CN118308085A - 一种利用电厂灰渣制备的陶粒压裂支撑剂及其制备方法 - Google Patents
一种利用电厂灰渣制备的陶粒压裂支撑剂及其制备方法 Download PDFInfo
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Abstract
本申请公开了一种利用电厂灰渣制备的陶粒压裂支撑剂及其制备方法，涉及石油压裂支撑剂技术领域，一种利用电厂灰渣制备的陶粒压裂支撑剂，其包括如下重量份的原料制成，5~35重量份的灰渣、5~15重量份的粉煤灰、1~5重量份的软质粘土、30~55重量份的铝矾土、1~5重量份的锰粉、1~3重量份的白云石、1~3重量份的镁砂。本申请制得的陶粒压裂支撑剂具有较低的体积密度、视密度和较强的抗破碎能力。
Description
技术领域
本申请涉及石油压裂支撑剂技术领域，尤其是涉及一种利用电厂灰渣制备的陶粒压裂支撑剂及其制备方法。
背景技术
随着经济的发展，灰渣产量逐渐增大，如果处理不当，将严重污染环境，给人们的生活、动植物的生长等造成严重的危害。灰渣指燃煤中的矿物质在炉内燃烧而造成的高温作用下，经受了一定的物理化学变化后所形成的最终产物。灰渣是一种较重的物质,通常会沉积在锅炉的底部，因此也称为“锅炉渣”或“底渣”。而粉煤灰则是较轻的物质，在烟气中会较快地飘散，因此通常被称为“烟灰”。粉煤灰大部分为高度分散性的球状或微珠的集合体，与灰渣相比结合力较弱，抗压能力和磨损性能也较差，鉴于灰渣的化学成分及优异的力学、化学等性质，以灰渣为主要原料制备低成本、高性能的压裂支撑剂具有环境和经济双重经济效宜。
压裂支撑剂是石油开采中压裂增产技术的关键材料，其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，并保持压裂后形成的裂缝开启，使得油气产物能顺畅通过，从而提高石油开采的产量。
申请公布号为CN101560382A的中国发明专利申请公开了一种高强度陶粒支撑剂，其特征在于：按照重量份计算，它是由铝土矿粉100份、锰矿粉2～20份、钛精矿粉0.5～3份、膨润土3～10份和氧化镁1～5份制备而成。
该高强度陶粒支撑剂中采用的铝土矿粉中Al2O3的含量为85％或以上，虽然制得的陶粒支撑剂强度较高，抗破碎率较低，但是体密度、视密度及生产成本也较高，支撑剂由于密度较大，沉降速度快，极易在井筒附近沉降，对压裂液性能和泵送条件要求极高。因此，在保证支撑剂良好性能的情况下，对支撑剂提出了具备低密度高强度的特性要求。
发明内容
为了制得密度低、抗破碎能力强的支撑剂，本申请提供了一种利用电厂灰渣制备的陶粒压裂支撑剂及其制备方法。
本申请提供的一种利用电厂灰渣制备的陶粒压裂支撑剂，采用如下的技术方案：
一种利用电厂灰渣制备的陶粒压裂支撑剂，所述陶粒压裂支撑剂由包括如下重量份的原料制成，5～35重量份的灰渣、5～15重量份的粉煤灰、1～5重量份的软质粘土、30～55重量份的铝矾土、1～5重量份的锰粉、1～3重量份的白云石、1～3重量份的镁砂。
在本技术方案中，采用二氧化硅含量较高的灰渣和粉煤灰，不仅可以提高工业废料的利用率，同时可以提高减少工业废料对环境的污染，具有一定的环保作用。灰渣和粉煤灰作为工业废料，主要有Al2O3、SiO2、Fe2O3和TiO2等化学成分组合而成，其中SiO2的含量最高，占45％～60％，其次是Al2O3，占20％～30％。首先，灰渣和粉煤灰的质轻、烧失量较小，能够有效的降低支撑剂的密度；其次，灰渣和粉煤灰的主要成分与莫来石化学成分相近，采用灰渣、粉煤灰和铝矾土进行复配合成支撑剂，有助于节约资源，有利于保护环境。研磨后的灰渣具有较好的抗压强度、耐磨损性能和结合能力，且与铝矾土成分相似，更容易结合。粉煤灰的微粒结构具有较好的填充性，掺杂一定量的粉煤灰能够提高支撑剂的密实性。
