CN115849936B - 以低铝高硅矿土为原材料的低密度陶粒支撑剂及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及压裂支撑剂技术领域，更具体而言，涉及以低铝高硅矿土为原材料的低密度陶粒支撑剂及制备方法。所述陶粒支撑剂原材料为新疆火烧岩、低铝煤矸石和低铝粉煤灰，与传统工艺相比，克服了现有技术中认为即使是使用低铝材料，也需要原材料铝含量大于30％才可制备陶粒支撑剂的偏见，本发明原材料中铝含量均低于20％，利用原材料中的高岭石、刚玉和莫来石等物质在1050℃～1110℃下充分发生物理化学反应，充分应用到原材料中杂质K、Na、Mg、Ca元素，生成稳定的具有高强结构晶相的物品；进一步对步骤S2和S3进行了改进，原材料超高细度的粒径组成使得产品更易于烧结，可以省略掉传统配方中的烧结助剂，从而省去了高额的助剂成本。
Description
技术领域
本发明涉及压裂支撑剂技术领域，更具体而言，涉及以低铝高硅矿土为原材料的低密度陶粒支撑剂及制备方法。
背景技术
压裂支撑剂是油(气)开采时水力压裂工艺技术所需要的必备支撑材料。在石油天然气深井开采时，高闭合压力低渗透性矿床经压裂处理后，使含油气岩层裂开，油气从裂缝形成的通道中汇集而出，此时需要流体注入岩石基层，以超过地层破裂强度的压力，使井筒周围岩层产生裂缝，形成一个具有高层流能力的通道，为保持压裂后形成的裂缝开启，油气产物能顺畅通过。用石油压裂支撑剂随同高压溶液进入地层充填在岩层裂隙中，起到支撑裂隙不因应力释放而闭合的作用，从而保持高导流能力，使油气畅通，增加产量。
现有技术中制备陶粒支撑剂多使用高铝含量的土矿为原材料，制备出的陶粒支撑剂产品抗压性强但其生产成本高，低铝含量的土矿为原材料制备的陶粒支撑剂需要使用大量的烧结助剂，成本高的同时产品抗压性却不高。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，使用工业废料为原材料制备一种新型低铝高硅陶粒支撑剂，为此，本发明的一个方面的目的在于，提供一种以低铝高硅矿土为原材料的低密度陶粒支撑剂，所述陶粒支撑剂原材料为新疆火烧岩、低铝煤矸石和低铝粉煤灰；所述新疆火烧岩含18.73％Al2O3、61.59％SiO2、4.82％Fe2O3、0.53％TiO2、3.33％MgO和0.26％CaO，烧矢量为0.91％；所述低铝煤矸石含15.68％Al2O3、67.30％SiO2、0.65％Fe2O3、0.21％TiO2和0.31％CaO，烧矢量为6.08％；所述低铝粉煤灰含18.00％Al2O3、56.67％SiO2、6.34％Fe2O3、0.44％TiO2、3.23％MgO和1.92％CaO，烧矢量为0.49％。
优选的，所述陶粒支撑剂原材料为新疆火烧岩、低铝煤矸石和低铝粉煤灰的质量比为30～50：20～30：20～50。
本发明的另一个方面的目的在于，提供一种以低铝高硅矿土为原材料的低密度陶粒支撑剂的制备方法，所述制备方法包括以下具体步骤：
S1.原材料配制：将原材料按配方混合得到混合材料；
S2.湿法球磨：将S1配制的混合材料与水混合后，置球磨机中湿磨制得浆料；
S3.浆料除铁：在浆料斜槽两端加置强磁棒，将S2中湿磨好的浆料通过斜槽导入浆池；通过使用强磁棒除铁的方式，将新疆火烧岩、低铝煤矸石和低铝粉煤灰混合材料中的Fe2O3杂质铁控制在2％以下，降低铁元素对产品烧成过程中的影响，使产品更易于烧结；
S4.干燥制粉料：用喷雾干燥的方式将浆池内除铁后浆料喷入特定空间内，利用空间内热空气对流将雾化后的浆料烘干成粉状，制得粉料；
S5.成球：在糖衣机上将S4制备的粉料制作成球种，随后在糖衣机中边加粉料边喷水，滚制得到形状圆滑的半成品坯体；
