CN1325423C - 高钛型石油压裂支撑剂及其生产方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种高钛型石油压裂支撑剂，其化学成份按重量百分比组成包括：5～45%的高钛型高炉渣、10～30%的高铝砖、17～77%铝矾土和4～8%的复合烧结剂。高钛型石油压裂支撑剂的生产方法，它包括以下步骤：1)将原料磨细，以喷雾造粒系统制造母球，再将母球加入糖衣机中挤压包裹得到坯球粒；2)将坯球粒经干燥系统干燥后，进入高温窑炉进行烧结，烧结温度控制在1100～1400℃，烧结时间控制在0.5～4小时；3)降温冷却，在摩擦筒中高速旋转进行表面抛光；4)再升温到80～100℃，以耐酸有机物进行表面处理后，冷却固化。本发明的支撑剂的69MPa抗破碎率≤3.0%，且成本低和利于环保。

Description

高钛型石油压裂支撑剂及其生产方法
技术领域
本发明涉及一种石油压裂支撑剂及其生产方法，特别是涉及一种高钛型石油压裂支撑剂及其生产方法。
背景技术
随着石油、天然气深井压裂技术的发展，压裂规模越来越大，曾经普遍采用的石英砂支撑剂，由于材料原因导流能力难以满足要求。
贵州工业大学学报(2003年8月，第32卷，第4期陈烨等著)报道了一种新型石油压裂支撑剂，加入了铬铁矿和TiO2，其69MPa抗破碎率为4.10％，不利于环保也增加了生产成本。
专利号为01108604.1、发明名称为《高强度陶粒支撑剂的制造方法》的专利，公开了一种陶粒支撑剂及其生产方法，以100重量份轻烧铝矾土为基料，加入粘土2～15份、镧系金属氧化物1～10份、二氧化锰0.3～3份和氧化镁0.1～3份等辅料，由于加入了具有放射性的镧系金属氧化物，不利于环保。该专利的生产方法是：将主料和辅料混合后磨成细粉，加水松解后由成球机制成球粒，再送入窑炉按烧结温度为1100～1500℃、烧结时间为0.5～5小时的工艺条件烧制，烧制出来的产品抗压强度达到了69MPa以上，成品破碎率≤10％，不能满足深油井的高强度指标要求，并且但该方法由于采用了成球机造粒，生产效率比较低。
美国Carbo公司的支撑剂质量代表了国际先进水平，但由于多采用刚玉烧结，虽然在性能上可以满足要求，但是原料来源困难、加工工艺复杂、设备投资大、能耗大、成本高。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种高钛型石油压裂支撑剂，其69Mpa抗破碎率≤3.0％，且成本低和利于环保。
本发明还要提供一种生产上述高钛型石油压裂支撑剂的方法，该方法操作简单、效率高。
本发明解决技术问题所采用的技术方案是：高钛型石油压裂支撑剂，其化学成份按重量百分比组成包括：5～45％的高钛型高炉渣、10～30％的高铝砖、17～77％铝矾土和4-8％的复合烧结剂，所述复合烧结剂的重量百分比组成包括：0～50％白云石、10～75％磁铁矿和0～50％的高岭土。
上述高炉渣采用工业废弃的高钛型高炉渣，高铝砖采用回收高铝砖。
生产高钛型石油压裂支撑剂的方法，它包括以下步骤：1)将原料磨细，以喷雾造粒系统制造母球，再将母球加入糖衣机中挤压包裹得到坯球粒；2)将坯球粒经干燥系统干燥后，进入高温窑炉进行烧结，烧结温度控制在1100～1400℃，烧结时间控制在0.5～4小时；3)降温冷却，在摩擦筒中高速旋转进行表面抛光；4)再升温到80～100℃，以耐酸有机物进行表面处理后，冷却固化。
本发明的有益效果是：本发明的支撑剂配料采用无放射性的工业废弃物高钛型高炉渣、废高铝砖和铝矾土，并添加了白云石、磁铁矿和高岭土合成的复合烧结剂，产品不但具有环保和废物再利用的优点，生产成本低，并且生产出来的产品69Mpa抗破碎率≤3.0％。
本发明的生产方法因为采用了复合造粒工艺，不但改进了单一成球机造粒工艺效率低的缺点，而且改善了支撑剂的圆度、球度及浊度指标，使产品具有更好的耐酸性和导流能力。本发明的表面处理技术使支撑剂表面有一层光滑的化学惰性膜，可确保支撑剂在工作过程中酸溶率低，具有较小的流动阻力，降低施工能耗，为油和气的流出提供更好的流体力学条件。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的描述。
本发明的支撑剂配方的化学成份按重量百分比组成包括：5～45％的高钛型高炉渣、10～30％的高铝砖、17～77％铝矾土、4～8％的复合烧结剂，其中复合烧结剂包括0～50％白云石、10～75％磁铁矿和0～50％的高岭土，高钛型高炉渣可采用工业废弃的高钛型高炉渣，高铝砖可采用回收高铝砖。
高钛型高炉渣改变了支撑剂烧结后产品的固熔体结构，利用高钛型高炉渣中的TiO2可与高铝矾土中的Al2O3和SiO2等形成含钛刚玉、莫来石等固溶体，一方面可降低热处理温度，另一方面可提高产品的物理力学性能，从而提高油井的采收率和采收效率，大幅减少采油带来的地层伤害，还可减少压裂施工过程动力消耗。使用工业废弃的高钛型高炉渣和回收高铝砖替代矿物原料，可进一步降低成本。
本发明的生产方法是：1)将原料混合均匀后进行一级超细干磨和二级湿磨后，再用喷雾造粒系统制造母球，将制得的母球放入糖衣机，进一步挤压包裹强化造粒，得到坯球粒。此处理工艺，避免了喷雾造粒颗粒松散，圆球度低和外观质量差的缺点，同时能够在保证坯球质量的前提下，提高生产效率。2)再将制得的坯球粒经过干燥系统干燥后，进入高温窑炉进行烧结，烧结温度控制在1100～1400℃，烧结时间控制在0.5～4小时。3)然后降温冷却，在摩擦筒中高速旋转进行表面抛光，实现粉尘分离。4)再升温到80～100℃，以耐酸有机物(比如：酚醛树脂)进行表面处理工艺后，冷却固化，形成致密光滑的微表面裹覆层，使产品表面呈现化学惰性，不与水、压裂液、酸化液、石油和天然气等发生反应，同时使产品具有良好的流体力学特性，减少注入和出油过程的流动阻力。
实施例1-6：表1中的实施例2、4和6是本发明的3个实施例，结果表明：利用本发明的配方和方法生产出来的高钛型石油压裂支撑剂具有良好的耐酸性能(酸溶解度)和强度(抗破碎率)，产品的酸溶解度在5％以下，69MPa抗破碎率％≤3.0％。表1中的实施例1、3和5是利用本发明的配方和方法，但没有进行表面处理工艺(即步骤4)所得到的产品，其性能较差一些。上述所有实施例的烧结温度为1200℃，烧结时间为3小时。
表1：
实施例         配料组份(重量％) 表面处理工艺 酸溶解度(％) 69MPa抗破碎率(％)
  高钛型高炉渣 高铝砖 铝矾土   复合烧结剂
   1 5 30 57 8 未处理     4.5  2.88
   2 处理     4.3  2.41
   3 20 20 54 6 未处理     4.6  2.57
   4 处理     4.4  2.30
   5 40 20 35 5 未处理     4.8  2.94
   6 处理     4.4  2.78
注：上述结果是按照石油天然气行业标准《压裂支撑剂性能测试推荐方法》SY/T 5108-1997测试的结果。