软质粘土的加入能够增强支撑剂各组分之间的结合力，进而提高支撑剂的稳定性和抗破碎能力。锰粉能够使得铝矾土在较低的烧结温度下达到较高的强度。这主要是由于锰离子(四阶)的离子半径与刚玉相中铝离子(三阶)的离子半径较为接近，在高温下发生固熔反应，使得锰离子取代部分铝离子形成固溶体，同时锰离子与铝离子具有不同的化学价态，使得三氧化二铝产生晶格畸变形活化晶格，加快离子扩散速率，有效降低样品烧结温度，提高微液相流动性，使得支撑剂内部变得更加致密。此外，二氧化锰的成核能力强，能够有效提高样品在降温过程中的析晶能力，减少玻璃相的产生，从而提高支撑剂的强度。
白云石和镁砂的进一步加入，提高了烧结料中CaO和MgO含量，所以除原位生成良好的铁酸钙(CaO·FeO)液相系外，还产生新的钙镁橄榄石(CaO·MgO·SiO2)液相系，使液相数量增加，性质改变，具体表现为：液相由原来的分散相变为连续相；MgO渣化性好，易生成钙镁橄榄石，使游离CaO量减少，抑制了硅酸二钙(2CaO·SiO2)的生成；(3)若有硅酸二钙生成，又被连成一片的铁酸钙和钙镁橄榄石液相系所包裹，晶型转变受到限制。此外，由于钙镁橄榄石液相系的产生，会衍生出一些高熔点矿物，能够作为冷却时的结晶核心，从而减少玻璃相。因此，白云石和镁砂，不仅大大促进了固相反应的速度，而且加速了空隙的填充，促使样品致密化程度提高，同样可以提高支撑剂抗压强度和抗破碎能力。
优选的，所述灰渣使用前，先置于电热恒温干燥箱中在100-120℃条件下，干燥22～26h。
优选的，所述软质粘土、铝矾土为未经煅烧的生料。
优选的，所述铝矾土为高铁铝矾土，所述高铁铝矾土中Fe2O3的含量为22％～25％。
在高温条件下，高铁铝矾土经一次莫来石化和二次莫来石化合成莫来石晶胚，而后在晶胚结晶、发育、长大过程中，Fe3+/Ti4+置换并占据莫来石晶格中铝离子的四面体或八面体位置，形成含有Fe3+/Ti4+的莫来石。为维持电价平衡，四面体中部分的硅离子扩散迁移出晶格，进入周围硅酸盐相或者形成石英等结晶物相；同时，原晶格位置留下带负电的空位，进一步为Fe3+、Al3+、Ti4+等离子扩散、迁移至莫来石晶格提供通道，并加速莫来石的结晶、长大，进而形成的莫来石是由[AlO4]和[SiO4]四面体沿c轴无序排列组成双链，[AlO6]八面体连接双链，形成具有针状和柱状的晶体结构。莫来石矿物结构中，[AlO6]八面体链可以起到稳定骨架的支撑作用，这种组成和结构特征使莫来石耐磨损、抗氧化、低导热、高温蠕变小、低热膨胀系数和抗热震稳定性好。
优选的，所述铝矾土包括高品位铝矾土、低品位铝矾土，所述高品位铝矾土和低品位铝矾土的质量之比为2～3:4～5。
在Al2O3-SiO2系统中，唯一的稳定化合物就是莫来石(3Al2O3·2SiO2)，莫来石的理论组成的w(Al2O3)/w(SiO2)比为2.55。通过优化高品位铝矾土和低品位铝矾土的配比，当铝矾土中的Al2O3和SiO2的含量接近莫来石的理论组合时，烧结之后就容易形成以莫来石为主晶相的材料，该材料具有较好的高温力学性能和抗热震性，从而提高支撑剂的热稳定性和抗破碎能力。
优选的，所述原料还包括2～4重量份改良剂，所述改良剂为硅酸盐，所述硅酸盐为硅酸锌、硅酸钡中至少一种。
硅酸锌能够提高原材料烧结温度和烧结致密度,改善原材料的力学性能和化学稳定性；硅酸锌还可以调节原材料的热膨胀系数,减少高温下的热应力，减少晶体形变。在高烧结时，硅酸钡能够改善原材料密实度，减少气孔的产生，从而提高支撑剂的密实度和强度；硅酸钡还能够稳定支撑剂的结构和形状，减少变形和开裂的风险。
优选的，所述原料还包括2～4重量份烧结助剂，所述烧结助剂为非金属硼化物、三氧化铬、二氧化锆中至少一种。
