CN113773829A - 一种低密度石油压裂陶粒支撑剂及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种低密度石油压裂陶粒支撑剂及其制备方法，该支撑剂按质量百分比包含以下原料：粉煤灰20.0％～32.4％，低品位铝矾土51.7％～60.0％，粘土12.8％～20.0％，二氧化锰1.0％～2.0％。该支撑剂是以粉煤灰、低品位铝矾土和粘土为主要原料，通过糖衣机成球和高温煅烧制备而成。本发明制备的低密度陶粒支撑剂体积密度低，为1.36～1.42g/cm3，圆球度高，强度高，35Mpa下破碎率低于9％。陶粒支撑剂采用的原材料价格普遍较低，很大程度上降低了生产成本。

Description

一种低密度石油压裂陶粒支撑剂及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种石油压裂支撑剂及其制备方法，尤其涉及一种低密度石油压裂陶粒支撑剂及其制备方法。
背景技术
陶粒支撑剂属于石油压裂支撑剂的一种，是水力压裂作业过程中用来支撑岩缝的具有一定强度的固体颗粒，其主要应用于油气水利压裂技术。基本原理是通过地面的高压泵系统将含有一定支撑剂材料的压裂液注入油气层中，当液压远远高于岩石破碎压力时，会导致油气层出现裂缝，支撑剂进入裂缝后一方面可以使裂缝继续延伸，另一方面可以使裂缝保持张开状态，确保当压裂完成，压裂液排除井筒后，油气层仍具有一定长度和宽度的裂缝，提高其渗透能力，增加产量。
传统陶粒支撑剂的生产需要大量铝矾土，铝矾土的主要化学组成为氧化铝，根据氧化铝含量的不同分为特级、一级、二级、三级等不同等级。虽然我国铝矾土储量丰富，但对铝矾土的应用主要是高铝含量的优质铝矾土，这导致对优质铝矾土资源需求量大，为了实现资源和环境的可持续发展，必须合理配置优质铝矾土资源，或寻找其他可代替的经济型原材料，最大限度提高其综合利用率。
粉煤灰是在燃煤电厂发电过程中产生的一种固体废弃物。粉煤灰的堆积会带来严重的环境问题，在雨天被雨水冲刷后，粉煤灰含有的金属离子溶解在水体中对地下水造成污染。当粉煤灰暴露在大气中时，它将对人类健康和呼吸道构成威胁，并引起相关疾病。粉煤灰的综合利用无疑是当务之急，对工业和环境的长期可持续发展具有重要意义。粉煤灰的主要化学组成和铝矾土类似，主要是SiO2和Al2O3，主要物相为莫来石相，能一定程度上部分代替铝矾土，实现固体废弃物再利用。此外，常规陶粒支撑剂密度大，在压裂过程中容易发生沉降现象，导流能力差，粉煤灰由于其铝含量低于铝矾土，加入后能有效降低支撑剂密度，在裂缝中铺置较均匀，有效支撑裂缝长度。
发明内容
发明目的：本发明的目的是提供一种圆球度和强度高的低密度石油压裂陶粒支撑剂；
本发明的另一个目的是提供一种低密度石油压裂陶粒支撑剂的制备方法。
技术方案：本发明所述的低密度石油压裂陶粒支撑剂，按质量百分比包含以下原料：
Figure BDA0003219539600000021
优选的，所述粉煤灰由以下组分组成：Al2O3 35.6～44.7％，SiO2 48.21％～52.56％，CaO 4.32％～5.01％，Fe2O3 2.12％～3.10％，其余为杂质。
优选的，所述低品位铝矾土由以下组分组成：Al2O3 58.6％～70.2％，SiO219.88％～31.46％，CaO＜1.0％，其余为杂质。
优选的，所述粘土由以下组分组成：Al2O3 29.26％～35.45％，SiO2 60.27％～64.77％，CaO 1.03％～2.71％，其余为杂质。
上述低密度石油压裂陶粒支撑剂的制备方法，包括以下步骤：
(1)按质量百分比称取各组分，混合后球磨备用；
(2)将原料倒入糖衣机中成球，成球期间向糖衣机内喷入水；
