CN110354970A - 一种页岩气压裂用河砂支撑剂的加工方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种页岩气压裂用河砂支撑剂的加工方法，属于油气田开发技术领域。所述页岩气压裂用河砂支撑剂的加工方法通过获取河砂，对河砂进行脱泥清洗后，对河砂进行差异性筛选，得到SiO2含量高于95％的河砂，继而对SiO2含量高于95％的河砂进行初次风选、表面处理和再次风选，最后对再次风选后的河砂进行筛分，得到不同粒径的页岩气压裂用支撑剂，将该支撑剂与滑溜水一同下入到地层，填充在压裂形成的裂缝中，使裂缝保持开启状态，该支撑剂只以河砂为原料，加工步骤简单，原料利用率高，加工费用低，可以有效降低页岩气压裂用支撑剂的生产成本。

Description

一种页岩气压裂用河砂支撑剂的加工方法
技术领域
本发明涉及油气田开发技术领域，特别涉及一种页岩气压裂用河砂支撑剂的加工方法。
背景技术
随着石油、天然气等常规化石能源的不断枯竭，页岩气作为一种新型的非常规天然气资源，受到越来越多的关注。由于其储层具有低孔隙度、低渗透率的特点，需要进行压裂增产才能实现工业开发。在压裂施工过程中，支撑剂是一种必不可少的添加剂，其随滑溜水一同进入地层，填充在压裂形成的裂缝中，使裂缝保持开启状态，成为页岩气流动的通道。
由于滑溜水压裂液黏度低，页岩储层裂缝网络复杂等因素，为提高支撑剂输送和铺置效果，低密度、小粒径、中高强度的支撑剂在现场使用较多。目前常规使用的支撑剂主要是石英砂和陶粒，石英砂通常来自于石英矿，SiO2的含量可达80％以上，石英砂的生产工艺包括一次破碎、二次破碎、筛分、制砂、三次破碎、洗砂、再筛分，最终得到的石英砂可以作为支撑剂用于页岩气压裂。目前使用的陶粒支撑剂一般都釆用铝矾土或铝质陶土制得，矿物组成为硅酸铝和氧化氧化铝，其中，Al2O3或Al质组分的含量为45～80wt％，硅质组分的含量为15～45wt％，此外还有少量其它氧化物，陶粒支撑剂生产工艺通常包括粉磨、配料、混合、造粒、筛分、干燥、煅烧、冷却、再筛，最终得到的陶粒可以作为支撑剂用于页岩气压裂。
在实现本发明的过程中，本发明人发现现有技术中至少存在以下问题：
常规使用的石英砂和陶粒支撑剂由于原料来源有限、生产工艺相对复杂、陆地运输成本较高等原因，导致现有石英砂和陶粒支撑剂费用居高不下，目前支撑剂费用在页岩气单井开发总成本中所占比例大约为5～12％，随着页岩气开发的深入推进，开发难度逐渐增大，因此，如何实现有效降低页岩气支撑剂的生产成本至关重要。
发明内容
鉴于此，本发明提供一种以河砂作为原料的页岩气压裂用河砂支撑剂的加工方法，可以有效降低页岩气支撑剂的生产成本。
具体而言，包括以下的技术方案：
一种页岩气压裂用河砂支撑剂的加工方法，所述加工方法包括：
获取河砂，并对所述河砂进行脱泥清洗；
对脱泥清洗后的河砂进行差异性筛选，得到SiO2含量高于95％的河砂；
对所述SiO2含量高于95％的河砂进行初次风选，得到粒径符合施工要求的河砂；
对所述粒径符合施工要求的河砂进行表面处理，得到表面圆滑的河砂；
将所述表面圆滑的河砂进行再次风选，得到再次风选后的河砂；
对所述再次风选后的河砂进行筛分，得到不同粒径的页岩气压裂用支撑剂。
可选择地，所述对脱泥清洗后的河砂进行差异性筛选具体包括：将所述脱泥清洗后的河砂放入到立式储罐中，加入滑石粉，并进行搅拌，得到不同SiO2含量的河砂。
可选择地，所述滑石粉的加入量为所述河砂加入量的2％～3％。