通过采用上述技术方案，烧结助剂可以与烧结主体形成固溶体，改变晶格结构，促进颗粒间的结合，从而加速烧结过程。在液相中，扩散传质阻力较小，流动传质速率快，这有助于降低烧结温度并提高支撑剂的致密度。
优选的，所述非金属硼化物为硼酸、氮化硼中任意一种。
通过采用上述技术方案，硼酸分子中含有三个羟基，可以与金属氧化物或氢氧化物形成络合物，并参与氧化还原反应，从而改变熔点和粘度。硼酸烧结助剂在降低熔点的同时，增加了熔融物质的流动性，有助于杂质的去除。添加氮化硼可以显著提高Al2O3和SiO2烧结时的热稳定性，减少热膨胀和变形的问题，同时提高支撑剂的抵抗化学侵蚀的能力，减少被腐蚀的情况。
优选的，所述氮化硼为六方氮化硼。
优选的，所述原料还包括1～3重量份的煤沥青。
通过采用上述技术方案，煤沥青中含有大量的碳氢化合物，在高温下会发生分解和燃烧，产生的气体可以促进材料中的各个组成部分的烧结和致密化。这有助于提高材料的密度、硬度和强度，同时降低支撑剂的气孔率和吸水率，进而提高支撑剂的抗压能力和抗破碎能力。
优选的，所述原料还包括1～3重量份辅助剂，所述辅助剂为氯化镁、磷酸二氢铝中至少一种。
磷酸二氢铝能够提高烧结强度并抑制氧化反应的进行，并提高支撑剂的耐高热冲击强度和耐磨性。高温下，磷酸二氢铝的可与氧化镁反应，通过离子键和共价键形成了三维空间网络结构，具有较高的粘接内聚力。氯化镁使得烧结能够在更低的温度下进行，这有助于节省能源和减少生产成本；并在高温下可以形成液态矿物相，促进粉体颗粒之间的相互结合，并能够提高材料的致密性和强度。在支撑剂使用时，支撑剂中残留的氧化镁与氯化镁遇水还能够起到粘结剂的作用，提高支撑剂内部的凝聚力，进而提高支撑剂的抗破碎能力。
本申请还提供一种利用电厂灰渣制备的陶粒压裂支撑剂的制备方法，包括如下步骤：S1：将各原料称重并粉碎处理后，混合研磨、过筛、喷雾制粒、干燥，得到半成品；
S2：将所述半成品进行分段烧结，从100～120℃升温至750～850℃，升温时间为1～2h，从750～850℃升温至1120～1150℃，升温时间为1.5～2.5h，然后在1120～1150℃条件下，保温20～60min后，降温、筛分，得到陶粒压裂支撑剂。
综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：
1.本发明以铝矾土、灰渣为主要原料进行配比，并加入适量的粉煤灰、软质粘土、锰粉、白云石和镁砂，除却灰渣的主要成分与莫来石组分相似，在其他助剂的作用下，能够与铝矾土很容易的结合外，灰渣还能够降低原料烧结时的热膨胀系数，降低支撑剂的密度，并提高支撑剂的抗破碎能力和耐温性能；此外，灰渣相比于粉煤灰，具有较持久的抗压能力和较强的耐磨损能力，制得的压裂支撑剂具有较持久的抗压强度和抗破碎能力。
2.本发明以铝矾土、灰渣为主要原料进行配比，并加入适量的粉煤灰、软质粘土、锰粉、白云石和镁砂，借助烧结助剂和改良剂的作用，提高了支撑剂的致密性和稳定性，进一步提高支撑剂的抗破损能力。除此之外，通过合理利用灰渣和粉煤灰，能够在降低生产成本的同时，也减少了对环境的污染。
具体实施方式
优选的，灰渣购买于郑州裕中能源有限责任公司。灰渣的主要化学成分为22.79％的Al2O3、53.39％的SiO2、6.71％的Fe2O3和1.23％的TiO2。
下述实施例中：
粉煤灰的主要化学成分为28.21％的Al2O3、47.02％的SiO2、7.50％的Fe2O3和1.22％的TiO2。
软质粘土的主要化学成分为33.11％的Al2O3、43.35％的SiO2、4.65％的Fe2O3和2.28％的TiO2。
锰粉中MnO2的含量为50.03％。
白云石的主要化学成分为29.67％的CaO、19.37％的MgO、45.47％的LOI。
镁砂中MgO的含量为90.46％。
高铁铝矾土的主要化学成分为43.64％的Al2O3、15.96％的SiO2、24.08％的Fe2O3和2.17％的TiO2。
