CN115404069A - 一种采用尾矿废料制备的压裂支撑剂及其生产系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及压裂支撑剂技术领域，尤其为一种采用尾矿废料制备的压裂支撑剂及其生产系统，该压裂支撑剂采用尾矿废料制备而成，尾矿废料经过鄂破机一破、二破后形成细小的块料，将块料和添加剂一同加入到球磨机中磨成粉料，然后经过选粉机选粉，合格的粉料经过进一步混合后被输送到成球造粒机中制粒，制成的半成品粒经过筛分和烘干后进入高温回转窑进行烧制；生产系统包括鄂破机、球磨机、选粉机、成球造粒机、筛分机、烘干机以及高温回转窑。本发明解决了现有的压裂支撑剂采用高品铝矾土作为生产原料成本无法降低的问题，同时改进其对应的生产系统，以保证生产出的压裂支撑剂产品具有良好的性能。

Description

一种采用尾矿废料制备的压裂支撑剂及其生产系统
技术领域
本发明涉及压裂支撑剂技术领域，具体为一种采用尾矿废料制备的压裂支撑剂及其生产系统。
背景技术
石油压裂支撑剂是在石油天然气开采过程中，用于高闭合压力低渗透性矿床压裂处理，从而使含油气岩层裂开，油气从裂缝形成的通道中汇集而出，压裂支撑剂材料随同高压溶液进入地层填充在岩石裂缝中，起到支撑裂缝不因应力释放而闭合的作用，从而保持油气的高导流能力，使油气畅通，产量增加，压裂支撑剂广泛用于石油天然气的开采中，提高了石油天然气的产量，并且支撑地面不下陷。
目前石油压裂支撑剂是高品位铝矾土等为主要原料，经过破碎、磨粉、制粒、煅烧、筛分等一系列工艺制作而成的石油深井闭合压裂材料，高品位铝矾土的价格较高，导致石油压裂支撑剂制造成本无法降低，石油压裂支撑剂无法广泛制造。采用尾矿废料作为原料来制备压裂支撑剂，既能够解决尾矿废料回收利用成本高、容易污染环境的问题，还能够有效降低压裂支撑剂的生产成本。
发明内容
本发明的目的在于提供一种采用尾矿废料制备的压裂支撑剂及其生产系统，以解决压裂支撑剂生产成本高的问题，同时改进其对应的生产系统，以保证生产出的压裂支撑剂产品具有良好的性能。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种采用尾矿废料制备的压裂支撑剂，采用尾矿废料制备而成，尾矿废料经过鄂破机一破、二破后形成细小的块料，将块料和添加剂一同加入到球磨机中磨成粉料，然后经过选粉机选粉，合格的粉料经过进一步混合后被输送到成球造粒机中制粒，制成的半成品粒经过筛分和烘干后进入高温回转窑进行烧制；尾矿废料中的原料质量组分（质量百分比）：铝矾土45-55%、熟铝石25-35%、赤泥8-12%、重晶石2-4%、白云石1-3%、铁矿石4-6%。
一种采用尾矿废料制备压裂支撑剂的生产系统，包括鄂破机、球磨机、选粉机、成球造粒机、筛分机、烘干机以及高温回转窑，每个加工工序之间均通过输送带输送原料，所述球磨机为湿式球磨机，所述高温回转窑为分段式回转窑。
作为本发明优选的方案，所述球磨机的具体操作步骤为：将鄂破后的块料与添加剂一同加入到球磨机中研磨，当混合物颗粒的粒径被研磨至250目～400目时，向球磨机中加入硫酸钠、硫铝酸盐水泥、二氧化锰、碳酸钡、吸水膨胀橡胶颗粒、减水剂、羟甲基纤维素钠后，进行无重力混料搅拌研磨，直至球磨机内的物料粒径被研磨至450目～500目时，将混合物料输出。
作为本发明优选的方案，所述成球造粒机的具体操作步骤为：将混合物料送入成球造粒机中，启动成球造粒机并间歇性向内喷入水雾，当成球造粒机内出现母球后，向成球造粒机中间歇交替加入干粉和水雾，使母球逐渐达到规定的尺寸，取出成球后的母球颗粒，使用筛网进行筛选，将筛选下来的不合格的母球颗粒粉碎后再投入成球造粒机中参与成球。
作为本发明优选的方案，所述高温回转窑具体操作步骤为：将母球颗粒送入高温回转窑内，先在高温回转窑尾段烘干30分钟，在烘干时，在高温回转窑尾段设置并启动大型电磁铁，大型电磁铁每隔3min～5min通入正向电流8s～10s，接着在高温回转窑中后部预热1小时，同时将大型电磁铁移动至高温回转窑中后部，启动大型电磁铁，大型电磁铁每隔10min～15min通入反向电流20s～30s，最后在高温回转窑前部高温区煅烧1小时，同时将大型电磁铁移动至高温回转窑前部，启动大型电磁铁，大型电磁铁每隔5min～8min通入正向电流3s～5s，煅烧后得到压裂支撑剂成品，将压裂支撑剂成品自然空冷至室温后取出。