可选择地，所述对所述对所述SiO2含量高于95％的河砂进行初次风选，得到粒径符合施工要求的河砂之后，所述加工方法还包括：将粒径大于施工要求的河砂放入到破碎机中进行破碎处理，并进行再次筛选，得到所述粒径粒径符合施工要求的河砂。
可选择地，所述粒径符合施工要求的河砂的粒径为20～170目。
可选择地，所述对所述粒径符合施工要求的河砂进行表面处理具体包括：将所述粒径符合施工要求的河砂放入到棒磨机中，加入滑石粉，进行研磨。
可选择地，所述滑石粉的加入量为所述粒径符合施工要求的河砂加入量的1.0％～1.5％。
可选择地，所述对所述再次风选后的河砂进行筛分具体包括：根据使用需要确定筛分装置中的筛网组合，将所述再次风选后的河砂放入到所述筛分装置中，加入滑石粉，进行筛分。
可选择地，所述滑石粉的加入量为所述再次风选后的河砂加入量的1.0％～1.5％。
本发明实施例提供的技术方案的有益效果：
本发明实施例提供的页岩气压裂用河砂支撑剂的加工方法通过获取河砂，并对河砂进行脱泥清洗，对脱泥清洗后的河砂进行差异性筛选，得到SiO2含量高于95％的河砂，继而对SiO2含量高于95％的河砂进行初次风选，得到粒径符合施工要求的河砂，再对粒径符合施工要求的河砂进行表面处理，得到表面圆滑的河砂，接着对表面光滑的河砂进行再次风选，得到再次风选后的河砂，最后对再次风选后的河砂进行筛分，得到不同粒径的页岩气压裂用支撑剂，将该支撑剂与滑溜水一同下入到地层，填充在压裂形成的裂缝中，使裂缝保持开启状态，该支撑剂只以河砂为原料，加工步骤简单，原料利用率高，加工费用低，可以有效降低页岩气压裂用支撑剂的生产成本。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种页岩气压裂用河砂支撑剂的加工方法的方法流程图；
图2为本发明实施例提供的一种页岩气压裂用河砂支撑剂的加工方法中使用的设备结构示意图。
图中的附图标记分别表示为：
1、立式储罐；
2、初次风选装置；
3、破碎机；
4、棒磨机；
5、再次风选装置；
6、筛分装置。
具体实施方式
为使本发明的技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
本发明实施例提供了一种页岩气压裂用河砂支撑剂的加工方法，其方法流程图如图1所示，在方法试试过程中需要使用的设备结构示意图如图2所示，加工方法包括：
步骤101：获取河砂，并对河砂进行脱泥清洗；
具体地，利用抽吸泵，将水底的河砂抽取至水面以上，继而对河砂进行脱泥清洗，以除去附着在其表面上的淤泥等杂质。
需要说明的是，河砂的获取方式与地面石英砂的获取方式不同。
步骤102：对脱泥清洗后的河砂进行差异性筛选，得到SiO2含量高于95％的河砂。
具体地，通过将脱泥清洗后的河砂放入到立式储罐1中，加入滑石粉，并进行搅拌，利用滑石粉对不同矿物质含量下的润滑作用不同，将不同SiO2含量的河砂进行分选，得到不同SiO2含量的河砂，筛选得到SiO2含量高于95％的河砂。
需要说明的是，滑石粉的加入量为河砂加入量的2％～3％。
在本发明实施例中，立式储罐1的容积可以为30m3，装入的脱泥清洗后的河砂的体积可以为10～15m3，装入的滑石粉的加入量为河砂加入量的2％～3％，对混合物进行搅拌；将SiO2含量不同的河砂进行分选，通过搅拌1h～2h，SiO2含量高的河砂位于立式储罐1的上方，在搅拌3～4次后，筛选出SiO2含量高于95％的河砂。
步骤103：对SiO2含量高于95％的河砂进行初次风选，得到粒径符合施工要求的河砂。
具体地，将SiO2含量高于95％的河砂加入到初次风选装置2中，在SiO2含量高于95％的河砂垂直落下时，利用风机水平方向供风，进行初次风选，得到粒径符合施工要求的河砂。