S6.筛选：用提升机将S5中制成的半成品坯体提升入滚筒筛中，过筛得到合适粒径的半成品；
S7.干燥：将S6中制得的半成品送入回转烘干机中烘干，利用热空气对流将半成品水分烘干；
S8.烧成：将S7中烘干后的半成品加入回转窑内烧成制得成品；
S9.抛光除粉：将S8中烧制的成品在带有磨盘的设备中互相摩擦挤压进行抛光，将成品表面黏附的突起物磨掉使其颗粒表面变得更加光滑，因为抛光处理过的成品中混杂中磨掉的细粉或很小的颗粒，利用鼓风机排风的相互作用将悬浮在空气中的将粉尘抽走。
优选的，所述S1中原材料配方为新疆火烧岩、低铝煤矸石和低铝粉煤灰，质量比为30～50：20～30：20～50；所述新疆火烧岩含18.73％Al2O3、61.59％SiO2、4.82％Fe2O3、0.53％TiO2、3.33％MgO和0.26％CaO，烧矢量为0.91％；所述低铝煤矸石含15.68％Al2O3、67.30％SiO2、0.65％Fe2O3、0.21％TiO2和0.31％CaO，烧矢量为6.08％；所述低铝粉煤灰含18.00％Al2O3、56.67％SiO2、6.34％Fe2O3、0.44％TiO2、3.23％MgO和1.92％CaO，烧矢量为0.49％。
优选的，所述S2中混合材料与水的质量比为3:2，湿磨20小时～30小时，材料粒度达至1000目～1500目之间。
优选的，所述S4中粉料水分＜2％。
优选的，所述S5中粉料与喷水量质量比为22:3，滚制时间为1小时～2小时，半成品坯体粒径为35目～50目。
优选的，所述S6中滚筒筛分为上筛和下筛，上筛筛网孔径为38目，下筛筛网孔径为45目，合适粒径为38目～45目。
优选的，所述S7中回转烘干机温度为220℃～300℃，风速为3m/s～6m/s，水分从10％烘干至1％。
优选的，所述S8中回转窑内温度为1100℃，风机风速为7m/s～10m/s，转速为280r/min～320r/min，使半成品保持在1050℃～1110℃烧制1.5小时。
本发明所具有的有益效果如下：
本发明通过步骤S2湿法球磨使得造粒粉细度可达1200目左右，远大于目前行业工艺中600目以内的造粒粉细度；通过步骤S3浆料除铁可以除去浆料配比中多余的铁元素杂质，以至于更加满足步骤S8中的烧成要求，避免了窑炉内结块、结圈的现象发生，更易于控制成品烧结。搭配以上两点，超高细度的造粒粉配合除铁工艺，使得最终烧结后的产品晶相发育更稳定、内部闭合空隙更少，大大提升了低铝高硅质陶粒的抗压强度，可达到69MPa，远高于目前行业内低铝高硅质陶粒52MPa的水平。
本发明与传统工艺相比，克服了现有技术中认为即使是使用低铝材料，也需要原材料铝含量大于30％才可制备陶粒支撑剂的偏见，本发明原材料新疆火烧岩、低铝煤矸石和低铝粉煤灰中铝含量均低于20％，本发明是利用原材料中的高岭石、刚玉和莫来石等物质在1050℃～1110℃下充分发生物理化学反应，并可以充分应用到原材料中的K、Na、Mg、Ca元素，生成稳定的具有高强结构晶相的物品；进一步对步骤S2和S3进行了改进，原材料超高细度的粒径组成使得产品更易于烧结，可以省略掉传统配方中的烧结助剂，从而省去了高额的助剂成本。
于此同时，本发明所选用的新疆火烧岩、低铝煤矸石和低铝粉煤灰均取自新疆克拉玛依当地的工业固废，不仅可省去大量的原材料费用还可以实现固废的再生，有效解决工业固废处理不当造成的污染问题；现有技术中使用的常规铝矾土约500元每吨，而本申请使用的新疆火烧岩、低铝煤矸石和低铝粉煤灰成本约100每吨；同时本发明的原料配比满足固定废弃物使用的退税比要求，在变废为宝实现工业固废循环再利用的同时还为企业带来可观的收益，具有很大的环保效益和经济效益。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合具体实施例对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于此描述的方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。
