CN112080270B - 覆膜支撑剂的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种覆膜支撑剂的制备方法，包括将镍铁渣作为支撑剂原料进行粒化，制备成粒化渣；将所述粒化渣在1000℃‑1200℃下烧结，保温30min‑120min，制备成陶粒骨料；将陶粒骨料加热至260℃±10℃，保温2min‑3min，再将温度降至210℃±10℃，边搅拌边加入树脂，搅匀后加入固化剂使树脂固化，在颗粒成团结块之前加入润滑剂防止粘连，继续搅拌2min‑3min得到初级支撑剂；将初级支撑剂冷却、破碎、过筛，制得覆膜陶粒支撑剂。利用本发明，能够解决目前的支撑剂性能差、成本高等问题。

Description

覆膜支撑剂的制备方法
技术领域
本发明涉及油气田压裂开采技术领域，更为具体地，涉及一种覆膜支撑剂的制备方法。
背景技术
水力压裂技术是解决油气田渗透率的一项有效技术，它是利用地面上的高压泵组，将高粘度的压裂液以大大超过地层吸收能力的排量注入到井内，在井底憋出高压；当此压力大于井壁附近的地层应力和地层岩石抗张强度时，在井底附近的地层会产生裂缝；继续注入带有支撑剂的含砂液，裂缝向前延伸并被压裂支撑剂填充，关井后裂缝闭合在填充的支撑剂上，最后在井底附近地层内产生具有一定几何尺寸和导流能力的裂缝，便于周围原油更快流入油井底部，达到增产的目的。支撑剂作为水力压裂中的重要填充介质，其性能直接影响了整个油井的增产能力。
目前国内外使用的支撑剂主要为石英砂、陶粒覆膜支撑剂。压裂选用石英砂的石英含量一般在80％左右，优质石英砂石英含量高达98％。石英砂作为压裂用支撑剂具有相对密度低、经济实惠、操作方便等优点。但是其强度较低，当岩层闭合压力超过35MPa时，石英砂大量破碎，影响导流能力，因此石英砂仅适用于低闭合压力油气层及浅井；此外、优质石英砂作为重要的地质资源，石油行业内已逐步禁止使用。
陶粒支撑剂属于人造支撑剂，主要采用铝土矿、高岭土、硅酸镁等为原料，经混料、造粒、干燥、烧结等过程制备得到。压裂用陶粒支撑剂具有优秀的力学性能，可用于深部油气层开采，但陶粒的原料选择与制造过程都比较严格复杂，对高品质铝矾土的依赖性较强。因此，生产和应用成本较高且造成一定资源浪费。
覆膜支撑剂是在骨料表面包覆一层高强度树脂膜，以改善传统支撑剂的抗破碎能力和耐酸溶解能力。但目前技术条件下覆膜支撑剂的骨料大多仍为石英砂和陶粒，仍无法避免资源浪费。
发明内容
鉴于上述问题，本发明的目的是提供一种覆膜支撑剂的制备方法，以解决目前的支撑剂性能差、成本高等问题。
本发明提供一种覆膜支撑剂的制备方法，所述方法包括：
将镍铁渣作为支撑剂原料进行粒化，制备成粒化渣；
将所述粒化渣在1000℃-1200℃下烧结后保温30min-120min，制备成陶粒骨料；
将所述陶粒骨料加热至260℃±10℃，保温2min-3min，再将温度降至210℃±10℃，边搅拌边加入树脂，搅匀后加入固化剂使树脂固化，在颗粒成团结块之前加入润滑剂防止粘连，继续搅拌2min-3min得到初级支撑剂；
其中，所述树脂与所述陶粒骨料的重量比为：(1-10):100；所述固化剂与所述树脂的重量比为(1-6):100；所述润滑剂与所述树脂的重量比为(1-6):100；
将所述初级支撑剂冷却、破碎、过筛，制得覆膜陶粒支撑剂。
此外，优选的方案是，所述树脂固化的时间为3min-6min。
此外，优选的方案是，所述镍铁渣通过盘式造粒机进行粒化，制备成粒化渣。
此外，优选的方案是，所述粒化渣的粒径为20-70目。
此外，优选的方案是，所述镍铁渣包括如下质量百分比含量的成分：
47.74％SiO2、31.95％MgO、7.17％Al2O3、6.24％Fe2O3、4.10％CaO、1.29％Cr2O3、0.75％MnO。
此外，优选的方案是，所述树脂为由酚醛树脂与环氧树脂按照2:1的质量份数比均匀混合而成的混合树脂。
此外，优选的方案是，所述固化剂为六次甲基四胺或三乙烯四胺。
此外，优选的方案是，所述润滑剂为硬脂酸钙。
此外，优选的方案是，所述初级支撑剂冷却至20℃-40℃后进行破碎。
此外，优选的方案是，将冷却后的初级支撑剂过20或40目筛，得到覆膜陶粒支撑剂。