在风选时，河砂颗粒的的受力可以表达为：
P＝KρA(Va-V)2
式中：P为河砂颗粒的受力大小，单位为N；K为阻力系数，与河砂颗粒的形状、表面性质和雷诺数有关；ρ为空气密度，单位为kg/m3；A为河砂颗粒的受风面积，即物料在气流方向的投影面积，单位为m2；Va为气流速度，单位为m/s；V为河砂颗粒的速度，单位为m/s。
根据河砂受力公式可知，当颗粒密度相同时，直径越大的颗粒，受力越大，运移距离更远。
进一步地，可以将粒径大于施工要求的河砂放入到破碎机3中进行破碎处理，并进行再次筛选，得到粒径符合施工要求的河砂，以增加粒径符合施工要求的河砂的量，避免重复多次进行上述步骤。
具体地，利用破碎机3对粒径大于施工要求的河砂进行破碎处理，并进行再次筛选，留用粒径满足20～170目的河砂，即粒径符合施工要求的河砂的粒径为20～170目。
优选地，破碎机3可以为颚式破碎机，如图2所示。
在本发明实施例中，通过本步骤，可以分离出粒径低于140目的河砂，选取粒径为20～140目的河砂备用。
步骤104：对粒径符合施工要求的河砂进行表面处理，得到表面圆滑的河砂。
具体地，将粒径符合施工要求的河砂放入到棒磨机4中，加入滑石粉，进行研磨。其中，棒磨机4可以选择性破碎粗颗粒，使得河砂的粒度均匀，并且通过河砂之间的相互作用，使得河砂的表面更加圆滑。
需要说明的是，滑石粉的加入量为粒径符合施工要求的河砂加入量的1.0％～1.5％。
在本发明实施例中，棒磨机4可以为旋转式棒磨机，棒磨机4的直径可以为3～4m，长度可以为4～5m，筒体的转速为15～20r/min，处理量为60～200t/h，滑石粉的加入量为粒径符合施工要求的河砂加入量的1.0％～1.5％。
步骤105：将表面圆滑的河砂进行再次风选，得到再次风选后的河砂；
具体地，将表面圆滑的河砂放入到再次风选装置5中，进行再次风选。由于在对表面圆滑的河砂处理时，河砂颗粒之间的相互摩擦以及颗粒与滑石粉之间的摩擦，会产生粉末，残留的滑石粉和新产生的粉末过多会影响支撑剂性能参数，再次风选是为了去除残留的滑石粉和新产生的粉末。
需要说明的是，再次风选装置5可以与初次风选装置2的结构设置相同。
步骤106：对再次风选后的河砂进行筛分，得到不同粒径的页岩气压裂用支撑剂。
具体地，根据使用需要确定筛分装置6中的筛网组合，例如，如果需要20/40目的产品，就只用20/40目的筛网；如果需要20/40目、30/50目的产品，那就同时使用20/40目、30/50目；如果需要20/40目、30/50目、40/70目，那就同时使用三种筛网组合，以此类推。再将再次风选后的河砂放入到筛分装置6中，加入滑石粉，进行筛分，得到不同粒径的页岩气压裂用河砂支撑剂。
需要说明的是，滑石粉的加入量为所述表面圆滑的河砂加入量的1.0％～1.5％。
进一步地，为了验证本发明实施例提供的页岩气压裂用河砂支撑剂的加工方法的合理性，通过将利用该加工方法得到的河砂支撑剂性能参数与未加工的河砂支撑剂参数进行对比，以40/70目河砂为例，各性能参数的取值如下表1所示。
表1河砂加工前和加工后的性能参数对比
项目 加工前 加工后
圆度 0.4～0.6 0.7～0.8
球度 0.4～0.6 0.7～0.8
浊度，FTU 150～300 30～50
酸溶解度，％ 8.0～15.0 5.0～7.0
35MPa下的破碎率，％ 12～18 7～9
35MPa下的气测导流能力，μm<sup>2</sup>·cm 0.5～2 2～5