实施例一
S1.原材料配制：将新疆火烧岩、低铝煤矸石和低铝粉煤灰(所述新疆火烧岩含18.73％Al2O3、61.59％SiO2、4.82％Fe2O3、0.53％TiO2、3.33％MgO和0.26％CaO，烧矢量为0.91％；所述低铝煤矸石含15.68％Al2O3、67.30％SiO2、0.65％Fe2O3、0.21％TiO2和0.31％CaO，烧矢量为6.08％；所述低铝粉煤灰含18.00％Al2O3、56.67％SiO2、6.34％Fe2O3、0.44％TiO2、3.23％MgO和1.92％CaO，烧矢量为0.49％)按质量比为30：20：50混合得到混合材料；
S2.湿法球磨：将S1配制的混合材料与水(混合材料与水质量比为3:2)混合后，湿磨20小时，粒度达至1000目～1500目，置球磨机中湿磨制得浆料；
S3.浆料除铁：在浆料斜槽两端加置强磁棒，将S2中湿磨好的浆料通过斜槽导入浆池；
S4.干燥制粉料：用喷雾干燥的方式将浆池内除铁后浆料喷入特定空间内，利用空间内热空气对流将雾化后的浆料烘干成粉状，制得粉料，水分＜2％；
S5.成球：在糖衣机上将S4制备的粉料制作成球种，随后在糖衣机中边加粉料边喷水，粉料与喷水量质量比为22:3，滚制时间为1小时，滚制得到形状圆滑的粒径为35目～50目之间半成品坯体；
S6.筛选：用提升机将S5中制成的半成品坯体提升入滚筒筛中，滚筒筛分为上筛和下筛，将毛料中过粗的和过细的半成品筛除，上筛筛网孔径为38目，下筛筛网孔径为45目，过筛得到粒径为38目～45目之间的半成品；
S7.干燥：将S6中制得的半成品送入回转烘干机中烘干，转烘干机温度为220℃～300℃，风速为3m/s～6m/s，利用热空气对流将半成品水分从10％烘干至1％；
S8.烧成：将S7中烘干后的半成品加入回转窑内，回转窑内温度为1100℃，风机风速为7m/s～10m/s，转速为280r/min～320r/min，使半成品保持在1050℃～1110℃烧制1.5小时，烧成，制得成品；
S9.抛光除粉：将S8中烧制的成品在带有磨盘的设备中互相摩擦挤压进行抛光，将成品表面黏附的突起物磨掉使其颗粒表面变得更加光滑，因为抛光处理过的成品中混杂中磨掉的细粉或很小的颗粒，利用鼓风机排风的相互作用将悬浮在空气中的将粉尘抽走。
实施例二
S1.原材料配制：将新疆火烧岩、低铝煤矸石和低铝粉煤灰(所述新疆火烧岩含18.73％Al2O3、61.59％SiO2、4.82％Fe2O3、0.53％TiO2、3.33％MgO和0.26％CaO，烧矢量为0.91％；所述低铝煤矸石含15.68％Al2O3、67.30％SiO2、0.65％Fe2O3、0.21％TiO2和0.31％CaO，烧矢量为6.08％；所述低铝粉煤灰含18.00％Al2O3、56.67％SiO2、6.34％Fe2O3、0.44％TiO2、3.23％MgO和1.92％CaO，烧矢量为0.49％)按质量比为40：30：30混合得到混合材料；
S2.湿法球磨：将S1配制的混合材料与水(混合材料与水质量比为3:2)混合后，湿磨20小时，粒度达至1000目～1500目，置球磨机中湿磨制得浆料；
S3.浆料除铁：在浆料斜槽两端加置强磁棒，将S2中湿磨好的浆料通过斜槽导入浆池；
