（使 用漿料）涂覆顆粒的其他混合器或設(shè)備可以被使用并且仍然在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
[0037] 混合器的工具規(guī)格和設(shè)置在以下表5中示出：
[0038] 表5-混合器規(guī)格/設(shè)置
[0039]
[0040] 用于造粒原料的方案包括（i)原始成分加上水造粒以形成芯顆粒；以及（ii)使用 粉末狀鋁土礦（呈粉末形式亦或作為富含粉末的漿料噴霧添加）涂覆芯顆粒，在一些實(shí)施 例中，多于一個(gè)芯顆粒的涂層可能是令人希望的以增強(qiáng)涂層與芯顆粒的粘附性。
[0041 ] 通過使用多個(gè)涂層，各層涂層的組成可以有所不同。在一些實(shí)施例中，在連續(xù)層中 使用的涂覆材料可以含有不同量的鋁土礦以提供從芯顆粒材料到鋁土礦涂層的最外層的 組成的過渡。
[0042] 在一些實(shí)施例中最終處理涂覆的顆粒以增強(qiáng)圓度的附加步驟也可能是令人希望 的。
[0043] 參考以下表6中示出的步驟以及示出的混合器設(shè)置和時(shí)間，這樣的方案在一些實(shí) 施例中是如以下討論的實(shí)現(xiàn)的。
[0044] 表6-用于形成涂覆的顆粒的方案
[0045]
[0046] 將用于顆粒芯的干燥的、粉末狀原料（粉煤灰、粘土、和鋁土礦）在混合器中合并 (步驟1)。在這個(gè)實(shí)施例中，在步驟1中將以下量的粉末狀原料加入到該混合器中：粉煤 灰-1，5228;粘土-3268;和鋁土礦-3508。這將產(chǎn)生約70%粉煤灰、約15%鋁土礦、和約 15%粘土的顆粒芯。將水作為噴霧平穩(wěn)地添加至粉末狀原料中當(dāng)它們混合時(shí)以形成一種內(nèi) 聚材料（步驟2-3)。優(yōu)選地將水以兩個(gè)步驟加入以最小化粉塵從混合器的逸出-在混合器 以低速度首先加入少量的水直至原料被浸濕，并且剩余的在混合器以較高的速度加入。在 原料和水已經(jīng)混合之后，在該混合器中形成芯顆粒（步驟4-6)。首先，從原料和水混合物形 成微顆粒。這些微顆粒然后生長(zhǎng)到希望的尺寸。在芯顆粒已經(jīng)生長(zhǎng)之后，這些顆粒接收一 個(gè)或多個(gè)涂層（步驟7-8)。在一些實(shí)施例中，可能希望的是在該混合器中最終處理涂覆的 顆粒以進(jìn)一步增強(qiáng)圓度（步驟9)。
[0047] 在表6中描述的方案適合于制造在20-50目范圍內(nèi)的支撐劑，但使用適當(dāng)?shù)男?改可以用于制造在16-30目、40-70目、或甚至小于40-70目的范圍內(nèi)的支撐劑材料；幾 乎任何商業(yè)上希望的尺寸范圍是可行的。在此特定實(shí)施例中造粒之后的水分含量是在 13Ma. % -15Ma. %的范圍內(nèi)。應(yīng)理解的是，取決于所使用的原料的組成，包括這些原料的相 對(duì)比例和它們單獨(dú)的規(guī)格（例如，構(gòu)成成分和雜質(zhì)、粒徑等），目標(biāo)剩余水分含量可以變化。 通常，剩余水分含量應(yīng)在l〇Ma. % _25Ma. %的范圍內(nèi)，并且優(yōu)選在10Ma. % -20Ma. %的范圍 內(nèi)。通過水分含量、溫度、和分配給微顆粒生長(zhǎng)的時(shí)間的相對(duì)小的變化，可以實(shí)現(xiàn)不同的粒 徑分布。
[0048] 對(duì)于該方法的擴(kuò)大規(guī)模，有幫助的是適當(dāng)控制邊緣速度。尤其在造粒方法的第一 部分中，有必要使用較高的邊緣速度以形成具有良好粒徑分布的微顆粒。然后使用較低的 邊緣速度這些微顆粒稍后可以生長(zhǎng)成非常圓的顆粒。在不同步驟過程中的邊緣速度在表6 中示出。
[0049] 在產(chǎn)生具有良好尺寸分布的微顆粒后，轉(zhuǎn)子的邊緣速度應(yīng)該降低以確保顆粒的適 當(dāng)生長(zhǎng)。轉(zhuǎn)子的速度仍需要相對(duì)高的值以確保良好的分布。如果速度是太低，可能在顆粒 上形成大塊，這些大塊可導(dǎo)致不良的分布和差的產(chǎn)率。顆粒的生長(zhǎng)繼續(xù)直至這些顆粒已經(jīng) 達(dá)到所希望的尺寸。在此時(shí)，這些顆粒是適當(dāng)尺寸的，但不是非常良好地圓形的。
