CN114289158A - 一种石油压裂支撑剂及其制备工艺 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种石油压裂支撑剂及其制备工艺，属于石油压裂支撑剂技术领域。制备工艺的步骤为:(1)将矿石输送至破碎机内，将矿石粒径粉碎，然后提升至暂存仓，再进入对辊破碎机；(2)矿石在对辊破碎机内完成二次破碎，破碎完成后进行筛分，较大颗粒继续进入对辊破碎机进行破碎，较小颗粒输送至整形制砂机进行细破、强度优选、磨圆处理，获得石英砂颗粒；(3)细破整形后的石英砂颗粒进行初步分级；(4)粒径为1‑0.106mm的石英砂颗粒进入摇摆筛进行精细筛分。本发明可以在油田所在地附近大批量生产石英砂支撑剂；且所用原料成本低，制备工艺处理量大、控制简单、免水洗、成品率高、强度高，且最终可获得圆球度好的石英砂支撑剂。

Description

一种石油压裂支撑剂及其制备工艺

技术领域

本发明涉及一种石油压裂支撑剂及其制备工艺，属于石油压裂支撑剂技术领域。

背景技术

压裂增产是石油、天然气井开采增产的重要技术。支撑剂则是压裂施工的关键材料。支撑剂由压裂液带入并支撑在压裂地层的裂隙中，从而有效地将油气导入油气井，大幅度提高油气产量和延长油气井寿命。

目前常用的压裂支撑剂有石英砂、陶粒及树脂覆膜的颗粒等。其中石英砂是支撑剂是最基础的分支，需求量一直较大，随着近年来国内油田推行降本增效，石英砂需求量每年以百万吨的速度增长。石英砂支撑一般采用沙漠内的高品质风积沙，本身的价格不高，但是地处偏远，到达目的地的运输费用占据总价格的60％以上。因此需要在油田所在地附近找到一种石英砂支撑剂的替代品，以达到降本的目的。

目前，CN112410016A一种压裂支撑剂用石英砂及其制备方法和应用中打磨所用的PCS系统(处理量小、适用于科研)； CN110922958ACN201911077039.2一种页岩气压裂用石英砂的制备工艺中未进行提高圆球度处理，成品圆球度差，达不到标准要求；CN111607384A石英砂支撑剂的加工方法中采用的旋转式磨圆机(主要指的球磨机或棒磨机)，由于内部需要添加研磨介质，一般采用钢球，在旋转过程中钢球不断撞击物料，使其破碎，很难控制粒径；CN112175603A一种压裂支撑剂的制作方法中采用球磨的方法，通过控制料浆浓度、球磨时间、球磨转速、球磨物料比，来提高圆球度，磨完后需要大量的水冲洗才能使浊度达标，且洗出石英粉体后续处理非常复杂，另外，需要控制的参数较多，生产过程很难实现。

发明内容

本发明针对上述问题，提供了一种石油压裂支撑剂及其制备工艺，通过本发明制备工艺可以在油田所在地附近大批量生产合格的石英砂支撑剂；同时，本发明中所用原料成本低，制备工艺处理量大、控制简单、免水洗、成品率高、强度高，且最终可获得圆球度好的石英砂支撑剂。本发明的技术方案如下：

一种石油压裂支撑剂的制备工艺，步骤如下:

(1)将矿石输送至破碎机内，将矿石粒径粉碎，然后提升至暂存仓，再进入对辊破碎机；

优选的，将粒径不大于1000mm的矿石输送至预先设定出料粒度不大于 10mm的单段破碎机内，将矿石粒径粉碎至10mm以下；粒径粉碎至10mm以下的矿石提升至暂存仓，再进入预先设定处理粒径不大于4mm的对辊破碎机；

(2)矿石在对辊破碎机内完成二次破碎，破碎完成后输送至圆振动筛进行筛分，较大颗粒继续进入对辊破碎机进行破碎，较小颗粒输送至整形制砂机进行细破、强度优选、磨圆处理，获得石英砂颗粒；

