CN110028947A

CN110028947A - 利用煤系高岭土制备高强低密石油压裂支撑剂及制备方法

Info

Publication number: CN110028947A
Application number: CN201910400707.4A
Authority: CN
Inventors: 吴尧鹏; 侯新花; 肖喜生; 高荣伟; 张凯朝; 王永红; 赵雁斌; 贾国兴; 罗一; 罗训樵
Original assignee: SHANXI JINYU KELIN TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: SHANXI JINYU KELIN TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2019-05-15
Filing date: 2019-05-15
Publication date: 2019-07-19

Abstract

本发明属于固体废弃物利用技术领域，公开了一种利用煤系高岭土制备高强低密石油压裂支撑剂及制备方法，该支撑剂是以煤系高岭岩为核芯，以软锰矿、铝矾土和白云石的混料为壳层的核壳结构；其制备方法，将煤系高岭岩除杂、配矿至烧失量小于20%，经干磨、制浆、湿法研磨、第一次喷雾造粒干燥，得到含水量为4~10%、粒径为60~120目的煤系高岭岩核芯；将软锰矿、铝矾土和白云石磨粉至325目筛余物≤10%，并混合均匀为混料；然后将煤系高岭岩核芯与混料混合进行第二次造粒、干燥、煅烧，得到高强低密石油压裂支撑剂。本发明使高铁钛的煤系高岭岩以及低铝铝矾土得到有效的利用，提高固体废弃物资源综合利用率，在提高石油压裂支撑剂导流能力的同时降低其生产成本。

Description

利用煤系高岭土制备高强低密石油压裂支撑剂及制备方法

技术领域

本发明属于固体废弃物利用技术领域，涉及一种固体废弃物制备新型无机非金属复合新材料的方法，特别涉及一种利用煤系高岭土制备高强低密石油压裂支撑剂及制备方法。

背景技术

在利用煤系高岭岩生产超细超白煅烧高岭土的过程中，为了保持产品的白度，对原材料煤系高岭岩的铁、钛含量有一定的要求，造成部分铁钛含量高的煤系高岭岩资源利用率低，同时在生产石油压裂支撑剂过程中对低品位铝土矿(Al₂O₃≤70 wt%)资源利用率较低。拓展低品位铝土矿资源以及煤系高岭岩的应用领域，提高资源利用率具有重要的意义。而在油气田开采过程中，压裂支撑剂可用于支撑油气井中水力压裂所形成的裂缝，提高高渗透性原油流动通道，从而最大限度地挖掘油气井产能。目前压裂支撑剂的生产主要以原料铝矾土烧结制备而成，存在体积密度高、视密度高等问题，从而影响其导流能力以及使用成本。

发明内容

为了解决现有煤系高岭土和压裂支撑剂存在的问题，本发明公开了一种利用煤系高岭土制备高强低密石油压裂支撑剂及制备方法，使高铁钛的煤系高岭岩以及低铝铝矾土得到有效的利用，提高固体废弃物资源综合利用率，在提高石油压裂支撑剂导流能力的同时降低其生产成本。

本发明是通过如下技术方案实现的：

一方面，本发明公开了一种利用煤系高岭土制备高强低密石油压裂支撑剂，所述高强低密石油压裂支撑剂是以煤系高岭岩为核芯，以软锰矿、铝矾土和白云石的混料为壳层的核壳结构。

作为一种优选实施方式，所述高强低密石油压裂支撑剂是由如下重量份的原料制备而成的：煤系高岭岩10~40份、铝矾土50~80份、分散剂0.1~0.5份、白云石0.5~5份、软锰矿0.5~5份。

进一步地，所述高强低密石油压裂支撑剂是由如下重量份的原料制备而成的：煤系高岭岩20~30份、铝矾土60~80份、分散剂0.3~0.4份、白云石0.5~2份、软锰矿0.5~4份；优选地，所述高强低密石油压裂支撑剂是由如下重量份的原料制备而成的：煤系高岭岩25份、铝矾土70份、分散剂0.4份、白云石0.6份、软锰矿4份。

另一方面，本发明还公开了所述的利用煤系高岭土制备高强低密石油压裂支撑剂的制备方法，将煤系高岭岩除杂、配矿至烧失量小于20%，经干磨、制浆、湿法研磨、第一次喷雾造粒干燥，得到含水量为4~10%、粒径为60~120目的煤系高岭岩核芯；将软锰矿、铝矾土和白云石磨粉至325目筛余物≤10%，并混合均匀为混料；然后将煤系高岭岩核芯与混料混合进行第二次造粒、干燥、煅烧，得到高强低密石油压裂支撑剂。优选地，煤系高岭岩配矿后的烧失量16%~20%。

作为一种优选实施方式，煤系高岭岩干磨后200目筛余物≤15%，制浆过程中加入占煤系高岭岩的重量为0.1~0.5%分散剂；优选地，所述分散剂为六偏磷酸钠和/或聚丙烯酸钠。