高品位铝矾土的主要化学成份为70.39％的Al2O3、14.32％的SiO2、6.71％的Fe2O3和3.15％的TiO2。
低品位铝矾土的主要化学成分为48.17％的Al2O3、28.11％的SiO2、4.92％的Fe2O3和4.64％的TiO2。
以下结合实施例对本申请作进一步详细说明。
实施例1
本实施例提供了一种利用电厂灰渣制备的陶粒压裂支撑剂的制备方法，包括如下步骤：
S1：将灰渣、粉煤灰、软质粘土、铝矾土、锰粉、白云石、镁砂分别进行粉碎处理后，将粉碎后的5kg灰渣、5kg粉煤灰、1kg软质粘土、30kg铝矾土、1kg锰粉、1kg白云石、1kg镁砂混合均匀，得到混合物料；用振动磨将混合物料研细，过400目筛，得到混合物料细粉；将混合物料细粉分多次加入盘式造粒机进行造粒，并在期间施加雾化水汽，制成粒径为0.45～0.9mm的球形颗粒，球形颗粒的含水率为11.5％～17.5％；然后将球形颗粒置于恒温箱中，在110℃条件下，干燥2h，得到半成品；
S2：将半成品输送至回转窑进行分段烧结，从120℃升温至750℃，升温时间为1h，从750℃升温至1120℃，升温时间为1.5h，然后在1120℃条件下，保温60min，冷却至大约200℃时出窑，再自然冷却至室温，先过20目筛，取筛下物，再过40目筛，取筛上物，得到陶粒压裂支撑剂。
其中，得到的陶粒压裂支撑剂为球形颗粒，粒径分布为0.425mm～0.85mm；铝矾土为高铁铝矾土。
采用振动磨研磨混合物料时，可以反复研磨混合物料，直至混合物料完全通过400目筛。
灰渣粉碎前，先置于电热恒温干燥箱中在110℃条件下，干燥24h。
实施例2
本实施例提供了一种利用电厂灰渣制备的陶粒压裂支撑剂的制备方法，包括如下步骤：
S1：将灰渣、粉煤灰、软质粘土、铝矾土、锰粉、白云石、镁砂分别进行粉碎处理后，将粉碎后的10kg灰渣、5kg粉煤灰、2kg软质粘土、40kg铝矾土、3kg锰粉、2kg白云石、2kg镁砂混合均匀，得到混合物料；用振动磨将混合物料研细，过400目筛，得到混合物料细粉；将混合物料细粉分多次加入盘式造粒机进行造粒，并在期间施加雾化水汽，制成粒径为0.45～0.9mm的球形颗粒，球形颗粒的含水率为11.5％～17.5％；然后将球形颗粒置于恒温箱中，在110℃条件下，干燥2h，得到半成品；
S2：将半成品输送至回转窑进行分段烧结，从100℃升温至850℃，升温时间为1.5h，从850℃升温至1135℃，升温时间为2h，然后在1135℃条件下，保温50min，冷却至大约200℃时出窑，再自然冷却至室温，先过20目筛，取筛下物，再过40目筛，取筛上物，得到陶粒压裂支撑剂。
其中，得到的陶粒压裂支撑剂为球形颗粒，粒径分布为0.425mm～0.85mm；铝矾土为高铁铝矾土。
采用振动磨研磨混合物料时，可以反复研磨混合物料，直至混合物料完全通过400目筛。
灰渣粉碎前，先置于电热恒温干燥箱中在120℃条件下，干燥22h。
实施例3
本实施例提供了一种利用电厂灰渣制备的陶粒压裂支撑剂的制备方法，包括如下步骤：
S1：将灰渣、粉煤灰、软质粘土、铝矾土、锰粉、白云石、镁砂分别进行粉碎处理后，将粉碎后的20kg灰渣、10kg粉煤灰、3kg软质粘土、45kg铝矾土、4kg锰粉、3kg白云石、3kg镁砂混合均匀，得到混合物料；用振动磨将混合物料研细，过400目筛，得到混合物料细粉；将混合物料细粉分多次加入盘式造粒机进行造粒，并在期间施加雾化水汽，制成粒径为0.45～0.9mm的球形颗粒，球形颗粒的含水率为11.5％～17.5％；然后将球形颗粒置于恒温箱中，在110℃条件下，干燥2h，得到半成品；
S2：将半成品输送至回转窑进行分段烧结，从110℃升温至800℃，升温时间为2h，从800℃升温至1120℃，升温时间为2.5h，然后在1120℃条件下，保温40min，冷却至大约200℃时出窑，再自然冷却至室温，先过20目筛，取筛下物，再过40目筛，取筛上物，得到陶粒压裂支撑剂。