(3)待生料球粒径达到要求后继续进行成球，过筛得到生料球；
(4)将步骤(3)得到的生料球进行干燥；然后进行高温煅烧，随炉冷却后制得。
优选的，步骤(1)中球磨时间为8h，细分粒度为325目～500目。
优选的，步骤(2)中生料球粒径为0.6mm～1.18mm。
优选的，步骤(3)中煅烧温度为1350℃～1400℃，保温时间为1.5h～2h。
有益效果：本发明与现有技术相比，取得如下显著效果：(1)本发明的陶粒支撑剂具有密度低，圆球度高，强度高的特点，有效提高了其导流能力；其中，密度低为1.36～1.42g/cm3，在35Mpa下破碎率低于9％；(2)本发明的陶粒支撑剂采用低品位铝矾土制备而成，降低了陶粒支撑剂的生产成本；(3)本发明的陶粒支撑剂采用固体废弃物粉煤灰制备而成，为粉煤灰资源再利用提供了新的途径。(4)本发明通过将原料经球磨后得到较小的粒径，从而使得最终制得的支撑剂圆球度和强度更高；(5)粉煤灰作为一种脊性材料，掺入后会极大限度的降低支撑剂的成球性能，从而导致支撑剂圆球度很差，本发明在掺加粉煤灰的基础上添加特定比例的粘土能很好的改善这一性能。
具体实施方式
下面对本发明作进一步详细描述。
实施例1
陶粒支撑剂包括以下质量分数的组分：粉煤灰20.0％，低品位铝矾土60.0％，粘土18.0％，二氧化锰2.0％。
陶粒支撑剂的制备包括以下步骤：
(1)按质量百分比将各组分原料混合后球磨6h至粒径为325目；
(2)将步骤(1)得到的粉料放入糖衣机中造粒，将水以雾状的形式喷入糖衣机中直至生料球粒径达到0.60mm，经过筛分后得到生料球；
(3)将步骤(2)中得到的生料球于60℃干燥10h后放入管式炉，在1350℃下煅烧1.5h，随炉冷却后得到陶粒支撑剂成品。
实施例2
陶粒支撑剂包括以下质量分数的组分：粉煤灰24.2％，低品位铝矾土56.9％，粘土17.2％，二氧化锰1.7％。
陶粒支撑剂的制备包括以下步骤：
(1)按质量百分比将各组分原料混合后球磨6.5h至粒径为400目；
(2)将步骤(1)得到的粉料放入糖衣机中造粒，将水以雾状的形式喷入糖衣机中直至生料球粒径达到0.87mm，经过筛分后得到生料球；
(3)将步骤(2)中得到的生料球于60℃干燥10h后放入管式炉，在1360℃下煅烧1.6h，随炉冷却后得到陶粒支撑剂成品。
实施例3
陶粒支撑剂包括以下质量分数的组分：粉煤灰28.4％，低品位铝矾土54.4％，粘土15.8％，二氧化锰1.4％
陶粒支撑剂的制备包括以下步骤：
(1)按质量百分比将各组分原料混合后球磨7h至粒径为400目；
(2)将步骤(1)得到的粉料放入糖衣机中造粒，将水以雾状的形式喷入糖衣机中直至生料球粒径达到1.10mm，经过筛分后得到生料球；
(3)将步骤(2)中得到的生料球于60℃干燥10h后放入管式炉，在1370℃下煅烧1.7h，随炉冷却后得到陶粒支撑剂成品。
实施例4
陶粒支撑剂包括以下质量分数的组分：粉煤灰32.4％，低品位铝矾土51.7％，粘土14.9％，二氧化锰1.0％。
陶粒支撑剂的制备包括以下步骤：
(1)按质量百分比将各组分原料混合后球磨7.5h至粒径为500目；
(2)将步骤(1)得到的粉料放入糖衣机中造粒，将水以雾状的形式喷入糖衣机中直至生料球粒径达到1.18mm，经过筛分后得到生料球；
(3)将步骤(2)中得到的生料球于60℃干燥10h后放入管式炉，在1380℃下煅烧1.8h，随炉冷却后得到陶粒支撑剂成品。
实施例5
陶粒支撑剂包括以下质量分数的组分：粉煤灰27.5％，低品位铝矾土58.1％，粘土12.8％，二氧化锰1.6％。
陶粒支撑剂的制备包括以下步骤：
(1)按质量百分比将各组分原料混合后球磨8h至粒径为500目；