作为本发明优选的方案，所述添加剂由固化剂、氧化铝、铝矾土、煤矸石以及赤泥按照质量比为1∶2∶1∶2∶1混合制成，固化剂由粉煤灰、高岭土以及聚二甲基二烯丙基氯化铵按照质量比为7∶8∶10混合制成，减水剂为三聚氰胺。
作为本发明优选的方案，所述干粉由高温氧化铝收尘粉、含钠氧化铝粉体废料及锂辉石颗粒混合制成，干粉和水雾交替加入时的质量比为1∶1.5。
作为本发明优选的方案，所述高温氧化铝收尘粉为高温氧化铝粉体生产时收集的废尘粉体，含钠氧化铝粉体废料内钠的质量分数为0.5wt%～1.5wt%，锂辉石的含锂量为3wt%-4wt%。
作为本发明优选的方案，所述回转窑尾段烘干温度为100℃～150℃，高温回转窑中后部预热温度为300℃～400℃，高温回转窑前部高温区煅烧温度为1100℃～1200℃，回转窑转速为0.25r/min～0.67r/min。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明中，通过将鄂破后的尾矿废料与添加剂一同加入到球磨机中研磨研磨处理，将研磨后的混合物料送入成球造粒机中，启动成球造粒机并间歇性向内喷入水雾，当成球造粒机内出现母球后，向成球造粒机中间歇交替加入干粉和水雾，使母球逐渐达到规定的尺寸，取出成球后的母球颗粒，将尺寸合格的母球颗粒送入高温回转窑内，先在高温回转窑尾段烘干，在烘干时，在高温回转窑尾段设置并启动大型电磁铁，大型电磁铁通入正向电流，接着在高温回转窑中后部预热，同时将大型电磁铁移动至高温回转窑中后部，大型电磁铁通入反向电流，最后在高温回转窑前部高温区煅烧，同时将大型电磁铁移动至高温回转窑前部，启动大型电磁铁，大型电磁铁通入正向电流，煅烧后得到压裂支撑剂成品，将压裂支撑剂成品自然空冷至室温后取出，使用尾矿废料作为主要原料，减少了高品位铝矾土的使用量，降低了制造成本，提高经济效益，同时氧化铝在高温煅烧时会与SiO2发生反应， 生成α－刚玉， 提高压裂支撑剂的抗压强度，同时通过电磁铁产生的磁场对煅烧时高温产生的玻璃相进行频繁变相磁化，使玻璃相形成强度更高的大量排列较为有序的微晶形态，并且互相搭桥重新构造内部腔隙，进一步提高了压裂支撑剂的整体强度，同时煤矸石在高温条件下生成的气体，能够在Al2O3晶体中产生微小气孔，降低了支撑剂的体积密度，锂辉石尾矿中的锂及氧化铝粉体废料及收尘粉中的钠的助熔作用下，在支撑剂烧成时形成液相，利用收尘粉颗粒细，氧化铝含量高的特点，增加液相的黏度，有利于密封住煤矸石燃烧产生的气体，在降低制造成本的同时能够有效地提高成品的强度。
附图说明
图1为本发明正视图。
图中：1、球磨机；2、成球造粒机；3、高温回转窑；4、输送带。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述，给出了本发明的若干实施例，但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例，相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容更加透彻全面。
需要说明的是，当元件被称为“固设于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件，当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件，本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同，本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明，本文所使用的术语“及／或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