S4.干燥制粉料：用喷雾干燥的方式将浆池内除铁后浆料喷入特定空间内，利用空间内热空气对流将雾化后的浆料烘干成粉状，制得粉料，水分＜2％；
S5.成球：在糖衣机上将S4制备的粉料制作成球种，随后在糖衣机中边加粉料边喷水，粉料与喷水量质量比为22:3，滚制时间为1.5小时，滚制得到形状圆滑的粒径为35目～50目之间半成品坯体；
S6.筛选：用提升机将S5中制成的半成品坯体提升入滚筒筛中，滚筒筛分为上筛和下筛，将毛料中过粗的和过细的半成品筛除，上筛筛网孔径为38目，下筛筛网孔径为45目，过筛得到粒径为38目～45目之间的半成品；
S7.干燥：将S6中制得的半成品送入回转烘干机中烘干，转烘干机温度为220℃～300℃，风速为3m/s～6m/s，利用热空气对流将半成品水分从10％烘干至1％；
S8.烧成：将S7中烘干后的半成品加入回转窑内，回转窑内温度为1100℃，风机风速为7m/s～10m/s，转速为280r/min～320r/min，使半成品保持在1050℃～1110℃烧制1.5小时，烧成，制得成品；
S9.抛光除粉：将S8中烧制的成品在带有磨盘的设备中互相摩擦挤压进行抛光，将成品表面黏附的突起物磨掉使其颗粒表面变得更加光滑，因为抛光处理过的成品中混杂中磨掉的细粉或很小的颗粒，利用鼓风机排风的相互作用将悬浮在空气中的将粉尘抽走。
实施例三
S1.原材料配制：将新疆火烧岩、低铝煤矸石和低铝粉煤灰(所述新疆火烧岩含18.73％Al2O3、61.59％SiO2、4.82％Fe2O3、0.53％TiO2、3.33％MgO和0.26％CaO，烧矢量为0.91％；所述低铝煤矸石含15.68％Al2O3、67.30％SiO2、0.65％Fe2O3、0.21％TiO2和0.31％CaO，烧矢量为6.08％；所述低铝粉煤灰含18.00％Al2O3、56.67％SiO2、6.34％Fe2O3、0.44％TiO2、3.23％MgO和1.92％CaO，烧矢量为0.49％)按质量比为50：30：20混合得到混合材料；
S2.湿法球磨：将S1配制的混合材料与水(混合材料与水质量比为3:2)混合后，湿磨20小时，粒度达至1000目～1500目，置球磨机中湿磨制得浆料；
S3.浆料除铁：在浆料斜槽两端加置强磁棒，将S2中湿磨好的浆料通过斜槽导入浆池；
S4.干燥制粉料：用喷雾干燥的方式将浆池内除铁后浆料喷入特定空间内，利用空间内热空气对流将雾化后的浆料烘干成粉状，制得粉料，水分＜2％；
S5.成球：在糖衣机上将S4制备的粉料制作成球种，随后在糖衣机中边加粉料边喷水，粉料与喷水量质量比为22:3，滚制时间为2小时，滚制得到形状圆滑的粒径为35目～50目之间半成品坯体；
S6.筛选：用提升机将S5中制成的半成品坯体提升入滚筒筛中，滚筒筛分为上筛和下筛，将毛料中过粗的和过细的半成品筛除，上筛筛网孔径为38目，下筛筛网孔径为45目，过筛得到粒径为38目～45目之间的半成品；
S7.干燥：将S6中制得的半成品送入回转烘干机中烘干，转烘干机温度为220℃～300℃，风速为3m/s～6m/s，利用热空气对流将半成品水分从10％烘干至1％；
S8.烧成：将S7中烘干后的半成品加入回转窑内，回转窑内温度为1100℃，风机风速为7m/s～10m/s，转速为280r/min～320r/min，使半成品保持在1050℃～1110℃烧制1.5小时，烧成，制得成品；
S9.抛光除粉：将S8中烧制的成品在带有磨盘的设备中互相摩擦挤压进行抛光，将成品表面黏附的突起物磨掉使其颗粒表面变得更加光滑，因为抛光处理过的成品中混杂中磨掉的细粉或很小的颗粒，利用鼓风机排风的相互作用将悬浮在空气中的将粉尘抽走。
取实施例一至实施例三的产品进行检测结果如下表1所示
表1.实施例一至实施例三产品各项检测结果