从上面的技术方案可知，本发明提供的覆膜支撑剂的制备方法，通过将镍铁渣作为支撑剂原料进行粒化，粒化后再经过烧结得到陶粒骨料，制备出的覆膜支撑剂比普通石英类支撑剂的性能更优(强度更高，密度更低)；主要原料为镍铁渣，其来源广，资源丰富易得，能有效替代原有陶粒骨料高铝矾土，消纳了大量的工业固体废弃物，消除了镍铁渣对环境的危害，有助于镍铁生产企业的可持续发展，同时降低了支撑剂的制备成本；制备工艺简单，且充分利用高温镍铁渣的热量，能耗低。
为了实现上述以及相关目的，本发明的一个或多个方面包括后面将详细说明的特征。下面的说明以及附图详细说明了本发明的某些示例性方面。然而，这些方面指示的仅仅是可使用本发明的原理的各种方式中的一些方式。此外，本发明旨在包括所有这些方面以及它们的等同物。
附图说明
通过参考以下结合附图的说明，并且随着对本发明的更全面理解，本发明的其它目的及结果将更加明白及易于理解。在附图中：
图1为根据本发明实施例的覆膜支撑剂的制备方法流程示意图。
在所有附图中相同的标号指示相似或相应的特征或功能。
具体实施方式
在下面的描述中，出于说明的目的，为了提供对一个或多个实施例的全面理解，阐述了许多具体细节。然而，很明显，也可以在没有这些具体细节的情况下实现这些实施例。
针对前述提出的现有的支撑剂性能差、成本高等问题，本发明针对上述问题，提出了一种覆膜支撑剂的制备方法，采用本发明的方法能够制备出性能好、成本低的支撑剂。
以下将结合附图对本发明的具体实施例进行详细描述。
为了说明本发明提供的覆膜支撑剂的制备方法，图1示出了根据本发明实施例的覆膜支撑剂的制备方法的方法流程。
如图1所示，本发明提供的覆膜支撑剂的制备方法，包括：
S110：将镍铁渣作为支撑剂原料进行粒化，制备成粒化渣；
S120：将粒化渣在1000℃-1200℃下烧结后保温30min-120min，制备成陶粒骨料；
S130：将陶粒骨料加热至260℃±10℃，保温2min-3min，再将温度降至210℃±10℃，边搅拌边加入树脂，搅匀后加入固化剂使树脂固化，在颗粒成团结块之前加入润滑剂防止粘连，继续搅拌2min-3min得到初级支撑剂；
其中，树脂与陶粒骨料的重量比为：(1-10):100；固化剂与树脂的重量比为(1-6):100；润滑剂与树脂的重量比为(1-6):100；
S140：将初级支撑剂冷却、破碎、过筛，制得覆膜陶粒支撑剂。
上述为本发明的覆膜支撑剂的制备方法，通过将镍铁渣作为支撑剂原料进行粒化，粒化后再经过烧结得到陶粒骨料，制备出的覆膜支撑剂比普通石英类支撑剂的性能更优(强度更高，密度更低)；主要原料为镍铁渣，其来源广，资源丰富易得，能有效替代原有陶粒骨料高铝矾土，消纳了大量的工业固体废弃物，消除了镍铁渣对环境的危害，有助于镍铁生产企业的可持续发展，同时降低了支撑剂的制备成本；制备工艺简单，且充分利用高温镍铁渣的热量，能耗低。
作为本发明的优选方案，在步骤S110中，镍铁渣通过盘式造粒机进行粒化，制备成粒化渣；通过盘式造粒机对镍铁渣进行粒化，不需要通过喷洒料浆等操作，制备过程简单方便。
其中，粒化渣的粒径优选为20-70目；
镍铁渣包括如下质量百分比含量的成分：47.74％SiO2、31.95％MgO、7.17％Al2O3、6.24％Fe2O3、4.10％CaO、1.29％Cr2O3、0.75％MnO。
作为本发明的优选方案，在步骤S110过程中产生的热量以及在步骤S120过程中产生的热量输送至余热锅炉进行发电，增加收益，进一步降低支撑剂的制备成本。
作为本发明的优选方案，在步骤S130中，树脂优选为由酚醛树脂与环氧树脂按照2:1的质量份数比均匀混合而成的混合树脂。采用该混合树脂制备出的覆膜支撑剂的性能更好，并且比单独采用酚醛树脂更加节约成本；当然也可单独采用酚醛树脂或环氧树脂进行替换。
其中，树脂固化的时间优选为3min-6min。
固化剂优选为六次甲基四胺或三乙烯四胺。
润滑剂优选为硬脂酸钙。
所述初级支撑剂冷却至20℃-40℃后进行破碎。
在步骤S140中，将冷却后的初级支撑剂过20或40目筛，得到覆膜陶粒支撑剂。
为了进一步验证本发明提供的覆膜支撑剂的性能，下面提供了具体的验证性试验，以及试验对应的覆膜支撑剂的性能检验结果。
试验一、
S110：将镍铁渣作为支撑剂原料进行粒化，制备成粒化渣，其中，粒化渣的粒径为40目；
S120：将粒化渣在1200℃下烧结后保温60min，制备成陶粒骨料；
