

进一步，所述制备方法还可包括精整，精整可以在精破、水洗或脱水烘干后，精整可采用球磨机，圆筒筛，六角筛、八角筛，振动筛，振动磨、搅拌磨及专门的磨砂机中的一种或几种。精整的主要目的是分离自然结晶颗粒外的硅酸盐包裹物，但同时对尚未彻底分离开的自然结晶颗粒也有分离作用。精整工序能大大提高产品的抗破碎能力，圆球度，抗酸溶能力，导流能力。可在精破后精整，亦可水洗后精整，还可在烘干后精整，对矿石质量特别好的，也可省去精整工序。

对于球磨机，选用连续式、间隙式球磨机均可，转速可大于临界转速，实际上，转速在1.1～1.3倍临界转速时效果最好，可适当加入研磨体，若选用钢制研磨体，研磨体最大尺寸不应大于60mm，选用氧化铝等其他非金属材料研磨体时，最大可至80mm，研磨体体积最好为泡沙石颗粒体积的一半为最佳，切不可大于泡沙石颗粒体积的一半。选用该类设备精整时，最好选用加水自磨，在加水的情况下，硅酸盐包裹物更易与结晶颗粒分离，同时加水有利于防尘，当然，随后的筛分应选择可加水筛分的振动筛、圆筒筛等。选用圆筒筛，六角筛、八角筛，振动圆盘筛等设备好处是可边精整边筛分，可一次性完成，但由于圆筒筛精整效率不高，因此单台设备产量较低，但由于该类设备可实现水筛且利于水的循环使用，生产中亦是较理想的精整、筛分设备。对于振动磨和气流磨，选择振动磨时少加或不加研磨介质，使用气流磨应调整气体强度，不能损坏石英砂自然结晶体。

进一步，对于筛分，可选用任何的颗粒分级设备，如振动筛、直线筛、摇摆筛、圆振筛等，还可使用水力旋流分级机，风选机等，本领域技术人员可据生产规模、现场布置等条件选择。

进一步，水洗的目的是清除结晶颗粒表面的吸附微粒，以确保产品浊度合格。当然若采用水筛(加水筛分)，本身就有水洗功能，本工序自然可以略去。水洗可采用循环用水，由于硅酸盐包裹物不溶于水，自然沉淀快，每吨矿石消耗水100kg以下。

进一步，所述脱水烘干温度为85℃～550℃，脱水烘干至自然结晶颗粒含水量小于1％。含水率超过1％以后，会影响产品但包装运输，特别是高寒地区产品会被冻结，以至无法使用。

如前所述，细破5mm以下，采用辊式破碎机，轮碾等冲击力可调整的破碎机，亦可采用闭路循环的鄂式等破碎机，但效率低或收得率低。所述精破是指破碎到泡砂石的自然结晶最大颗粒直径的1.2倍大小以下，(或控制需要收得产品最大粒径1.2倍以下)，比如：对某种泡砂石其主要自然结晶颗粒集中在70～100目(0.212mm～0.15mm)之间占60％以上，可直接破碎到0.25mm左右。根据不同产地的泡砂石自然结晶颗粒大小亦不相同，比如四川某地产泡砂石最大结晶颗粒为0.6mm，精破控制在0.72mm，精破最好采用闭路循环工艺，即破碎后过筛，筛下进入下道工艺，筛上返回精破工序再破碎。进一步，所述脱水烘干温度低于550℃(一般为85℃～300℃)，脱水烘干至自然结晶颗粒含水量小于1％。脱水烘干设备可选用建筑用沙，多层回转烘干机(窑)，逐级烘干设备，回转干燥窑等。

一种压裂支撑剂用石英砂的应用，所述石英砂在压裂支撑剂中的应用。将本发明自然结晶颗粒石英砂在水力压裂和砾石充填作业中的用作支撑剂，完全满足压裂支撑剂的性能要求。

现有关于石英砂支撑剂的公开文献或专利主要是对石英砂改性，覆膜后用于支撑剂，不是石英砂支撑剂本身的制作生产，(颗粒、性能达到相应要求的石英砂本身就可以直接作为支撑剂，砾石)，本方法生产的石英砂支撑剂、砾石也可以像其他公开文献或专利方法一样经改性后用作支撑剂。

