CN115991989A - 一种导电地层支撑剂颗粒及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种导电地层支撑剂颗粒及其制备方法和应用，所述导电地层支撑剂颗粒包括固体颗粒以及包裹在所述固体颗粒表面的导电涂层，其中，所述固体颗粒通过包括铝土矿粉、粘土矿粉和成球助剂的第一原料体系制得，所述导电涂层通过包括导电材料的第二原料体系制得。本发明所提供的支撑剂颗粒能够满足电磁条件下的探测需求，完全取代了常规支撑剂颗粒的填料和制作方法，相比常规的陶粒、石英砂、覆膜砂等产品，大幅度提高支撑剂的导电性能，能满足不同探测目的的需要。
Description
技术领域
本发明涉及石油勘探开发技术领域，具体涉及一种导电地层支撑剂颗粒及其制备方法和应用。
背景技术
CN201680060281.7公开了一种导电支撑剂及其制造和使用方法。利用含有水、粘合剂、和含氧化铝原料的浆料雾化成液滴，并且用液滴涂覆含氧化铝的种子以形成多个生球团，生球团与包含至少一种催化活性材料的接触活化、烧结经活化的生球团以获取多个支撑剂颗粒,使多个支撑剂颗粒与含有一种或多种导电材料的镀液接触，以提供导电支撑剂颗粒。
CN201910217438.8公开了一种导电支撑剂及其制备方法。该方法为向经化学改性的混合粉体材料中加入热固性树脂粘合剂和有机溶剂，进行粘合造粒，在粘合造粒后期加入导电粉体材料，得到颗粒；将所述颗粒进行干燥、固化、冷却、过筛，得到支撑剂。
刘恩洋在《漂珠/镁合金复合材料可溶压裂球的制备及组织性能研究》中公开了采用搅拌铸造法制备了漂珠/镁合金复合材料可溶压裂球。影响漂珠/镁合金复合材料溶解速率的合金元素的主次顺序为:Al＞Zn＞Ni＞Cu，最优合金成分为:Al15％，Zn 6％，Cu1.5％，Ni 1％(质量分数)。
宁天明在《炭黑/聚苯烯复合微球的制备与性能研究》中公开了以苯乙烯为单体，炭黑为填料，二乙烯基苯为交联剂，通过原位悬浮聚合法制备了CB/PS复合微球。同时使用可发性聚苯乙烯(EPS)与苯乙烯混合悬浮聚合法制备了PS微球。
石油压裂支撑剂是一种陶瓷颗粒产品，具有很高的压裂强度，主要用于油田井下支撑，以增加石油天然气的产量，属环保产品。石油压裂支撑剂主要成为偏铝硅酸盐，为粒径为5～25mm的圆形或椭圆形球体，表面深褐色、粗糙多微孔，颗粒粒径可根据不同要求生产。传统制备过程对于高岭土、铝矾土资源需求较大，焙烧温度高，需要在1300℃下焙烧，生产成本较高，且制备的支撑剂破损率较高。
发明内容
支撑剂目前包含陶粒、石英砂、覆膜砂等产品，具有很高的抗压强度，主要用于油田井下支撑，以增加石油天然气的产量。石油压裂支撑剂通常以黏土、石英石为主要生产原料，经破碎、配料、成球、高温烧制、筛分等一系列工艺加工而成的粒状材料。传统制备过程利用高岭土、铝矾土、石英石等资源，不仅生产成本较高、制备的支撑剂破损率较高，而且不满足特殊生产性能的支撑需求，导电性能差。为了满足电磁条件下的探测需求，本发明的目的之一在于提供一种导电地层支撑剂颗粒，有利于快速确定地下支撑剂的分布空间和分布位置。
本发明的目的之二在于提供一种与目的之一相对应的支撑剂颗粒的制备方法。
本发明的目的之三在于提供一种与上述目的相对应的支撑剂颗粒的应用。
为实现上述目的之一，本发明采取的技术方案如下：
一种导电地层支撑剂颗粒，包括固体颗粒以及包裹在所述固体颗粒表面的导电涂层，其中，所述固体颗粒通过包括铝土矿粉、粘土矿粉和成球助剂的第一原料体系制得，所述导电涂层通过包括导电材料的第二原料体系制得。
在本发明的一些优选的实施方式中，所述导电材料选自黄铁矿、氧化锰、氧化镁、氧化钙、氧化钾、氧化铜、氧化铁和氧化铝中的至少一种。
在本发明的一些优选的实施方式中，所述固体颗粒具有球体或类球体结构；和/或所述导电涂层的厚度为5～200nm；和/或所述支撑剂颗粒的粒径为20～240μm。
在本发明的一些优选的实施方式中，所述支撑剂颗粒的比重为1.5～2.8g/cm3；和/或所述支撑剂颗粒的电导率为10～100S/m。
在本发明的一些优选的实施方式中，所述铝土矿粉的平均粒径为10～240μm；和/或比重为2.3～2.5g/cm3。