优选的，粒径大于3mm的颗粒继续进入对辊破碎机进行破碎，粒径不大于3mm的颗粒输送至整形制砂机进行细破、强度优选、磨圆处理，获得石英砂颗粒；

(3)细破整形后的石英砂颗粒通过复合风力分选机进行初步分级，粒径为1-0.106mm的颗粒进入筛分步骤；

优选的，初步分级后粒径大于1mm的颗粒返回整形制砂机；粒径小于0.106mm的颗粒进行除铁然后经陶瓷磨生产副产品石英粉；

(4)粒径为1-0.106mm的石英砂颗粒进入摇摆筛进行精细筛分，最后分级成粒径分别为850-425μm，600-300μm，425-212μm，212-106μm四种规格支撑剂成品。

进一步的，所述步骤(2)中整形制砂机，包括与整形箱上下端连通的入料口和第一出料口，所述整形箱内腔上下分为破碎腔和整形腔，所述破碎腔中部设有与入料口连通的转子，且入料口与转子转动连接，所述转子的两端分别设有与破碎腔壁固接的撞击衬板，所述整形腔上端侧对称固接有第一导流板，且第一导流板下端设有与整形腔壁转动连接的辊轮，位于所述辊轮下端的整形腔的中部设有落料盘，所述落料盘下侧连接有减速箱，所述整形箱中部贯穿有传动轴，所述传动轴上端与转子固接，且落料盘通过减速箱与传动轴固接，并随转动轴转动，所述整形箱下端两侧均设有驱动电机，两个所述驱动电机分别通过两组传动组件与传动轴传动连接。

优选的，所述入料口形状呈喇叭形，且其横截面大的一端朝上；所述转子为中空结构，且其表面沿周向等距、沿切线方向开设有与其内腔连通的出料缝，且转子上端固接有与入料口连通的连接管；所述传动组件包括适配的两组皮带轮和皮带。

优选的，所述第一出料口下端连通有筛分箱，所述筛分箱下端设有第二出料口且第二出料口的上端两侧均设有与筛分箱内腔固接的第二导流板，所述筛分箱内腔等距固接有三组筛分板，且三组筛分板孔径从上到下依次减小，且每个筛分板的端部均设有出料管口；三组所述筛分板均为往下倾斜式安装，且出料管口位于筛分板下端的上侧。

优选的，所述第一导流板为向整形箱中轴线倾斜的三角形导板；所述辊轮为喇叭形，且其横截面大的一端靠近整形箱内壁一端；所述整形箱表面设有检修门；所述检修门通过密封条与整形箱密封连接。

本发明整形制砂机通过转子及撞击衬板的配合，实现对物料的初级破碎及整形、然后配合第一导流板、落料盘及辊轮的配合，实现对物料的二次碾磨及整形，该设备耗能少，可连续对石英砂颗粒进行整形处理，提高设备的处理量，减少了石英砂颗粒的整形成本，同时减少了支撑剂的生产成本，减少了碳排放，便于人造石英砂支撑剂的推广；通过三组不同孔径的筛分板对整形后的物料进行筛分，实现对不同粒径的支撑剂进行筛分，大大提高了支撑剂的成品率，进一步降低了支撑剂的生产成本，实现节能减排

进一步的，所述步骤(2)中整形制砂机转子旋转速度为1500-3000r/min，优选为2000r/min。

进一步的，本发明制备工艺中破碎、制砂、筛分环节产生的粉尘均采用除尘器收集后进行除铁，然后磨细制作成石英粉；本发明中获得的石英粉可直接出售。

本发明还包括通过上述制备工艺获得的石油压裂支撑剂。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1、整形制砂机：通过石打石、石打铁进行强度优选以提高强度、磨掉边角整形提高圆球度；

2、复合风力分选机：通过石打石进行强度优选以提高强度及圆球度，同时将颗粒表面粘附的粉体通过惯性作用使其脱落，以达到浊度的目的；通过风力作用将颗粒分成三种规格粗颗粒(返回整形制砂机)、细颗粒(目标产物)、粉体(副产物)；