进一步地，湿法研磨后得到力度为-2μm含量在75~90%的煤系高岭岩泥浆。

优选地，第一次喷雾造粒干燥过程中，喷雾塔内的热风温度为600~800℃。

较佳地，第二次造粒过程中均匀加入占混料总重量10~12%的水，得到粒径为18~25目的素坯。

作为一种优选实施方式，第二次造粒后的干燥温度≤150℃，干燥后的素坯体水分＜5%；煅烧温度在1200~1500℃。

本发明与现有技术相比，具有如下有益效果：

（1）本发明选用层状且硅铝比在1.9-2.1之间的铝硅酸盐煤系高岭岩做核芯，以铝矾土为铝源主原料、辅以软锰矿和白云石的混料做壳层，先将煤系高岭岩湿法研磨至2μm后再进行第一喷雾干燥，不仅能在煅烧过程中内部形成微孔，降低其体积密度及视密度，而且能加快煤系高岭岩的分解速率，实现低温脱碳，减少了核壳结构在高温阶段出现大量棒状莫来石和颗粒刚玉交叉生长中产生大量气体，为高温阶段包裹壳层后的核壳结构进行核芯和壳层增强强度做准备，其中核芯形成高强度的网络骨架莫来石相，增强了核心强度，混料壳层经高温烧结形成更高强度的刚玉-莫来石相壳层；

（2）先把煤系高岭土超细研磨制成基核坯体，即核芯，在煅烧过程中内部形成微孔，降低其体积密度及视密度，然后再核芯外部包裹一层由铝矾土辅以软锰矿、白云石混料形成的壳层，并通过控制核芯的含水量来调整壳层的包裹厚度，从而调整核壳比，来达到调整高强低密石油压裂支撑剂的密度和强度。

具体实施方式

以下描述用于揭示本发明以使本领域技术人员能够实现本发明。以下描述中的优选实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变型。

实施例1

将煤炭开采过程中硅铝比2.0的高岭岩的矿石经过挑拣去除粘土及杂石，再将不同的高岭岩经破碎后配矿至烧失量20%，选用立磨干法研磨至200目筛余物15%，加入0.3%的六偏磷酸钠配制成配矿质量分数为45%的泥浆，经过搅拌磨研磨至粒径-2μm含量75%，在700℃温度下喷雾造粒得到粒径60目、含水量8%（质量分数）的核芯。

再将核芯体输送至造粒机中，将提前按照铝矾土：白云石：软锰矿=48：1：1混合的325目粉均匀的加入造粒机中，并均匀的加入12%的水分，造粒成型至素坯体颗粒18~25目左右。在130℃下干燥至水分3% ，在1400℃下煅烧2小时，降温冷却，过筛、检测、计量、成品包装。制备的20-40目低密度产品技术指标是：52 MPa闭合压力下，破碎率8.2%；体积密度在1.56g/ cm3，视密度约2.60 g/ cm³，试样各项指标均符合石油行业标准SY/T 5108-2006的要求。

实施例2

将煤炭开采过程中硅铝比2.1的高岭岩的矿石经过挑拣去除粘土及杂石，再将不同的高岭岩经破碎后配矿至烧失量18%，选用立磨干法研磨至200目筛余物15%，加入0.5%的聚丙烯酸钠配制成配矿质量分数为45%的泥浆，经过搅拌磨研磨至粒径-2μm含量90%，在700℃温度下喷雾造粒得到粒径100目、含水量8%（质量分数）的核芯。

再将核芯体输送至造粒机中，将提前按照铝矾土：白云石：软锰矿=48：0.5：1.5混合的325目粉均匀的加入造粒机中，并均匀的加入12%的水分，造粒成型至素坯体颗粒18~25目左右。在130℃下干燥至水分3% ，在1420℃下煅烧2小时，降温冷却，过筛、检测、计量、成品包装。制备的20-40目低密度产品技术指标是：52 MPa闭合压力下，破碎率6.2%；体积密度在1.58g/ cm³，视密度2.62 g/ cm³，试样各项指标均符合石油行业标准SY/T 5108-2006 的要求。

实施例3

将煤炭开采过程中硅铝比1.9的高岭岩的矿石经过挑拣去除粘土及杂石，再将不同的高岭岩经破碎后配矿至烧失量16%，选用立磨干法研磨至200目筛余物5%，加入0.5%的六偏磷酸钠配制成配矿质量分数为45%的泥浆，经过搅拌磨研磨至粒径-2μm含量90%，在700℃温度下喷雾造粒得到粒径120目、含水量10%（质量分数）的核芯。

再将核芯体输送至造粒机中，将提前按照铝矾土：白云石：软锰矿=48：0.5：1.5混合的325目粉均匀的加入造粒机中，并均匀的加入10%的水分，造粒成型至素坯体颗粒18~25目左右。在130℃下干燥至水分3% ，在1420℃下煅烧2小时，降温冷却，过筛、检测、计量、成品包装。制备的20-40目低密度产品技术指标是：52 MPa闭合压力下，破碎率2.2%；体积密度在1.51g/ cm³，视密度2.58g/ cm³，试样各项指标均符合石油行业标准SY/T 5108-2006 的要求。