由表1可知，加工前，由于河砂本身存在一定杂质，导致其浊度值和酸溶解度的参数偏高，并且参数跨度较大，颗粒表面不规则，圆球度较低，并影响破碎率和导流能力；加工后，河砂支撑剂样品在圆球度、浊度、酸溶解度、破碎率和导流能力均有不同程度的提高，符合作为页岩气压裂用支撑剂使用的条件。
因此，本发明实施例的页岩气压裂用河砂支撑剂的加工方法通过获取河砂，并对河砂进行脱泥清洗，对脱泥清洗后的河砂进行差异性筛选，得到SiO2含量高于95％的河砂，继而对SiO2含量高于95％的河砂进行初次风选，得到粒径符合施工要求的河砂，再对粒径符合施工要求的河砂进行表面处理，得到表面圆滑的河砂，接着对表面光滑的河砂进行再次风选，得到再次风选后的河砂，最后对再次风选后的河砂进行筛分，得到不同粒径的页岩气压裂用支撑剂，将该支撑剂与滑溜水一同下入到地层，填充在压裂形成的裂缝中，使裂缝保持开启状态，该支撑剂只以河砂为原料，加工步骤简单，原料利用率高，加工费用低，可以有效降低页岩气压裂用支撑剂的生产成本。
以上所述仅是为了便于本领域的技术人员理解本发明的技术方案，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、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种页岩气压裂用河砂支撑剂的加工方法，其特征在于，所述加工方法包括：
获取河砂，并对所述河砂进行脱泥清洗；
对脱泥清洗后的河砂进行差异性筛选，得到SiO2含量高于95％的河砂；
对所述SiO2含量高于95％的河砂进行初次风选，得到粒径符合施工要求的河砂；
对所述粒径符合施工要求的河砂进行表面处理，得到表面圆滑的河砂；
将所述表面圆滑的河砂进行再次风选，得到再次风选后的河砂；
对所述再次风选后的河砂进行筛分，得到不同粒径的页岩气压裂用支撑剂。
2.根据权利要求1所述的页岩气压裂用河砂支撑剂的加工方法，其特征在于，所述对脱泥清洗后的河砂进行差异性筛选具体包括：将所述脱泥清洗后的河砂放入到立式储罐中，加入滑石粉，并进行搅拌，得到不同SiO2含量的河砂。
3.根据权利要求2所述的页岩气压裂用河砂支撑剂的加工方法，其特征在于，所述滑石粉的加入量为所述河砂加入量的2％～3％。
4.根据权利要求1所述的页岩气压裂用河砂支撑剂的加工方法，其特征在于，所述对所述对所述SiO2含量高于95％的河砂进行初次风选，得到粒径符合施工要求的河砂之后，所述加工方法还包括：将粒径大于施工要求的河砂放入到破碎机中进行破碎处理，并进行再次筛选，得到所述粒径符合施工要求的河砂。
5.根据权利要求4所述的页岩气压裂用河砂支撑剂的加工方法，其特征在于，所述粒径符合施工要求的河砂的粒径为20～170目。
6.根据权利要求1所述的页岩气压裂用河砂支撑剂的加工方法，其特征在于，所述对所述粒径符合施工要求的河砂进行表面处理具体包括：将所述粒径符合施工要求的河砂放入到棒磨机中，加入滑石粉，进行研磨。
7.根据权利要求6所述的页岩气压裂用河砂支撑剂的加工方法，其特征在于，所述滑石粉的加入量为所述粒径符合施工要求的河砂加入量的1.0％～1.5％。
8.根据权利要求1所述的页岩气压裂用河砂支撑剂的加工方法，其特征在于，所述对所述再次风选后的河砂进行筛分具体包括：根据使用需要确定筛分装置中的筛网组合，将所述再次风选后的河砂放入到所述筛分装置中，加入滑石粉，进行筛分。
9.根据权利要求8所述的页岩气压裂用河砂支撑剂的加工方法，其特征在于，所述滑石粉的加入量为所述再次风选后的河砂加入量的1.0％～1.5％。
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