3、整形后将颗粒粗分成不同的规格以实现分级利用，无废弃物排放；

4、整个生产过程均为干燥下进行，不需要水洗，也可达到支撑剂对浊度的要求，直接将粉体分离搜集制粉作为副产品出售；实现节能环保。

5、采用细碎机可直接将大块石英石(1000mm左右)破碎成20mm以下颗粒，相比鄂破+圆锥破占地面积小，设备间衔接的输送设备减少。

附图说明

图1本发明石油压裂支撑剂的制备工艺流程图；

图2为本发明整形制砂机结构示意图；

图3为本发明整形制砂机中转子的结构示意图；

图4为本发明获得的支撑剂与对比例2获得的支撑剂对照图；其中，图4A为本发明获得的支撑剂，图4B为对比例2获得的支撑剂；

其中：1、整形箱；2、入料口；3、转子；4、撞击衬板；5、第一导流板； 6、辊轮；7、落料盘；8、减速箱；9、传动轴；10、驱动电机；11、破碎腔； 12、整形腔；13、出料缝；14、连接管；15、第一出料口；16、筛分箱；17、筛分板；18、第二导流板；19、出料管口；20、第二出料口。

具体实施方式

下面结合具体实施例来进一步描述本发明，本发明的优点和特点将会随着描述而更为清楚。但实施例仅是范例性的，并不对本发明的范围构成任何限制。本领域技术人员应该理解的是，在不偏离本发明的精神和范围下可以对本发明技术方案的细节和形式进行修改或替换，但这些修改和替换均落入本发明的保护范围内。

本发明石油压裂支撑剂的制备工艺流程图如图1所示。

实施例1：一种石油压裂支撑剂及其制备工艺

(1)将粒径不大于1000mm的矿石输送至预先设定出料粒度不大于10mm的单段破碎机内，将矿石粒径粉碎至10mm以下，然后提升至暂存仓，再进入预先设定处理粒径不大于4mm的对辊破碎机；

(2)矿石在对辊破碎机内完成二次破碎，破碎完成后输送至圆振动筛进行筛分，粒径大于3mm的颗粒继续进入对辊破碎机进行破碎，粒径不大于 3mm的颗粒输送至整形制砂机进行细破、强度优选、磨圆处理，获得石英砂颗粒，整形制砂机转子旋转速度为2000r/min；

(3)细破整形后的石英砂颗粒通过复合风力分选机进行初步分级，粒径大于1mm的颗粒返回整形制砂机，粒径为1-0.106mm的颗粒进入筛分步骤，粒径小于0.106mm的颗粒进行除铁然后经陶瓷磨生产副产品石英粉；

(4)粒径为1-0.106mm的石英砂颗粒进入摇摆筛进行精细筛分，最后分级成粒径分别为850-425μm，600-300μm，425-212μm，212-106μm四种规格支撑剂成品。

(5)按照行业推荐标准《SY/T 5108-2014水力压裂和砾石填充作业用支撑剂性能测试办法》测试支撑剂性能指标。

(6)水消耗0吨，天然气消耗0方，单吨耗电40度，支撑剂成品率84.3％。

实施例2：一种石油压裂支撑剂及其制备工艺

(1)将粒径不大于800mm的矿石输送至预先设定出料粒度不大于10mm 的单段破碎机内，将矿石粒径粉碎至10mm以下，然后提升至暂存仓，再进入预先设定处理粒径不大于4mm的对辊破碎机；

(2)矿石在对辊破碎机内完成二次破碎，破碎完成后输送至圆振动筛进行筛分，粒径大于3mm的颗粒继续进入对辊破碎机进行破碎，粒径不大于 3mm的颗粒输送至整形制砂机进行细破、强度优选、磨圆处理，获得石英砂颗粒，整形制砂机转子旋转速度为1500r/min；

(3)细破整形后的石英砂颗粒通过复合风力分选机进行初步分级，粒径大于1mm的颗粒返回整形制砂机，粒径为1-0.106mm的颗粒进入筛分步骤，粒径小于0.106mm的颗粒进行除铁然后经陶瓷磨生产副产品石英粉；