对比例1

分别取与实施例1相同重量份、同成分、同指标的高岭岩、铝矾土、软锰矿、白云石混合均匀后，均匀的加入12%的水分，造粒成型至素坯体颗粒18~25目左右。在130℃下干燥至水分3% ，在1400℃下煅烧2小时，降温冷却，过筛、检测、计量、成品包装。制备的20-40目低密度产品技术指标是：52 MPa闭合压力下，破碎率15.2%；体积密度在1.68g/ cm³，视密度约2.70 g/ cm³。

对比例2

将煤炭开采过程中钙镁型煤矸石，经过挑拣去除粘土及杂石，再将不同的高岭岩经破碎后配矿至烧失量18%，选用立磨干法研磨至200目筛余物15%，加入0.5%的六偏磷酸钠配制成45%的泥浆，经过搅拌磨研磨至粒径-2μm含量90%，在700℃温度下喷雾造粒得到粒径100目、含水量8%（质量分数）的核芯。

再将核芯体输送至造粒机中，将提前按照铝矾土：白云石：软锰矿=48：0.5：1.5混合的325目粉均匀的加入造粒机中，并均匀的加入12%的水分，造粒成型至素坯体颗粒18~25目左右。在130℃下干燥至水分3% ，在1420℃下煅烧2小时，降温冷却，过筛、检测、计量、成品包装。制备的20-40目低密度产品技术指标是：52 MPa闭合压力下，破碎率25.2%；体积密度在1.60g/ cm³，视密度2.75 g/ cm³。

。

如表所示，实施例1-3的各项指标均符合石油行业标准SY/T 5108-2006 的要求。对比例1与实施例1，主要是由于对比例1中在煅烧过程中整个球体都形成网络孔架结构，表面多孔，强度低，视密度高。对比例2与实施例2，主要是由于对比例1中具有相同的烧失量也能形成内部孔，但是其内核形成的主要为玻璃晶相，内核强度低，容易造成内核塌陷，产品圆球度差，最终影响产品的性能指标。由此可见，本发明是由于采用特定层状硅铝盐做核芯，并加工成核壳结构才能得到高强低密石油压裂支撑剂。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims

1.一种利用煤系高岭土制备高强低密石油压裂支撑剂，其特征在于，所述高强低密石油压裂支撑剂是以煤系高岭岩为核芯，以软锰矿、铝矾土和白云石的混料为壳层的核壳结构。

2.如权利要求1所述的利用煤系高岭土制备高强低密石油压裂支撑剂，其特征在于：是由如下重量份的原料制备而成的：煤系高岭岩10~40份、铝矾土50~80份、分散剂0.1~0.5份、白云石0.5~5份、软锰矿0.5~5份。

3.如权利要求2所述的利用煤系高岭土制备高强低密石油压裂支撑剂，其特征在于：是由如下重量份的原料制备而成的：煤系高岭岩20~30份、铝矾土60~80份、分散剂0.3~0.4份、白云石0.5~2份、软锰矿0.5~4份。

4.如权利要求3所述的利用煤系高岭土制备高强低密石油压裂支撑剂，其特征在于：是由如下重量份的原料制备而成的：煤系高岭岩25份、铝矾土70份、分散剂0.4份、白云石0.6份、软锰矿4份。

5.如权利要求1~4中任一所述的利用煤系高岭土制备高强低密石油压裂支撑剂的制备方法，其特征在于：将煤系高岭岩除杂、配矿至烧失量小于20%，经干磨、制浆、湿法研磨、第一次喷雾造粒干燥，得到含水量为4~10%、粒径为60~120目的煤系高岭岩核芯；将软锰矿、铝矾土和白云石磨粉至325目筛余物≤10%，并混合均匀为混料；然后将煤系高岭岩核芯与混料混合进行第二次造粒、干燥、煅烧得到高强低密石油压裂支撑剂。

6.如权利要求5所述的利用煤系高岭土制备高强低密石油压裂支撑剂的制备方法，其特征在于：煤系高岭岩干磨后200目筛余物≤15%，制浆过程中加入占煤系高岭岩的重量为0.1~1%分散剂。

7.如权利要求6所述的利用煤系高岭土制备高强低密石油压裂支撑剂的制备方法，其特征在于：湿法研磨后得到粒度为-2μm含量在75~90%的煤系高岭岩泥浆。

8.如权利要求5所述的利用煤系高岭土制备高强低密石油压裂支撑剂的制备方法，其特征在于：第一次喷雾造粒干燥过程中，喷雾塔内的热风温度为600~800℃。

9.如权利要求5所述的利用煤系高岭土制备高强低密石油压裂支撑剂的制备方法，其特征在于：第二次造粒过程中均匀加入占混料总重量10~12%的水，得到粒径为18~25目的素坯。

10.如权利要求5所述的利用煤系高岭土制备高强低密石油压裂支撑剂的制备方法，其特征在于：第二次造粒后的干燥温度≤150℃，干燥后的素坯体水分＜5%；煅烧温度在1200~1500℃。