Claims (5)

1、高钛型石油压裂支撑剂，其特征在于，其化学成份按重量百分比组成包括：5～45％的高钛型高炉渣、10～30％的高铝砖、17～77％铝矾土和4～8％的复合烧结剂，所述复合烧结剂的重量百分比组成包括：0～50％白云石、10～75％磁铁矿和0～50％的高岭土。
2、如权利要求1所述的高钛型石油压裂支撑剂，其特征在于，所述高炉渣采用工业废弃的高钛型高炉渣，所述高铝砖采用回收高铝砖。
3、一种权利要求1所述的高钛型石油压裂支撑剂的生产方法，其特征在于，它包括以下步骤：1)将原料磨细，以喷雾造粒系统制造母球，再将母球加入糖衣机中挤压包裹得到坯球粒；2)将坯球粒经干燥系统干燥后，进入高温窑炉进行烧结，烧结温度控制在1100～1400℃，烧结时间控制在0.5～4小时；3)降温冷却，在摩擦筒中高速旋转进行表面抛光；4)再升温到80～100℃，以耐酸有机物进行表面处理后，冷却固化。
4、如权利要求4所述的高钛型石油压裂支撑剂的生产方法，其特征在于，步骤1)所述的将原料磨细包括一级超细干磨和二级湿磨。
5、如权利要求4所述的高钛型石油压裂支撑剂的生产方法，其特征在于，步骤4)所述的耐酸有机物是酚醛树脂。
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