其中，得到的陶粒压裂支撑剂为球形颗粒，粒径分布为0.425mm～0.85mm；铝矾土为高铁铝矾土。
采用振动磨研磨混合物料时，可以反复研磨混合物料，直至混合物料完全通过400目筛。
灰渣粉碎前，先置于电热恒温干燥箱中在100℃条件下，干燥26h。
实施例4
本实施例提供了一种利用电厂灰渣制备的陶粒压裂支撑剂的制备方法，包括如下步骤：
S1：将灰渣、粉煤灰、软质粘土、铝矾土、锰粉、白云石、镁砂分别进行粉碎处理后，将粉碎后的35kg灰渣、15kg粉煤灰、5kg软质粘土、55kg铝矾土、5kg锰粉、3kg白云石、3kg镁砂混合均匀，得到混合物料；用振动磨将混合物料研细，过400目筛，得到混合物料细粉；将混合物料细粉分多次加入盘式造粒机进行造粒，并在期间施加雾化水汽，制成粒径为0.45～0.9mm的球形颗粒，球形颗粒的含水率为11.5％～17.5％；然后将球形颗粒置于恒温箱中，在110℃条件下，干燥2h，得到半成品；
S2：将半成品输送至回转窑进行分段烧结，从110℃升温至800℃，升温时间为1.5h，从800℃升温至1150℃，升温时间为2.5h，然后在1150℃条件下，保温20min，冷却至大约200℃时出窑，再自然冷却至室温，先过20目筛，取筛下物，再过40目筛，取筛上物，得到陶粒压裂支撑剂。
其中，得到的陶粒压裂支撑剂为球形颗粒，粒径分布为0.425mm～0.85mm；铝矾土为高铁铝矾土。
采用振动磨研磨混合物料时，可以反复研磨混合物料，直至混合物料完全通过400目筛。
灰渣粉碎前，先置于电热恒温干燥箱中在110℃条件下，干燥24h。
实施例5
本实施例提供了一种利用电厂灰渣制备的陶粒压裂支撑剂的制备方法，包括如下步骤：
S1：将灰渣、粉煤灰、软质粘土、铝矾土、锰粉、白云石、镁砂、硅酸锌分别进行粉碎处理后，将粉碎后的25kg灰渣、10kg粉煤灰、4kg软质粘土、55kg铝矾土、4kg锰粉、3kg白云石、3kg镁砂和2kg硅酸锌混合均匀，得到混合物料；用振动磨将混合物料研细，过400目筛，得到混合物料细粉；将混合物料细粉分多次加入盘式造粒机进行造粒，并在期间施加雾化水汽，制成粒径为0.45～0.9mm的球形颗粒，球形颗粒的含水率为11.5％～17.5％；然后将球形颗粒置于恒温箱中，在110℃条件下，干燥2h，得到半成品；
S2：将半成品输送至回转窑进行分段烧结，从110℃升温至800℃，升温时间为1.5h，从800℃升温至1120℃，升温时间为2h，然后在1120℃条件下，保温40min，冷却至大约200℃时出窑，再自然冷却至室温，先过20目筛，取筛下物，再过40目筛，取筛上物，得到陶粒压裂支撑剂。
其中，得到的陶粒压裂支撑剂为球形颗粒，粒径分布为0.425mm～0.85mm；铝矾土为高铁铝矾土。
采用振动磨研磨混合物料时，可以反复研磨混合物料，直至混合物料完全通过400目筛。
灰渣粉碎前，先置于电热恒温干燥箱中在110℃条件下，干燥24h。
实施例6
本实施例与实施例5的区别在于：
S1：将灰渣、粉煤灰、软质粘土、铝矾土、锰粉、白云石、镁砂、硅酸锌、硅酸钡分别进行粉碎处理后，将粉碎后的25kg灰渣、10kg粉煤灰、4kg软质粘土、55kg铝矾土、4kg锰粉、3kg白云石、3kg镁砂、2kg硅酸锌和2kg硅酸钡混合均匀，得到混合物料；用振动磨将混合物料研细，过400目筛，得到混合物料细粉；将混合物料细粉分多次加入盘式造粒机进行造粒，并在期间施加雾化水汽，制成粒径为0.45～0.9mm的球形颗粒，球形颗粒的含水率为11.5％～17.5％；然后将球形颗粒置于恒温箱中，在110℃条件下，干燥2h，得到半成品；
其他同实施例5。
实施例7
本实施例与实施例6的区别在于：