在本发明的一些优选的实施方式中，所述粘土矿粉的平均粒径为20～200μm；和/或比重为1.5～1.9g/cm3；和/或所述粘土矿粉选自高岭石、伊利石、绿泥石和蒙脱石中的一种或多种。
在本发明的一些优选的实施方式中，所述成球助剂选自石灰、聚酰胺和x乙烯y胺中的一种或多种，其中，所述x乙烯y胺中x为1、2或3，y为1、2、3或4。
在本发明的一些优选的实施方式中，所述导电材料的平均粒径为20～240μm；和/或比重为2.5～2.8g/cm3。
在本发明的一些优选的实施方式中，以所述第一原料体系和所述第二原料体系的总重量为100重量份计，所述铝土矿粉的用量为60～90重量份；所述粘土矿粉的用量为1～2重量份；所述成球助剂的用量为2～3重量份；所述导电材料的用量为5～30重量份。
为实现上述目的之二，本发明采取的技术方案如下：
一种上述实施方式中任一项所述的支撑剂颗粒的制备方法，包括：
S1.将包含所述铝土矿粉和所述粘土矿粉的物料进行成球处理，制得第一固体颗粒；
S2.将所述第一固体颗粒与所述成球助剂混合，并对混合后的物料进行第一焙烧处理，制得第二固体颗粒；
S3.使所述导电材料形成在所述第二固体颗粒的表面，制得第三固体颗粒；
S4.对所述第三固体颗粒进行第二焙烧处理，制得所述支撑剂颗粒。
根据本发明，所述制备方法中，在涉及到物料的混合操作时，可以采用搅拌的方式以使物料的混合更加均匀。搅拌为本领域的常规操作方式，本发明并无特殊要求。在一些具体的实施方式中，搅拌的时间可以是30～80min。
在本发明的一些优选的实施方式中，步骤S2中，所述第一焙烧处理的条件包括：温度为1200℃～1800℃，时间为0.5～1h。
在本发明的一些优选的实施方式中，步骤S4中，所述第二焙烧处理的条件包括：温度为1000℃～1300℃，时间为1～3h。
根据本发明，步骤S4中，所述第二焙烧处理的条件在上述范围内有利于使得固体颗粒保持良好的颗粒完整性。
在本发明的一些优选的实施方式中，步骤S3中，对所述第三固体颗粒进行筛分，使满足粒径要求的颗粒进行步骤S4，且将不满足粒径要求的颗粒返回至步骤S1，优选地，所述粒径要求为：粒径范围在20～240μm。
在本发明的一些优选的实施方式中，步骤S1中，所述成球处理在制粒机中进行，优选在球型颗粒制粒机或类球型颗粒制粒机中进行。
在本发明的一些优选的实施方式中，步骤S3中，所述使熔融态的所述导电材料形成在所述第二固体颗粒的表面。
根据本发明，熔融态导电材料的温度范围根据导电材料种类的不同而变化，本发明并不意欲对此进行过多限制。示例性地，当导电材料为黄铁矿时，熔融态的黄铁矿的温度为1350℃～1450℃，当导电材料为氧化锰时，熔融态的氧化锰的温度为1250℃～1350℃。
在本发明的一些优选的实施方式中，步骤S4中，所述第二焙烧处理在回转窑中进行。
根据本发明，回转窑转速为1～5min/圈。
为实现上述目的之三，本发明采取的技术方案如下：
一种上述实施方式中任一项所述的支撑剂颗粒或根据上述实施方式中任一项所述的制备方法制得的支撑剂颗粒在石油勘探开发中作为井下支撑剂颗粒的应用。
本发明的有益效果至少在于：本发明创造性的采用了铝土矿材料，结合其他组分，辅以特定的比例和配方，完全取代了常规支撑剂颗粒的填料和制作方法，相比常规的陶粒、石英砂、覆膜砂等产品，大幅度提高支撑剂的导电性能，能满足不同探测目的的需要。
附图说明
图1是本发明一实施方式的工艺流程图。
图2是本发明实施例1制得的导电支撑剂的照片。
图3是本发明实施例2制得的导电支撑剂的照片。
图4是本发明实施例3制得的导电支撑剂的照片。
图5是本发明对比例1制得的导电支撑剂的照片。
图6是本发明对比例3制得的导电支撑剂的照片。
具体实施方式
以下通过实施例对本发明进行详细说明，但本发明的保护范围并不限于下述说明。
实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购途径获得的常规产品。
下述实施方式中，若无特殊说明，则采用的铝土矿的原产地为山东省淄博市；采用的粘土矿为粉碎后半径为30-60um的粘土，其包括质量比为1:1的高岭石和伊利石；采用的黄铁矿的原产地为河北省怀来县。
实施例1