(4)粒径为1-0.106mm的石英砂颗粒进入摇摆筛进行精细筛分，最后分级成粒径分别为850-425μm，600-300μm，425-212μm，212-106μm四种规格支撑剂成品。

(5)按照行业推荐标准《SY/T 5108-2014水力压裂和砾石填充作业用支撑剂性能测试办法》测试支撑剂性能指标。

(6)水消耗0吨，天然气消耗0方，单吨耗电42度，支撑剂成品率83.1％。

实施例3：一种石油压裂支撑剂及其制备工艺

(1)将粒径不大于1000mm的矿石输送至预先设定出料粒度不大于 10mm的单段破碎机内，将矿石粒径粉碎至10mm以下，然后提升至暂存仓，再进入预先设定处理粒径不大于4mm的对辊破碎机；

(2)矿石在对辊破碎机内完成二次破碎，破碎完成后输送至圆振动筛进行筛分，粒径大于3mm的颗粒继续进入对辊破碎机进行破碎，粒径不大于 3mm的颗粒输送至整形制砂机进行细破、强度优选、磨圆处理，获得石英砂颗粒，整形制砂机转子旋转速度为3000r/min；

(3)细破整形后的石英砂颗粒通过复合风力分选机进行初步分级，粒径大于1mm的颗粒返回整形制砂机，粒径为1-0.106mm的颗粒进入筛分步骤，粒径小于0.106mm的颗粒进行除铁然后经陶瓷磨生产副产品石英粉；

(4)粒径为1-0.106mm的石英砂颗粒进入摇摆筛进行精细筛分，最后分级成粒径分别为850-425μm，600-300μm，425-212μm，212-106μm四种规格支撑剂成品。

(5)按照行业推荐标准《SY/T 5108-2014水力压裂和砾石填充作业用支撑剂性能测试办法》测试支撑剂性能指标。

(6)水消耗0吨，天然气消耗0方，单吨耗电45度，支撑剂成品率81.5％。

实施例中破碎、制砂、筛分环节产生的粉尘均采用除尘器收集后进行除铁，然后磨细制作成石英粉；本发明中获得的石英粉可直接出售。

实施例1-实施例3中所述整形制砂机

如图2和图3所示，整形制砂机，包括与整形箱1上下端连通的入料口2 和第一出料口15，整形箱1表面设有检修门，检修门通过密封条与整形箱1 密封连接，整形箱1内腔上下分为破碎腔11和整形腔12，破碎腔11中部设有与入料口2连通的转子3，且入料口2与转子3转动连接，转子3为中空结构，且其表面沿周向等距、沿切线方向开设有与其内腔连通的出料缝13，且转子3上端固接有与入料口2连通的连接管14，转子3的两端分别设有与破碎腔11壁固接的撞击衬板4，整形腔12上端侧对称固接有第一导流板5，第一导流板5为向整形箱1中轴线倾斜的三角形导板，且第一导流板5下端设有与整形腔12壁转动连接的辊轮6，辊轮6为喇叭形，且其横截面大的一端靠近整形箱1内壁一端，位于辊轮6下端的整形腔12的中部设有落料盘7，落料盘7与整形腔12之间留有缝隙，落料盘7下侧连接有减速箱8，整形箱 1中部贯穿有传动轴9，传动轴9上端与转子3固接，且落料盘7通过减速箱 8与传动轴9固接，并随转动轴转动，整形箱1下端两侧均设有驱动电机10，两个驱动电机10分别通过两组传动组件与传动轴9传动连接，传动组件包括适配的两组皮带轮和皮带；