S1：将灰渣、粉煤灰、软质粘土、铝矾土、锰粉、白云石、镁砂、硅酸锌、硅酸钡、硼酸分别进行粉碎处理后，将粉碎后的25kg灰渣、10kg粉煤灰、4kg软质粘土、55kg铝矾土、4kg锰粉、3kg白云石、3kg镁砂、2kg硅酸锌、2kg硅酸钡和2kg硼酸混合均匀，得到混合物料；用振动磨将混合物料研细，过400目筛，得到混合物料细粉；将混合物料细粉分多次加入盘式造粒机进行造粒，并在期间施加雾化水汽，制成粒径为0.45～0.9mm的球形颗粒，球形颗粒的含水率为11.5％～17.5％；然后将球形颗粒置于恒温箱中，在110℃条件下，干燥2h，得到半成品；
其中，硼酸为白色粉末。
其他同实施例6。
实施例8
本实施例与实施例7的区别在于：
S1：将灰渣、粉煤灰、软质粘土、铝矾土、锰粉、白云石、镁砂、硅酸锌、硅酸钡、硼酸和六方氮化硼分别进行粉碎处理后，将粉碎后的25kg灰渣、10kg粉煤灰、4kg软质粘土、55kg铝矾土、4kg锰粉、3kg白云石、3kg镁砂、2kg硅酸锌、2kg硅酸钡、2kg硼酸、2kg六方氮化硼混合均匀，得到混合物料；用振动磨将混合物料研细，过400目筛，得到混合物料细粉；将混合物料细粉分多次加入盘式造粒机进行造粒，并在期间施加雾化水汽，制成粒径为0.45～0.9mm的球形颗粒，球形颗粒的含水率为11.5％～17.5％；然后将球形颗粒置于恒温箱中，在110℃条件下，干燥2h，得到半成品；
其他同实施例7。
实施例9
本实施例与实施例8的区别在于：
S1：将灰渣、粉煤灰、软质粘土、铝矾土、锰粉、白云石、镁砂、硅酸锌、硅酸钡、三氧化二铬、二氧化锆、六方氮化硼和煤沥青分别进行粉碎处理后，将粉碎后的25kg灰渣、10kg粉煤灰、4kg软质粘土、55kg铝矾土、4kg锰粉、3kg白云石、3kg镁砂、2kg硅酸锌、2kg硅酸钡、1kg三氧化二铬、1kg二氧化锆、2kg六方氮化硼和1kg煤沥青混合均匀，得到混合物料；用振动磨将混合物料研细，过400目筛，得到混合物料细粉；将混合物料细粉分多次加入盘式造粒机进行造粒，并在期间施加雾化水汽，制成粒径为0.45～0.9mm的球形颗粒，球形颗粒的含水率为11.5％～17.5％；然后将球形颗粒置于恒温箱中，在110℃条件下，干燥2h，得到半成品；
其中，煤沥青为固体。
其他同实施例8。
实施例10
本实施例与实施例9的区别在于：
S1：将灰渣、粉煤灰、软质粘土、铝矾土、锰粉、白云石、镁砂、硅酸锌、硅酸钡、三氧化二铬、二氧化锆、六方氮化硼和煤沥青分别进行粉碎处理后，将粉碎后的25kg灰渣、10kg粉煤灰、4kg软质粘土、55kg铝矾土、4kg锰粉、3kg白云石、3kg镁砂、2kg硅酸锌、2kg硅酸钡、1kg三氧化二铬、1kg二氧化锆、2kg六方氮化硼和3kg煤沥青混合均匀，得到混合物料；用振动磨将混合物料研细，过400目筛，得到混合物料细粉；将混合物料细粉分多次加入盘式造粒机进行造粒，并在期间施加雾化水汽，制成粒径为0.45～0.9mm的球形颗粒，球形颗粒的含水率为11.5％～17.5％；然后将球形颗粒置于恒温箱中，在110℃条件下，干燥2h，得到半成品；
其中，煤沥青为固体。
其他同实施例9。
实施例11
本实施例与实施例10的区别在于：
S1：将灰渣、粉煤灰、软质粘土、铝矾土、锰粉、白云石、镁砂、硅酸锌、硅酸钡、二氧化锆、六方氮化硼、煤沥青和氯化镁分别进行粉碎处理后，将粉碎后的25kg灰渣、10kg粉煤灰、4kg软质粘土、55kg铝矾土、4kg锰粉、3kg白云石、3kg镁砂、2kg硅酸锌、2kg硅酸钡、1kg二氧化锆、3kg六方氮化硼、3kg煤沥青和1kg氯化镁混合均匀，得到混合物料；用振动磨将混合物料研细，过400目筛，得到混合物料细粉；将混合物料细粉分多次加入盘式造粒机进行造粒，并在期间施加雾化水汽，制成粒径为0.45～0.9mm的球形颗粒，球形颗粒的含水率为11.5％～17.5％；然后将球形颗粒置于恒温箱中，在110℃条件下，干燥2h，得到半成品；