以上所述仅为本发明优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明还可以有各种更改和变化。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 (6)
1.一种以低铝高硅矿土为原材料的低密度陶粒支撑剂的制备方法，其特征在于：所述制备方法包括以下具体步骤：
S1.原材料配制：将原材料按组成混合得到混合材料；
S2.湿法球磨：将S1配制的混合材料与水混合后，置球磨机中湿磨，制得浆料；
S3.浆料除铁：在浆料斜槽两端加置强磁棒，将S2中湿磨好的浆料通过斜槽导入浆池；
S4.干燥制粉料：用喷雾干燥的方式将浆池内除铁后浆料喷入特定空间内制得粉料；
S5.成球：在糖衣机上将S4制备的粉料制作成球种，随后在糖衣机中边加粉料边喷水，滚制得到形状圆滑的半成品坯体；
S6.筛选：用提升机将S5中制成的半成品坯体提升入滚筒筛中，过筛得到合适粒径的半成品；
S7.干燥：将S6中制得的半成品送入回转烘干机中烘干；
S8.烧成：将S7中烘干后的半成品加入回转窑内烧成制得成品；
S9.抛光除粉：将S8中烧制的成品在带有磨盘的设备中互相摩擦挤压进行抛光，利用鼓风机将粉尘抽走；
所述S2中混合材料与水的质量比为3:2，湿磨20小时～30小时，材料粒度达至1000目~1500目之间；
所述S1中原材料组成为新疆火烧岩、低铝煤矸石和低铝粉煤灰，质量比为30～50：20～30：20～50；所述新疆火烧岩含18.73%Al2O3、61.59%SiO2、4.82%Fe2O3、0.53%TiO2、3.33%MgO和0.26%CaO，烧失量为0.91%；所述低铝煤矸石含15.68%Al2O3、67.30%SiO2、0.65%Fe2O3、0.21%TiO2和0.31%CaO，烧失量为6.08%；所述低铝粉煤灰含18.00%Al2O3、56.67%SiO2、6.34%Fe2O3、0.44%TiO2、3.23%MgO和1.92%CaO，烧失量为0.49%。
2.根据权利要求1所述的一种以低铝高硅矿土为原材料的低密度陶粒支撑剂的制备方法，其特征在于：所述S4中粉料水分＜2%。
3.根据权利要求1所述的一种以低铝高硅矿土为原材料的低密度陶粒支撑剂的制备方法，其特征在于：所述S5中粉料与喷水量质量比为22:3，滚制时间为1小时～2小时，半成品坯体粒径为35目～50目。
4.根据权利要求1所述的一种以低铝高硅矿土为原材料的低密度陶粒支撑剂的制备方法，其特征在于：所述S6中滚筒筛分为上筛和下筛，上筛筛网孔径为38目，下筛筛网孔径为45目，合适粒径为38目～45目。
5.根据权利要求1所述的一种以低铝高硅矿土为原材料的低密度陶粒支撑剂的制备方法，其特征在于：所述S7中回转烘干机温度为220℃～300℃，风速为3m/s～6m/s，水分从10%烘干至1%。
6.根据权利要求1所述的一种以低铝高硅矿土为原材料的低密度陶粒支撑剂的制备方法，其特征在于：所述S8中回转窑内温度为1100℃，风机风速为7m/s～10m/s，转速为280r/min～320r/min，使半成品保持在1050℃～1110℃烧制1.5小时。
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| "新疆烧变岩开发天然轻集料初探";杨时元等;《砖瓦世界》(第10期);第41-42页 * |
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| CN115849936A (zh) | 2023-03-28 |
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