(2)将步骤(1)得到的粉料放入糖衣机中造粒，将水以雾状的形式喷入糖衣机中直至生料球粒径达到0.76mm，经过筛分后得到生料球；
(3)将步骤(2)中得到的生料球于60℃干燥10h后放入管式炉，在1390℃下煅烧1.9h，随炉冷却后得到陶粒支撑剂成品。
实施例6
陶粒支撑剂包括以下质量分数的组分：粉煤灰20.3％，低品位铝矾土58.4％，粘土20％，二氧化锰1.3％。
陶粒支撑剂的制备包括以下步骤：
(1)按质量百分比将各组分原料混合后球磨8h至粒径为500目；
(2)将步骤(1)得到的粉料放入糖衣机中造粒，将水以雾状的形式喷入糖衣机中直至生料球粒径达到1.03mm，经过筛分后得到生料球；
(3)将步骤(2)中得到的生料球于60℃干燥10h后放入管式炉，在1400℃下煅烧2h，随炉冷却后得到陶粒支撑剂成品。
对比例1
配方及基本步骤与实施例1相同，不同的是，步骤(1)中研磨粒径为200目。
对比例2
配方及基本步骤与实施例1相同，不同的是，步骤(1)中研磨粒径为600目。
将实施例1～6及对比例1、2制备的陶粒支撑剂进行体积密度和破碎率测试，测试标准为SY/T 5108-2014，实验结果如表1。
表1
Figure BDA0003219539600000051
从表1实施例的数据可以看到，本发明提供的方法制备的陶粒支撑剂体积密度小于1.42g/cm3，抗压强度等级为35MPa，属于低密度陶粒支撑剂。从表1实施例及对比例的数据可以看到，原料粒径对支撑剂性能有很大影响，原料粒径越大，密度越小，破碎率越高；原料粒径越小，支撑剂体积密度越大，破碎率越低。

Claims (9)

1.一种低密度石油压裂陶粒支撑剂，其特征在于，按质量百分比包含以下原料：
Figure FDA0003219539590000011
2.根据权利要求1所述的低密度石油压裂陶粒支撑剂，其特征在于，所述的粉煤灰中Al2O3含量为35.6～44.7％。
3.根据权利要求1所述的低密度石油压裂陶粒支撑剂，其特征在于，所述的低品位铝矾土中Al2O3含量为58.6％～70.2％。
4.根据权利要求1所述的低密度石油压裂陶粒支撑剂，其特征在于，所述粘土按质量百分比包括以下组分：Al2O3 29.26％～35.45％，SiO2 60.27％～64.77％，CaO 1.03％～2.71％，其余为杂质。
5.一种权利要求1所述低密度石油压裂陶粒支撑剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)按质量百分比称取各组分，混合后球磨备用；
(2)将原料倒入糖衣机中成球，成球期间向糖衣机内喷入水；
(3)待生料球粒径达到要求后继续进行成球，过筛得到生料球；
(4)将步骤(3)得到的生料球进行干燥；然后进行高温煅烧，随炉冷却后制得。
6.根据权利要求5所述低密度石油压裂陶粒支撑剂的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述的球磨时间为6h～8h。
7.根据权利要求5所述低密度石油压裂陶粒支撑剂的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，球磨后原料粒度为325目～500目。
8.根据权利要求5所述低密度石油压裂陶粒支撑剂的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，所述的生料球粒径为0.6mm～1.18mm。
9.根据权利要求5所述低密度石油压裂陶粒支撑剂的制备方法，其特征在于，步骤(4)中，所述的煅烧温度为1350℃～1400℃，煅烧后保温1.5h～2h。
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