实施例1：一种采用尾矿废料制备的压裂支撑剂，采用尾矿废料制备而成，尾矿废料经过鄂破机一破、二破后形成细小的块料，将块料和添加剂一同加入到球磨机中磨成粉料，然后经过选粉机选粉，合格的粉料经过进一步混合后被输送到成球造粒机中制粒，制成的半成品粒经过筛分和烘干后进入高温回转窑进行烧制；尾矿废料中的原料质量组分：铝矾土45-55%、熟铝石25-35%、赤泥8-12%、重晶石2-4%、白云石1-3%、铁矿石4-6%。
实施例2：一种采用尾矿废料制备压裂支撑剂的生产系统，请参阅图1，包括鄂破机、球磨机1、选粉机、成球造粒机2、筛分机、烘干机以及高温回转窑3，每个加工工序之间均通过输送带4输送原料，球磨机1为湿式球磨机，高温回转窑3为分段式回转窑。
进一步的，球磨机1的具体操作步骤为：将鄂破后的块料与添加剂一同加入到球磨机中研磨，当混合物颗粒的粒径被研磨至250目～400目时，向球磨机1中加入硫酸钠、硫铝酸盐水泥、二氧化锰、碳酸钡、吸水膨胀橡胶颗粒、减水剂、羟甲基纤维素钠后，进行无重力混料搅拌研磨，直至球磨机1内的物料粒径被研磨至450目～500目时，将混合物料输出。其中，添加剂由固化剂、氧化铝、铝矾土、煤矸石以及赤泥按照质量比为1∶2∶1∶2∶1混合制成，固化剂由粉煤灰、高岭土以及聚二甲基二烯丙基氯化铵按照质量比为7∶8∶10混合制成，减水剂为三聚氰胺。
进一步的，成球造粒机2的具体操作步骤为：将混合物料送入成球造粒机2中，启动成球造粒机2并间歇性向内喷入水雾，当成球造粒机2内出现母球后，向成球造粒机2中间歇交替加入干粉和水雾，使母球逐渐达到规定的尺寸，取出成球后的母球颗粒，使用筛网进行筛选，将筛选下来的不合格的母球颗粒粉碎后再投入成球造粒机2中参与成球。干粉由高温氧化铝收尘粉、含钠氧化铝粉体废料及锂辉石颗粒混合制成，干粉和水雾交替加入时的质量比为1∶1.5。高温氧化铝收尘粉为高温氧化铝粉体生产时收集的废尘粉体，含钠氧化铝粉体废料内钠的质量分数为0.5wt%～1.5wt%，锂辉石的含锂量为3wt%-4wt%。
进一步的，高温回转窑3具体操作步骤为：将母球颗粒送入高温回转窑3内，先在高温回转窑3尾段烘干30分钟，在烘干时，在高温回转窑1尾段设置并启动大型电磁铁，大型电磁铁每隔3min～5min通入正向电流8s～10s，接着在高温回转窑3中后部预热1小时，同时将大型电磁铁移动至高温回转窑3中后部，启动大型电磁铁，大型电磁铁每隔10min～15min通入反向电流20s～30s，最后在高温回转窑3前部高温区煅烧1小时，同时将大型电磁铁移动至高温回转窑3前部，启动大型电磁铁，大型电磁铁每隔5min～8min通入正向电流3s～5s，煅烧后得到压裂支撑剂成品，将压裂支撑剂成品自然空冷至室温后取出。回转窑尾段烘干温度为100℃～150℃，高温回转窑3中后部预热温度为300℃～400℃，高温回转窑3前部高温区煅烧温度为1100℃～1200℃，回转窑转速为0.25r/min～0.67r/min。
具体实施案例：
将鄂破后的块料与添加剂一同加入到球磨机中研磨，当混合物颗粒的粒径被研磨至250目时，向球磨机1中加入硫酸钠、硫铝酸盐水泥、二氧化锰、碳酸钡、吸水膨胀橡胶颗粒、减水剂、羟甲基纤维素钠后，减水剂为三聚氰胺，进行无重力混料搅拌研磨，直至球磨机1内的物料粒径被研磨至450目时，将混合物料输出；
将混合物料送入成球造粒机2中，启动成球造粒机2并间歇性向内喷入水雾，当成球造粒机2内出现母球后，向成球造粒机2中间歇交替加入干粉和水雾，干粉由高温氧化铝收尘粉、含钠氧化铝粉体废料及锂辉石颗粒混合制成，高温氧化铝收尘粉为高温氧化铝粉体生产时收集的废尘粉体，含钠氧化铝粉体废料内钠的质量分数为0.5wt%，锂辉石的含锂量为3wt%，干粉和水雾交替加入时的质量比为1∶1.5，使母球逐渐达到规定的尺寸，取出成球后的母球颗粒，使用筛网进行筛选，将筛选下来的不合格的母球颗粒粉碎后再投入成球造粒机2中参与成球。
将母球颗粒送入高温回转窑3内，回转窑转速为0.25r/min，先在高温回转窑3尾段烘干30分钟，回转窑尾段烘干温度为100℃，在烘干时，在高温回转窑1尾段设置并启动大型电磁铁，大型电磁铁每隔3min通入正向电流8s，接着在高温回转窑3中后部预热1小时，高温回转窑3中后部预热温度为300℃，同时将大型电磁铁移动至高温回转窑3中后部，启动大型电磁铁，大型电磁铁每隔10min通入反向电流20s，最后在高温回转窑3前部高温区煅烧1小时，高温回转窑3前部高温区煅烧温度为1200℃，同时将大型电磁铁移动至高温回转窑3前部，启动大型电磁铁，大型电磁铁每隔8min通入正向电流5s，煅烧后得到压裂支撑剂成品，将压裂支撑剂成品自然空冷至室温后取出。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (9)