其中，煤沥青为固体。
其他同实施例10。
实施例12
本实施例与实施例11的区别在于：
S1：将灰渣、粉煤灰、软质粘土、铝矾土、锰粉、白云石、镁砂、硅酸锌、硅酸钡、六方氮化硼、煤沥青、氯化镁和磷酸二氢铝分别进行粉碎处理后，将粉碎后的25kg灰渣、10kg粉煤灰、4kg软质粘土、55kg铝矾土、4kg锰粉、3kg白云石、3kg镁砂、2kg硅酸锌、2kg硅酸钡、4kg六方氮化硼、3kg煤沥青、1kg氯化镁、2kg磷酸二氢铝混合均匀，得到混合物料；用振动磨将混合物料研细，过400目筛，得到混合物料细粉；将混合物料细粉分多次加入盘式造粒机进行造粒，并在期间施加雾化水汽，制成粒径为0.45～0.9mm的球形颗粒，球形颗粒的含水率为11.5％～17.5％；然后将球形颗粒置于恒温箱中，在110℃条件下，干燥2h，得到半成品；
其中，煤沥青为固体。
高铁铝矾土的主要化学成分为45.21％的Al2O3、15.75％的SiO2、22.25％的Fe2O3和2.23％的TiO2。
其他同实施例11。
实施例13
本实施例与实施例12的区别在于：铝矾土由质量之比为1:2的高品位铝矾土和低品位铝矾土复配而成。
其他同实施例12。
实施例14
本实施例与实施例13的区别在于：铝矾土由质量之比为3:5的高品位铝矾土和低品位铝矾土复配而成。
其他同实施例13。
对比例1
本对比例与实施例1的区别在于：
S1：将粉煤灰、软质粘土、铝矾土、锰粉、白云石、镁砂分别进行粉碎处理后，将粉碎后的10kg粉煤灰、1kg软质粘土、30kg铝矾土、1kg锰粉、1kg白云石、1kg镁砂混合均匀，得到混合物料；用振动磨将混合物料研细，过400目筛，得到混合物料细粉；将混合物料细粉分多次加入盘式造粒机进行造粒，并在期间施加雾化水汽，制成粒径为0.45～0.9mm的球形颗粒，球形颗粒的含水率为11.5％～17.5％；然后将球形颗粒置于恒温箱中，在110℃条件下，干燥2h，得到半成品；
其他同实施例1。
对比例2
本对比例与实施例1的区别在于：
S1：将灰渣、粉煤灰、软质粘土、铝矾土、锰粉、白云石分别进行粉碎处理后，将粉碎后的5kg灰渣、5kg粉煤灰、1kg软质粘土、30kg铝矾土、1kg锰粉、1kg白云石混合均匀，得到混合物料；用振动磨将混合物料研细，过400目筛，得到混合物料细粉；将混合物料细粉分多次加入盘式造粒机进行造粒，并在期间施加雾化水汽，制成粒径为0.45～0.9mm的球形颗粒，球形颗粒的含水率为11.5％～17.5％；然后将球形颗粒置于恒温箱中，在110℃条件下，干燥2h，得到半成品；
其他同实施例1。
对比例3
本对比例与实施例1的区别在于：
S1：将灰渣、粉煤灰、软质粘土、铝矾土、锰粉、镁砂分别进行粉碎处理后，将粉碎后的5kg灰渣、5kg粉煤灰、1kg软质粘土、30kg铝矾土、1kg锰粉、1kg镁砂混合均匀，得到混合物料；用振动磨将混合物料研细，过400目筛，得到混合物料细粉；将混合物料细粉分多次加入盘式造粒机进行造粒，并在期间施加雾化水汽，制成粒径为0.45～0.9mm的球形颗粒，球形颗粒的含水率为11.5％～17.5％；然后将球形颗粒置于恒温箱中，在110℃条件下，干燥2h，得到半成品；
其他同实施例1。
对比例4
本对比例与实施例1的区别在于：
S1：将灰渣、粉煤灰、软质粘土、铝矾土、锰粉分别进行粉碎处理后，将粉碎后的5kg灰渣、5kg粉煤灰、1kg软质粘土、30kg铝矾土、1kg锰粉混合均匀，得到混合物料；用振动磨将混合物料研细，过400目筛，得到混合物料细粉；将混合物料细粉分多次加入盘式造粒机进行造粒，并在期间施加雾化水汽，制成粒径为0.45～0.9mm的球形颗粒，球形颗粒的含水率为11.5％～17.5％；然后将球形颗粒置于恒温箱中，在110℃条件下，干燥2h，得到半成品；性能检测