首先控制驱动电机10工作，驱动电机10通过皮带轮和皮带的配合带动传动轴9转动，传动轴9直接带动上端的转子3高速旋转，为物料提供动能，同时传动轴9通过减速箱8减速后带动落料盘7旋转，粉碎过后的石英砂颗粒按一定速率通过入料口2导入到转子3的内部，转子3高度的旋转带动内部物料从出料缝13处沿切线喷射到破碎腔11的撞击衬板4上，与撞击衬板4 相互撞击、磋磨，最终将物料获得的动能转化为破碎、初级整形物料所需要能量，然后导入到整形腔12的中，通过第一导流板5的作用将其导入到落料盘7靠近中心的部位，落料盘7与辊轮6形成相对运动，对物料进行碾磨，除去棱角进一步提高圆球度，落料盘7的旋转给与物料加速度，使细颗粒物料沿落料口四周的缝隙排出，从而完成进一步整形，该设备耗能少，可连续对石英砂颗粒进行整形处理，提高设备的处理量，减少了石英砂颗粒的整形成本，同时减少了支撑剂的生产成本，减少了碳排放，便于人造石英砂支撑剂的推广。

如图2所示，第一出料口15下端连通有筛分箱16，筛分箱16下端设有第二出料口20且第二出料口20的上端两侧均设有与筛分箱16内腔固接的第二导流板18，筛分箱16内腔等距固接有三组筛分板17，且三组筛分板17孔径从上到下依次减小，且每个筛分板17的端部均设有出料管口19，三组筛分板17均为往下倾斜式安装，且出料管口19位于筛分板17下端的上侧，提高物料的导出速率；

整形完成的物料通过第一出料口15导入到筛分箱16配合三组筛分板17 进行筛分，三组筛分板17的孔径依次可得到850-425μm、600-300μm、 425-212μm三种规格的颗粒，同时212-106μm规格的颗粒从第二出料口20 处导出，实现对不同粒径的支撑剂进行筛分，大大提高了支撑剂的成品率，进一步降低了支撑剂的生产成本，实现节能减排。

如图2所示，入料口2形状呈喇叭形，且其横截面大的一端朝上，便于粉碎的石英砂颗粒导入整形箱1的内部，防止洒出。

对比例1：

将粒径不大于500mm的原矿经鄂破进行粗破碎，然后输送至圆锥破碎内进行二级破碎，将二级破碎后的颗粒输送至石碾中加入一定量的水，进行碾磨，不大于425μm的颗粒随水从石碾中流出，再经脱泥、磁选、脱水、烘干、筛分可得到支撑剂颗粒。

单吨消耗水2吨，单吨消耗天然气6方，单吨耗电56度，支撑剂成品率 45.2％。

对比例2：

将粒径不大于500mm的原矿经鄂破进行粗破碎，然后输送至圆锥破碎内进行二级破碎，将二级破碎后的颗粒输送至磨机研磨(湿磨)，通过控制进料速度来控制颗粒连续排出粒径，再经磁选、脱水、烘干、筛分可得到支撑剂颗粒。

单吨消耗水5吨，单吨消耗天然气6方，单吨耗电63度，支撑剂成品率 38.5％。

试验例：对本发明及对比例1和对比例2获得的支撑剂进行性能检测，结果如表1和表2所示，本发明与对比例2获得的支撑剂外观形状对比图如图4所示，本发明获得的支撑剂颗粒圆球度更高，浊度更低，且颗粒更加均匀。

表1本发明获得的支撑剂性能检测表

表2对比例1和对比例2获得的支撑剂性能检测表

由表1和表2结果可知，本发明获得的支撑剂颗粒在粒径符合率、圆度、球度、浊度以及破碎率方面明显优于现有技术获得的支撑剂。

Claims (13)

1.一种石油压裂支撑剂的制备工艺，其特征在于，所述制备工艺的步骤如下:

(1)将矿石输送至破碎机内，将矿石粒径粉碎，然后提升至暂存仓，再进入对辊破碎机；

(2)矿石在对辊破碎机内完成二次破碎，破碎完成后输送至圆振动筛进行筛分，较大颗粒继续进入对辊破碎机进行破碎，较小颗粒输送至整形制砂机进行细破、强度优选、磨圆处理，获得石英砂颗粒；

(3)细破整形后的石英砂颗粒通过复合风力分选机进行初步分级，粒径为1-0.106mm的颗粒进入筛分步骤；

(4)粒径为1-0.106mm的石英砂颗粒进入摇摆筛进行精细筛分，最后分级成粒径分别为850-425μm，600-300μm，425-212μm，212-106μm四种规格支撑剂成品。