1.一种采用尾矿废料制备压裂支撑剂，其特征在于，采用尾矿废料制备而成，尾矿废料经过鄂破机一破、二破后形成细小的块料，将块料和添加剂一同加入到球磨机（1）中磨成粉料，然后经过选粉机选粉，合格的粉料经过进一步混合后被输送到成球造粒机（2）中制粒，制成的半成品粒经过筛分和烘干后进入高温回转窑（3）进行烧制；尾矿废料中的原料质量组分：铝矾土45-55%、熟铝石25-35%、赤泥8-12%、重晶石2-4%、白云石1-3%、铁矿石4-6%。
2.一种采用尾矿废料制备压裂支撑剂的生产系统，其特征在于：包括鄂破机、球磨机（1）、选粉机、成球造粒机（2）、筛分机、烘干机以及高温回转窑（3），每个加工工序之间均通过输送带（4）输送原料，所述球磨机（1）为湿式球磨机，所述高温回转窑（3）为分段式回转窑。
3.根据权利要求2所述的一种采用尾矿废料制备压裂支撑剂的生产系统，其特征在于：所述球磨机（1）的具体操作步骤为：将鄂破后的块料与添加剂一同加入到球磨机中研磨，当混合物颗粒的粒径被研磨至250目～400目时，向球磨机（1）中加入硫酸钠、硫铝酸盐水泥、二氧化锰、碳酸钡、吸水膨胀橡胶颗粒、减水剂、羟甲基纤维素钠后，进行无重力混料搅拌研磨，直至球磨机（1）内的物料粒径被研磨至450目～500目时，将混合物料输出。
4.根据权利要求2所述的一种采用尾矿废料制备压裂支撑剂的生产系统，其特征在于：所述成球造粒机（2）的具体操作步骤为：将混合物料送入成球造粒机（2）中，启动成球造粒机（2）并间歇性向内喷入水雾，当成球造粒机（2）内出现母球后，向成球造粒机（2）中间歇交替加入干粉和水雾，使母球逐渐达到规定的尺寸，取出成球后的母球颗粒，使用筛网进行筛选，将筛选下来的不合格的母球颗粒粉碎后再投入成球造粒机（2）中参与成球。
5.根据权利要求2所述的一种采用尾矿废料制备压裂支撑剂的生产系统，其特征在于：所述高温回转窑（3）具体操作步骤为：将母球颗粒送入高温回转窑（3）内，先在高温回转窑（3）尾段烘干30分钟，在烘干时，在高温回转窑（1）尾段设置并启动大型电磁铁，大型电磁铁每隔3min～5min通入正向电流8s～10s，接着在高温回转窑（3）中后部预热1小时，同时将大型电磁铁移动至高温回转窑（3）中后部，启动大型电磁铁，大型电磁铁每隔10min～15min通入反向电流20s～30s，最后在高温回转窑（3）前部高温区煅烧1小时，同时将大型电磁铁移动至高温回转窑（3）前部，启动大型电磁铁，大型电磁铁每隔5min～8min通入正向电流3s～5s，煅烧后得到压裂支撑剂成品，将压裂支撑剂成品自然空冷至室温后取出。
6.根据权利要求3所述的一种采用尾矿废料制备压裂支撑剂的生产系统，其特征在于：所述添加剂由固化剂、氧化铝、铝矾土、煤矸石以及赤泥按照质量比为1∶2∶1∶2∶1混合制成，固化剂由粉煤灰、高岭土以及聚二甲基二烯丙基氯化铵按照质量比为7∶8∶10混合制成，减水剂为三聚氰胺。
7.根据权利要求4所述的一种采用尾矿废料制备压裂支撑剂的生产系统，其特征在于：所述干粉由高温氧化铝收尘粉、含钠氧化铝粉体废料及锂辉石颗粒混合制成，干粉和水雾交替加入时的质量比为1∶1.5。
8.根据权利要求4所述的一种采用尾矿废料制备压裂支撑剂的生产系统，其特征在于：所述高温氧化铝收尘粉为高温氧化铝粉体生产时收集的废尘粉体，含钠氧化铝粉体废料内钠的质量分数为0.5wt%～1.5wt%，锂辉石的含锂量为3wt%-4wt%。
9.根据权利要求5所述的一种采用尾矿废料制备压裂支撑剂的生产系统，其特征在于：所述高温回转窑（3）尾段烘干温度为100℃～150℃，高温回转窑（3）中后部预热温度为300℃～400℃，高温回转窑（3）前部高温区煅烧温度为1100℃～1200℃，回转窑转速为0.25r/min～0.67r/min。
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