将比重为2.45g/cm3的铝土矿80份粉碎，得到15-80um半径的铝土矿颗粒，添加粉碎后的粘土矿2份，粘土包含高岭石和伊利石，进行混合搅拌，混合时间为60min。利用圆形制粒机制成球状颗粒后，添加成2份二乙烯三胺成球助剂，并进行初步进行焙烧，焙烧温度为1500-1600℃，焙烧时间为0.5小时。冷却后，对初步成球后颗粒添加到14份1400℃熔融态的黄铁矿中，搅拌混合，使成球颗粒表面形成20-120nm层厚的导电涂层。随后对颗粒进行筛分，得到10-120um半径的初始导电支撑剂材料。最后将球放入回转窑中，逐步升高温度到1200℃，焙烧时间为2小时，回转窑转速为2min/圈，得到比重为2.45-2.52g/cm3的导电支撑剂颗粒，该导电支撑及颗粒的电导率达到50S/m。
实施例2
将比重为2.45g/cm3的铝土矿85份粉碎，得到15-80um半径的铝土矿颗粒，添加粉碎后的粘土矿2份，粘土包含高岭石和伊利石，进行混合搅拌，混合时间为60min。利用圆形制粒机制成球状颗粒后，添加成2份二乙烯三胺成球助剂，并进行初步进行焙烧，焙烧温度为1500-1600℃，焙烧时间为0.5小时。冷却后，对初步成球后颗粒添加到11份1400℃熔融态的黄铁矿中，搅拌混合，使成球颗粒表面形成70-80nm层厚的导电涂层。随后对颗粒进行筛分，得到20-120um半径的初始导电支撑剂材料。最后将球放入回转窑中，逐步升高温度到1200℃，焙烧时间为2小时，回转窑转速为2min/圈，得到比重为2.45-2.51g/cm3的导电支撑剂颗粒，该导电支撑及颗粒的电导率达到20S/m。
实施例3
本实施例与实施例1的区别仅在于，采用氧化锰替换黄铁矿作为导电材料形成涂层。具体地，
将比重为2.45g/cm3的铝土矿81份粉碎，得到15-80um半径的铝土矿颗粒，添加粉碎后的粘土矿2份，粘土包含高岭石和伊利石，进行混合搅拌，混合时间为60min。利用圆形制粒机制成球状颗粒后，添加成2份二乙烯三胺成球助剂，并进行初步进行焙烧，焙烧温度为1500-1600℃，焙烧时间为0.5小时。冷却后，对初步成球后颗粒添加到13份1300℃熔融态的氧化锰中，搅拌混合，使成球颗粒表面形成20-120nm层厚的导电涂层。随后对颗粒进行筛分，得到10-118um半径的初始导电支撑剂材料。最后将球放入回转窑中，逐步升高温度到1250℃，焙烧时间为2小时，回转窑转速为2min/圈，得到比重为2.45-2.55g/cm3的导电支撑剂颗粒，该导电支撑及颗粒的电导率达到41S/m。
对比例1
本实施例与实施例1的区别仅在于，在导电支撑剂涂层的制备过程中没有采用粘土矿。将比重为2.45g/cm3的铝土矿82份粉碎，得到15-80um半径的铝土矿颗粒。利用圆形制粒机制成球状颗粒后，添加成2份二乙烯三胺成球助剂，并进行初步进行焙烧，焙烧温度为1500-1600℃，焙烧时间为0.5小时。冷却后，对初步成球后颗粒添加到14份1400℃熔融态的黄铁矿中，搅拌混合，使成球颗粒表面形成20-120nm层厚的导电涂层。随后对颗粒进行筛分，得到10-100um半径的初始导电支撑剂材料。最后将球放入回转窑中，逐步升高温度到1200℃，焙烧时间为2小时，回转窑转速为2min/圈，得到比重为2.48-2.65g/cm3的导电支撑剂颗粒，该导电支撑及颗粒的电导率达到48S/m。
对比例2
本实施例与实施例1的区别仅在于，在导电支撑剂涂层的制备过程中没有采用导电层。
将比重为2.45g/cm3的铝土矿85份粉碎，得到15-80um半径的铝土矿颗粒，添加粉碎后的粘土矿13份，粘土包含高岭石和伊利石，进行混合搅拌，混合时间为60min。利用圆形制粒机制成球状颗粒后，添加成2份二乙烯三胺成球助剂，并进行初步进行焙烧，焙烧温度为1500-1600℃，焙烧时间为0.5小时。冷却后，对颗粒进行筛分，得到20-120um半径的常规支撑剂材料。最后将球放入回转窑中，逐步升高温度到1200℃，焙烧时间为2小时，回转窑转速为2min/圈，得到比重为2.42-2.45g/cm3的导电支撑剂颗粒，该导电支撑及颗粒的电导率达到0.08S/m。
对比例3
将市售的河北省某公司石英砂支撑剂添加到14份1400℃熔融态的黄铁矿中，搅拌混合，使该支撑剂表面形成20-120nm层厚的导电涂层。随后对颗粒进行筛分，得到10-120um半径的初始导电支撑剂材料。最后将球放入回转窑中，逐步升高温度到1200℃，焙烧时间为2小时，回转窑转速为2min/圈，得到比重2.35-2.46g/cm3的导电支撑剂颗粒，该导电支撑及颗粒的电导率达到5S/m。