下面结合具体实施例对本发明一种压裂支撑剂用石英砂进行进一步说明。

实施例1

以四川乐山(记为A矿点)的泡砂石原矿为例，对其化学成分进行分析，结果如下表1所示：

表1A矿点泡砂石原矿化学成分

元素	SiO<sub>2</sub>	Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>	Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub>	CaO
					含量(％)	95.03	2.72	1.65	0.32

1、自然结晶颗粒石英砂的制备

将A矿点大块泡砂石(500mm以上)用鄂式破碎机(如PE750×500)粗破至60mm以下，将粗破后泡沙石用锟式破碎机(如IPG900×500)细破至5mm以下，经万能粉碎机(如WKF320，HK-430等，可根据原理自制更大型号)精破(精破至1.0mm)后用连续式球磨机精整，然后用振动筛筛分，水洗(水洗可采用循环用水，由于硅酸盐包裹物的疏水性，自然沉淀快，每吨矿石消耗水100kg以下)，并在350℃下脱水烘干至自然结晶颗粒中含水量为0.3％，即可得到与硅酸盐矿物包裹层分离的自然结晶颗粒石英砂。精破后的精整是为了提高自然结晶颗粒的纯度(剔除尚未完全洗净的硅酸盐包裹物和极个别的多颗粒粘连的情况)。

其中，连续式球磨机转速为1.2倍临界转速，加入尺寸为20mm的钢制研磨体，研磨体体积为泡沙石颗粒体积的一半。

2、自然结晶颗粒粒度分布与SiO₂含量分析

A矿天然结晶体与包裹物分离后，按不同粒度范围进行筛分，自然结晶颗粒的粒度分布及对应粒径范围的SiO₂含量如下表2所示。

表2自然结晶颗粒的粒度分布与SiO₂含量

筛(目)	>30	30～40	40～50	50～60	60～70	70～80	80～100	100～110	120～140	140～180	180下
												自然结晶颗粒分布	3.2	2.1	2.6	4.0	10.7	18.1	18.3	22.1	5.0	2.7	21.2
SiO<sub>2</sub>含量(％)	98.33	98.31	98.35	98.24	98.28	98.11	98.04	97.80	96.59	95.57	85.22

备注：以上筛组我们选择《中华人民共和国石油天然气的行业标准》ST/T5108-2014要求使用符合GB/T6003.1-2012定义的筛分，(以下相同)。

由上表2可以看出，自然结晶颗粒在140目(直径0.106mm)，180目(直径0.088mm)上下自然结晶颗粒中SiO₂含量有显著变化。其原因为140目以上为自然结晶小颗粒，140目至180目之间主要为硅酸盐矿物包裹层和少量极为细小的天然小结晶体以及少量加工过程中细碎结晶小颗粒，因而SiO₂含量比天然结晶体低，但又显著高于180目下产品。

3、自然结晶颗粒和硅酸盐矿物包裹层SiO₂含量分析

将140目以上自然结晶颗粒和140目以下的硅酸盐矿物包裹层样品进行分析，其化学成分如下表3所示：

表3自然结晶颗粒与硅酸盐矿物包裹层化学成分

化学成分(％)	SiO<sub>2</sub>	Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>	Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub>	CaO
					大于140目天然结晶颗粒	98.09	0.79	0.93	0.06
小于140目硅酸盐矿物包裹层	85.33	8.89	3.93	1.12

由上表3可以看出，自然结晶颗粒与硅酸盐矿物包裹层中SiO₂含量差别较大。大于140目天然结晶颗粒其SiO₂含量可以达到98.09％(由此类推，小于140目天然结晶颗粒其SiO₂含量大于98.09％)，而小于140目硅酸盐矿物包裹层其SiO₂含量只有85.33％(由此类推，大于140目硅酸盐矿物包裹层其SiO₂含量小于85.33％)。所以，A泡点泡砂石原矿中自然结晶颗粒SiO₂的含量远大于硅酸盐矿物包裹层SiO₂的含量。

由上述分析我们得出，泡砂石及废弃的泡砂石废料可以通过本发明的工艺过程，将泡砂石原矿分离成化学成分差异不大的SiO₂含量较高的自然结晶颗粒以及石英砂和其包裹物硅酸盐的混合物，而SiO₂含量较高的自然结晶颗粒可以用来作为压裂支撑剂石英砂。