S130：将10kg陶粒骨料加热至260℃，保温2min，再将温度降至210℃，边搅拌边加入0.5kg酚醛树脂，经5min-10min搅拌均匀后，加入25g固化剂六次甲基四胺使混合树脂固化3min-6min，在颗粒成团结块之前加入10g润滑剂硬脂酸钙防止粘连，继续搅拌2min-3min得到初级支撑剂；
S140：将初级支撑剂冷却至20℃-40℃后进行破碎，再过20目筛，制得覆膜陶粒支撑剂。
通过实验检测，得到的覆膜支撑剂的体积密度为1.63g/cm3，视密度为2.81g/cm3，抗破碎能力69Mpa下≤4.81％，体积密度和视密度较小，强度符合国家标准要求。
试验二、
S110：将镍铁渣作为支撑剂原料进行粒化，制备成粒化渣，其中，粒化渣的粒径为40目；
S120：将粒化渣在1100℃下烧结后保温90min，制备成陶粒骨料；
S130：将10kg陶粒骨料加热至260℃，保温2min，再将温度降至210℃，边搅拌边加入由0.36kg酚醛树脂和0.18kg环氧树脂混匀的混合树脂，经5min-10min搅拌均匀后，加入27g固化剂六次甲基四胺使混合树脂固化3min-6min，在颗粒成团结块之前加入10g润滑剂硬脂酸钙防止粘连，继续搅拌2min-3min得到初级支撑剂；
S140：将初级支撑剂冷却至20℃-40℃后进行破碎，再过20目筛，制得覆膜陶粒支撑剂。
通过实验检测，得到的覆膜支撑剂的体积密度为1.64g/cm3，视密度为2.78g/cm3，抗破碎能力69Mpa下≤4.66％，体积密度和视密度较小，强度符合国家标准要求。
通过上述验证性试验可以看出，通过本发明提供的覆膜支撑剂的制备方法制备出的覆膜支撑剂的强度更高，密度更低，符合国家标准要求；主要原料镍铁渣，为固体废弃物，能有效替代原有陶粒骨料高铝矾土，降低支撑剂制备成本的同时，还解决了环境污染问题，制备工艺简单，且充分利用高温镍铁渣的热量，能耗低。
如上参照附图以示例的方式描述了根据本发明提出的覆膜支撑剂的制备方法。但是，本领域技术人员应当理解，对于上述本发明所提出的覆膜支撑剂的制备方法，还可以在不脱离本发明内容的基础上做出各种改进。因此，本发明的保护范围应当由所附的权利要求书的内容确定。

Claims (10)

1.一种覆膜支撑剂的制备方法，其特征在于，所述方法包括：
将镍铁渣作为支撑剂原料进行粒化，制备成粒化渣；
将所述粒化渣在1000℃-1200℃下烧结后保温30min-120min，制备成陶粒骨料；
将所述陶粒骨料加热至260℃±10℃，保温2min-3min，再将温度降至210℃±10℃，边搅拌边加入树脂，搅匀后加入固化剂使树脂固化，在颗粒成团结块之前加入润滑剂防止粘连，继续搅拌2min-3min得到初级支撑剂；
其中，所述树脂与所述陶粒骨料的重量比为：(1-10):100；所述固化剂与所述树脂的重量比为(1-6):100；所述润滑剂与所述树脂的重量比为(1-6):100；
将所述初级支撑剂冷却、破碎、过筛，制得覆膜陶粒支撑剂。
2.根据权利要求1所述的覆膜支撑剂的制备方法，其特征在于，
所述树脂固化的时间为3min-6min。
3.根据权利要求1所述的覆膜支撑剂的制备方法，其特征在于，
所述镍铁渣通过盘式造粒机进行粒化，制备成粒化渣。
4.根据权利要求1或权利要求3所述的覆膜支撑剂的制备方法，其特征在于，
所述粒化渣的粒径为20-70目。
5.根据权利要求1所述的覆膜支撑剂的制备方法，其特征在于，
所述镍铁渣包括如下质量百分比含量的成分：
47.74％SiO2、31.95％MgO、7.17％Al2O3、6.24％Fe2O3、4.10％CaO、1.29％Cr2O3、0.75％MnO。
6.根据权利要求1所述的覆膜支撑剂的制备方法，其特征在于，
所述树脂为由酚醛树脂与环氧树脂按照2:1的质量份数比均匀混合而成的混合树脂。
7.根据权利要求1所述的覆膜支撑剂的制备方法，其特征在于，
所述固化剂为六次甲基四胺或三乙烯四胺。
8.根据权利要求1所述的覆膜支撑剂的制备方法，其特征在于，
所述润滑剂为硬脂酸钙。
9.根据权利要求1所述的覆膜支撑剂的制备方法，其特征在于，
所述初级支撑剂冷却至20℃-40℃后进行破碎。
10.根据权利要求1所述的覆膜支撑剂的制备方法，其特征在于，
将冷却后的初级支撑剂过20或40目筛，得到覆膜陶粒支撑剂。
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