然而，所制得的支撑剂颗粒还具有电导率偏低的缺陷。
应当注意的是，以上所述的实施例仅用于解释本发明，并不构成对本发明的任何限制。通过参照典型实施例对本发明进行了描述，但应当理解为其中所用的词语为描述性和解释性词汇，而不是限定性词汇。可以按规定在本发明权利要求的范围内对本发明作出修改，以及在不背离本发明的范围和精神内对本发明进行修订。尽管其中描述的本发明涉及特定的方法、材料和实施例，但是并不意味着本发明限于其中公开的特定例，相反，本发明可扩展至其他所有具有相同功能的方法和应用。
Claims (10)
1.一种导电地层支撑剂颗粒，包括固体颗粒以及包裹在所述固体颗粒表面的导电涂层，其中，所述固体颗粒通过包括铝土矿粉、粘土矿粉和成球助剂的第一原料体系制得，所述导电涂层通过包括导电材料的第二原料体系制得，优选地，所述导电材料选自黄铁矿、氧化锰、氧化镁、氧化钙、氧化钾、氧化铜、氧化铁和氧化铝中的至少一种。
2.根据权利要求1所述的支撑剂颗粒，其特征在于，所述固体颗粒具有球体或类球体结构；和/或所述导电涂层的厚度为5～200nm；和/或所述支撑剂颗粒的粒径为20～240μm。
3.根据权利要求1或2所述的支撑剂颗粒，其特征在于，所述支撑剂颗粒的比重为1.5～2.8g/cm3；和/或所述支撑剂颗粒的电导率为10～100S/m。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的支撑剂颗粒，其特征在于，所述铝土矿粉的平均粒径为10～240μm；和/或比重为2.3～2.5g/cm3；和/或
所述粘土矿粉的平均粒径为20～200μm；和/或比重为1.5～1.9g/cm3；和/或所述粘土矿粉选自高岭石、伊利石、绿泥石和蒙脱石中的一种或多种；和/或
所述成球助剂选自石灰、聚酰胺和x乙烯y胺中的一种或多种，其中，所述x乙烯y胺中x为1、2或3，y为1、2、3或4；和/或
所述导电材料的平均粒径为20～240μm；和/或比重为2.5～2.8g/cm3。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的支撑剂颗粒，其特征在于，以所述第一原料体系和所述第二原料体系的总重量为100重量份计，所述铝土矿粉的用量为60～90重量份；所述粘土矿粉的用量为1～2重量份；所述成球助剂的用量为2～3重量份；所述导电材料的用量为5～30重量份。
6.一种权利要求1-5中任一项所述的支撑剂颗粒的制备方法，包括：
S1.将包含所述铝土矿粉和所述粘土矿粉的物料进行成球处理，制得第一固体颗粒；
S2.将所述第一固体颗粒与所述成球助剂混合，并对混合后的物料进行第一焙烧处理，制得第二固体颗粒；
S3.使所述导电材料形成在所述第二固体颗粒的表面，制得第三固体颗粒；
S4.对所述第三固体颗粒进行第二焙烧处理，制得所述支撑剂颗粒。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，步骤S2中，所述第一焙烧处理的条件包括：温度为1200℃～1800℃，时间为0.5～1h；和/或
步骤S4中，所述第二焙烧处理的条件包括：温度为1000℃～1300℃，时间为1～3h。
8.根据权利要求6或7所述的制备方法，其特征在于，步骤S3中，对所述第三固体颗粒进行筛分，使满足粒径要求的颗粒进行步骤S4，且将不满足粒径要求的颗粒返回至步骤S1，优选地，所述粒径要求为：粒径范围在20～240μm。
9.根据权利要求6-8中任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤S1中，所述成球处理在制粒机中进行，优选在球型颗粒制粒机或类球型颗粒制粒机中进行；和/或步骤S3中，所述使熔融态的所述导电材料形成在所述第二固体颗粒的表面；和/或步骤S4中，所述第二焙烧处理在回转窑中进行。
10.一种权利要求1-5中任一项所述的支撑剂颗粒或根据权利要求6-9中任一项所述的制备方法制得的支撑剂颗粒在石油勘探开发中作为井下支撑剂颗粒的应用。
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