将实施例1～14和对比例1～4中的陶粒压裂支撑剂的性能指标依据Q/SY 17125-2019《压裂支撑剂性能指标及评价测试方法》进行了测试，数据结果如表1所示。
表1实施例1～14和对比例1～4中的陶粒压裂支撑剂的性能指标
本发明以灰渣和铝矾土为主要原料，复配一定量的粉煤灰，通过利用灰渣的多孔结构、耐磨性能和粉煤灰的填充性能，提高可压裂支撑剂的抗压强度、致密性，进而提高支撑剂的抗破碎能力。通过分析实施例1～4的检测数据可知，灰渣和粉煤灰的加入量不能太多，虽然灰渣和粉煤灰能够降低支撑剂的体积密度和视密度，但是也会造成破碎率上升，因此，需要优化其添加量。
通过分析实施例1和对比例1～4的检测数据可知，首先，采用灰渣和粉煤灰复配铝矾土相比只采用粉煤灰复配铝矾土，制得的陶粒压裂支撑剂的体积密度、视密度和破碎率都较低，这主要是由于灰渣的抗压能力和抗磨损能力较强、较持久。其次，由于白云石和镁砂能够促进了固相反应的速度，并能够加速空隙的填充，促使样品致密化程度提高，提高了支撑剂抗压强度和抗破碎能力。
通过分析实施例5～14的检测数据可知，通过进一步引入硅酸盐改良剂、烧结助剂、煤沥青和辅助剂，促进原料烧结效率和热稳定性能，减少晶格形变和热膨胀，从而减少支撑剂变形和开裂的风险，增强了支撑剂的力学性能和致密性，进一步提高抗破碎能力。
Claims (8)
1.一种利用电厂灰渣制备的陶粒压裂支撑剂，其特征在于：所述陶粒压裂支撑剂由包括如下重量份的原料制成，5~35重量份的灰渣、5~15重量份的粉煤灰、1~5重量份的软质粘土、30~55重量份的铝矾土、1~5重量份的锰粉、1~3重量份的白云石、1~3重量份的镁砂。
2.根据权利要求1所述的利用电厂灰渣制备的陶粒压裂支撑剂，其特征在于：所述铝矾土为高铁铝矾土，所述高铁铝矾土中Fe2O3的含量为22%~25%。
3.根据权利要求2所述的利用电厂灰渣制备的陶粒压裂支撑剂，其特征在于：所述原料还包括2~4重量份改良剂，所述改良剂为硅酸盐，所述硅酸盐为硅酸锌、硅酸钡中至少一种。
4.根据权利要求3所述的利用电厂灰渣制备的陶粒压裂支撑剂，其特征在于：所述原料还包括2~4重量份烧结助剂，所述烧结助剂为非金属硼化物、Cr2O3、ZrO2中至少一种。
5.根据权利要求4所述的利用电厂灰渣制备的陶粒压裂支撑剂，其特征在于：所述非金属硼化物为硼酸、氮化硼中任意一种。
6.根据权利要求5所述的利用电厂灰渣制备的陶粒压裂支撑剂，其特征在于：所述原料还包括1~3重量份的煤沥青。
7.根据权利要求6所述的利用电厂灰渣制备的陶粒压裂支撑剂，其特征在于：所述原料还包括1~3重量份辅助剂，所述辅助剂为氯化镁、磷酸二氢铝中至少一种。
8.一种如权利要求1-7任一项权利要求所述的利用电厂灰渣制备的陶粒压裂支撑剂的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
S1：将各原料称重并粉碎处理后，混合研磨、过筛、喷雾制粒、干燥，得到半成品；
S2：将所述半成品进行分段烧结，从100~120℃升温至750~850℃，升温时间为1~2h，从750~850℃升温至1120~1150℃，升温时间为1.5~2.5h，然后在1120~1150℃条件下，保温20~60min后，降温、筛分，得到陶粒压裂支撑剂。
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|---|---|---|---|
| CN202410423242.5A CN118308085A (zh) | 2024-04-09 | 2024-04-09 | 一种利用电厂灰渣制备的陶粒压裂支撑剂及其制备方法 |
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