实施例2

采用实施例1类似的工艺方式及分析方法，我们对其它几个泡砂石样品进行分析：

1、矿点B自然结晶颗粒石英砂的制备

将B矿点大块泡砂石(500mm以下)用圆锥破碎机(SMG200S，超粗EC腔型)粗破至60mm以下，将粗破后泡沙石用冲击破碎机(如PCL600型)细破至5mm以下，经万能粉碎机(WKF320，HK-430等，可根据原理自制更大型号)精破(精破至1.0mm)后用振动圆盘筛(2M-800)精整，水洗(水洗可采用循环用水，由于硅酸盐包裹物不溶于水，自然沉淀快，每吨矿石消耗水100kg以下)。并在500℃下脱水烘干至自然结晶颗粒中含水量为0.6％，即可得到与硅酸盐矿物包裹层分离的自然结晶颗粒石英砂。

2、矿点C自然结晶颗粒石英砂的制备

将C矿点大块泡砂石(500mm以下)用反击式破碎机(如PFV17611)粗破至60mm以下，将粗破后泡沙石用辊式破碎机(如IPG900×500)细破至5mm以下，经笼型破碎机(如LF1200B)精破(精破至1.0mm)后用振动磨(ZM-800，加料量每小时3吨，可加直径10mm高铝球)精整，水洗(水洗可采用循环用水，自然沉淀快，每吨矿石消耗水100kg以下)。并在110℃下脱水烘干至自然结晶颗粒中含水量为1.0％，然后用振动筛筛分，即可得到与硅酸盐矿物包裹层分离的自然结晶颗粒石英砂。

2、矿点D自然结晶颗粒石英砂的制备

将D矿点大块泡砂石(500mm以下)用圆锥破碎机(SMG200S，超粗EC腔型)粗破至30mm以下，经万能粉碎机(WKF320，HK-430等，可根据原理自制更大型号)精破(精破至0.825mm)后用振动圆盘筛(ZM-800，加料量每小时3吨，可加直径10mm高铝球)精整，水洗(水洗可采用循环用水，自然沉淀快，每吨矿石消耗水100kg以下。)并在500℃下脱水烘干至自然结晶颗粒中含水量为0.7％，(可再次筛分)，即可得到与硅酸盐矿物包裹层分离的自然结晶颗粒石英砂。

采用上述方法制备得到的自然结晶颗粒，其分析结果如下表4、表5及表6所示：

表4不同矿点泡砂石化学成分

矿点	SiO<sub>2</sub>	Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>	Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub>	CaO
					A	95.03	2.72	1.65	0.32
B	90.85	5.96	2.13	0.33
					C	95.18	3.14	1.16	0.05
D	85.89	7.45	5.43	0.54

表5自然结晶颗粒的粒度分布与SiO₂含量

表6自然结晶颗粒与硅酸盐矿物包裹层化学成分

由上表4、表5、表6可以得出以下结论：

(1)不同的矿点，经过本发明工艺分离泡砂石的自然结晶颗粒和硅酸盐矿物包裹层，其粒径分布不尽相同，但其自然结晶颗粒中SiO₂含量都显著高于硅酸盐矿物包裹层。

(2)A、B、C样自然结晶颗粒与硅酸盐矿物包裹层的“分界点”(以颗粒对应SiO₂含量的突变点为界)为140目，而D样品的突变点在180目。说明不同矿点炮沙石自然结晶颗粒中SiO₂含量虽其粒径分布存在不同，这与泡砂石矿石形成时的自然条件相关。

(3)不同矿点的自然结晶颗粒的大小及其粒径分布以及自然结晶颗粒与硅酸盐矿物包裹层的比例也不同，但结晶颗粒的SiO₂含量非常相近，说明其性质也相近，同时也说明本发明技术方案可以适用于不同矿点的泡砂石。

实施例3

将利用本发明方法得到的上述自然结晶颗粒石英砂用作压裂支撑剂，性能结果如下表7-1，7-2，7-3，7-4所示：

下表中的数据按行业SY/T5108-2014标准检测判定。

表7-1泡沙石制20/40目石英压裂用支撑剂其他各指标性能

表7-2泡沙石制30/50目石英压裂用支撑剂其他各指标性能

表7-3泡沙石制40/70目石英压裂用支撑剂其他各指标性能

表7-4泡沙石制70/140目石英压裂用支撑剂其他各指标性能

由上表可知采用本发明方法从泡砂石中提取得到的自然结晶颗粒石英砂制作的压裂支撑剂符合SY/T5108-2014的要求。经过对上述A、B、C、D矿泡砂石中SiO₂含量分析，其SiO₂含量均大于85％(分别为：95.03％、90.85％、95.18％、85.89％)，说明虽然矿质(产地等)不同，化学组成差异较大，但当SiO₂含量大于等于85％，同时结晶良好的泡沙石经本发明工艺处理后，得到的自然结晶颗粒石英砂完全满足支撑剂的性能要求。