2.根据权利要求1所述的制备工艺，其特征在于，所述步骤(1)中将粒径不大于1000mm的矿石输送至预先设定出料粒度不大于10mm的单段破碎机内，将矿石粒径粉碎至10mm以下。

3.根据权利要求2所述的制备工艺，其特征在于，所述步骤(1)中粒径粉碎至10mm以下的矿石提升至暂存仓，再进入预先设定处理粒径不大于4mm的对辊破碎机。

4.根据权利要求1所述的制备工艺，其特征在于，所述步骤(2)中粒径大于3mm的颗粒继续进入对辊破碎机进行破碎，粒径不大于3mm的颗粒输送至整形制砂机进行细破、强度优选、磨圆处理，获得石英砂颗粒。

5.根据权利要求1所述的制备工艺，其特征在于，所述步骤(2)中整形制砂机，包括与整形箱(1)上下端连通的入料口(2)和第一出料口(15)，所述整形箱(1)内腔上下分为破碎腔(11)和整形腔(12)，所述破碎腔(11)中部设有与入料口(2)连通的转子(3)，且入料口(2)与转子(3)转动连接，所述转子(3)的两端分别设有与破碎腔(11)壁固接的撞击衬板(4)，所述整形腔(12)上端侧对称固接有第一导流板(5)，且第一导流板(5)下端设有与整形腔(12)壁转动连接的辊轮(6)，位于所述辊轮(6)下端的整形腔(12)的中部设有落料盘(7)，所述落料盘(7)下侧连接有减速箱(8)，所述整形箱(1)中部贯穿有传动轴(9)，所述传动轴(9)上端与转子(3)固接，且落料盘(7)通过减速箱(8)与传动轴(9)固接，所述整形箱(1)下端两侧均设有驱动电机(10)，两个所述驱动电机(10)分别通过两组传动组件与传动轴(9)传动连接。

6.根据权利要求5所述的制备工艺，其特征在于，所述入料口(2)形状呈喇叭形，且其横截面大的一端朝上；所述转子(3)为中空结构，且其表面沿周向等距、沿切线方向开设有与其内腔连通的出料缝(13)，且转子(3)上端固接有与入料口(2)连通的连接管(14)；所述传动组件包括适配的两组皮带轮和皮带。

7.根据权利要求5所述的制备工艺，其特征在于，所述第一出料口(15)下端连通有筛分箱(16)，所述筛分箱(16)下端设有第二出料口(20)且第二出料口(20)的上端两侧均设有与筛分箱(16)内腔固接的第二导流板(18)，所述筛分箱(16)内腔等距固接有三组筛分板(17)，且三组筛分板(17)孔径从上到下依次减小，且每个筛分板(17)的端部均设有出料管口(19)；三组所述筛分板(17)均为往下倾斜式安装，且出料管口(19)位于筛分板(17)下端的上侧。

8.根据权利要求5所述的制备工艺，其特征在于，所述第一导流板(5)为向整形箱(1)中轴线倾斜的三角形导板；所述辊轮(6)为喇叭形，且其横截面大的一端靠近整形箱(1)内壁一端；所述整形箱(1)表面设有检修门；所述检修门通过密封条与整形箱(1)密封连接。

9.根据权利要求1所述的制备工艺，其特征在于，所述步骤(2)中整形制砂机转子旋转速度1500-3000r/min；优选为2000r/min。

10.根据权利要求1所述的制备工艺，其特征在于，所述步骤(3)中初步分级后粒径大于1mm的颗粒返回整形制砂机。

11.根据权利要求10所述的制备工艺，其特征在于，所述步骤(3)中初步分级后粒径小于0.106mm的颗粒进行除铁然后经陶瓷磨生产副产品石英粉。

12.根据权利要求1所述的制备工艺，其特征在于，所述破碎、制砂、筛分环节产生的粉尘均采用除尘器收集后进行除铁，然后磨细制作成石英粉。

13.如权利要求1-12任一项所述制备工艺获得的石油压裂支撑剂。

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