对比例1

发明人对比了泡砂石中SiO₂含量小于85％时，由于石英砂晶体本身杂质含量高且晶体本身结晶亦不完整，经本发明方法分离后得到的自然结晶颗粒石英砂，不能满足支撑剂用砂要求。

SiO₂含量为72.3％和83.6％的泡砂石，经本发明技术分离后得到的自然结晶颗粒石英砂用作支撑剂的各指标性能如下表8和表9所示，当SiO₂更低时(﹤72.3％)，由于石英砂晶体本身杂质含量高且晶体本身结晶不完整，亦不能满足支撑剂的性能要求。

表8含SiO₂72.3％泡沙石制石英压裂用支撑剂各指标性能

表9含SiO₂83.6％泡沙石制石英压裂用支撑剂各指标性能

对比例2

若直接将泡砂石经强力(如反击破制砂机)破碎，经筛分后得到的自然结晶颗粒和硅酸盐矿物包裹层混合物，将其直接作为压裂支撑剂的产品性能如下表10所示，不能满足《中华人民共和国石油天然气的行业标准》ST/T5108-2014要求。

下表中的数据按行业SY/T5108-2014标准检测判定。

表10泡沙石经强力破碎后制石英压裂用支撑剂各指标性能

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种压裂支撑剂用石英砂，其特征在于，所述石英砂为从泡砂石中分离得到的近似球形的自然结晶颗粒。

2.如权利要求1所述一种压裂支撑剂用石英砂，其特征在于，所述石英砂是以泡砂石为原料，通过机械分离的方法将泡砂石内的硅酸盐矿物包裹层与其包裹的自然结晶颗粒分离，从而得到近似球形的自然结晶颗粒石英砂。

3.如权利要求2所述一种压裂支撑剂用石英砂，其特征在于，所述泡砂石包括硅酸盐矿物包裹层以及被硅酸盐矿物包裹层包裹的近似球形的自然结晶颗粒石英砂。

4.如权利要求2所述一种压裂支撑剂用石英砂，其特征在于，所述泡砂石中SiO₂含量≥85％。

5.如权利要求2所述一种压裂支撑剂用石英砂，其特征在于，所述自然结晶颗粒石英砂的粒径为0.106mm～0.825mm。

6.如权利要求1至5任一项所述一种压裂支撑剂用石英砂的制备方法，其特征在于，所述制备方法为将泡砂石依次经粗破、细破、精破、筛分、水洗、脱水烘干；或依次经粗破、细破、精破、水洗、脱水烘干、筛分；或依次经粗破、细破、精破、水洗、脱水烘干、筛分，将泡砂石内的硅酸盐矿物包裹层与其包裹的自然结晶颗粒分离，得到近似球形的自然结晶颗粒石英砂。

7.如权利要求6所述一种压裂支撑剂用石英砂的制备方法，其特征在于，所述制备方法还可包括精整，精整可以在精破、水洗或脱水烘干后；精整可采用球磨机，圆筒筛，六角筛、八角筛，振动筛，振动磨、搅拌磨及专门的磨砂机中的一种或几种。

8.如权利要求6所述一种压裂支撑剂用石英砂的制备方法，其特征在于，所述粗破为将泡砂石原料破碎至60mm以下，所述粗破可采用破碎机、锤破、反击破；所述细破为将粗破后的泡沙石破碎至5mm以下，所述细破采用制砂用辊式破碎机；所述精破采用击打力可调的破碎机。

9.如权利要求6所述一种压裂支撑剂用石英砂的制备方法，其特征在于，所述脱水烘干温度为85℃～550℃，脱水烘干至自然结晶颗粒含水量小于1％。

10.如权利要求1至5任一项所述一种压裂支撑剂用石英砂的应用，其特征在于，所述石英砂在水力压裂和砾石充填作业中用作支撑剂。