[0050] 為了更好地使顆粒變圓，降低轉(zhuǎn)子速度并且使這些顆粒變圓持續(xù)一段相對(duì)短的時(shí) 間段。該時(shí)間應(yīng)盡可能的短，但只要必要得到適度地圓形顆粒。如果時(shí)間太長(zhǎng)，這些顆粒將 在低轉(zhuǎn)子速度下開始再次生長(zhǎng)。
[0051] 第一涂覆步驟確保了顆粒的尺寸保持相同。在這個(gè)實(shí)施例中，因?yàn)樾绢w粒會(huì)被涂 覆兩次，將約l〇〇g的粉末狀鋁土礦（總干成分重量的約4% )加入到該混合器中以停止顆 粒的生長(zhǎng)并允許顆粒在該混合器中進(jìn)一步變圓。在60秒的變圓之后，涂覆的顆粒是很好地 圓形的并存在涂覆材料在顆粒上的良好的粘附性。
[0052] 在第二粉末涂覆步驟中，將約150g的粉末狀鋁土礦（總干成分重量的約6% )加 入到該混合器中。芯顆粒、第一層粉末涂層、以及第二層粉末涂層的組成的差異可以提供這 些層中的材料組成的良好的過渡，這促進(jìn)了涂層與芯的良好的粘附性。在其他實(shí)施例中，可 以使用更多層或具有不同組成的層，但兩層鋁土礦粉末涂層提供了在涂層與芯顆粒的粘附 性上超過單層涂層的顯著改進(jìn)。
[0053] 在其中芯顆粒被涂覆兩次（S卩，兩層涂層）的一些實(shí)施例中，這些顆粒接收等于干 成分的總重量的約2% -10%、優(yōu)選3 % -6%、更優(yōu)選4% -5 %的粉末狀鋁土礦的第一涂層 以停止顆粒的生長(zhǎng)并允許混合器中的顆粒進(jìn)一步變圓持續(xù)延長(zhǎng)的時(shí)間。這些顆粒然后接收 等于干成分的總重量的約4% -15%、優(yōu)選5% -10%、更優(yōu)選6% -8%的粉末狀鋁土礦的第 二涂層。
[0054] 如以上所指出，在一些實(shí)施例中涂覆步驟可以通過用富含粉末狀鋁土礦的漿料噴 霧顆粒而不是加入呈干燥形式的粉末狀鋁土礦完成。在使用富鋁土礦的漿料涂覆顆粒的一 些實(shí)施例中，PVA或另一種合適的粘合劑包括在該漿料中（PVA充當(dāng)乳化劑和粘合劑二者）。 如果該涂層作為漿料而不是作為粉末施加，則將漿料中的粉末狀鋁土礦的重量加入到干成 分重量為了測(cè)定在此提及的總干成分重量的目的。
[0055] 在一個(gè)或多個(gè)鋁土礦涂層已經(jīng)被加入到芯之后，可以篩分這些顆粒。
[0056] 這些涂覆的顆粒的生坯強(qiáng)度是非常好的-不難篩分并且使用標(biāo)準(zhǔn)方法煅燒 生坯材料。然后將這些顆粒在合適的窯，例如旋轉(zhuǎn)窯中，在約900°C-115 0 °C，優(yōu)選 950°C-1150°C，更優(yōu)選1050°C-1080°C的溫度下煅燒約2-60分鐘，優(yōu)選10-30分鐘，或最優(yōu) 選15-20分鐘。旋轉(zhuǎn)窯的溫度典型地是稍高于窯管內(nèi)部的燒結(jié)床的實(shí)際燒結(jié)溫度（可以通 過熱電偶讀?。?，所以取決于窯，窯溫度可以是約1050°C-1350°C的量級(jí)。材料在過高溫度 下的煅燒可以導(dǎo)致結(jié)晶水和其他揮發(fā)性物質(zhì)釋放過快，這可以導(dǎo)致生坯材料的破裂這進(jìn)而 會(huì)削弱支撐劑材料的結(jié)構(gòu)并且限制其最大強(qiáng)度。
[0057] 然后將這些煅燒的顆粒在合適的窯，例如旋轉(zhuǎn)窯中，在至少1200°C的溫度下（再 次，窯溫度可以稍高于燒結(jié)床的燒結(jié)溫度）燒結(jié)。通過使用這種制造方法，其中芯顆粒是從 粉煤灰、鋁土礦和粘土的混合物形成的，并且隨后使用鋁土礦涂覆，最大燒結(jié)溫度可增加至 約1240°C -1280°C而沒有在燒結(jié)過程中顆粒彼此的顯著粘附（再次，窯溫度可以稍高于燒 結(jié)床的燒結(jié)溫度，可以在約1380Γ的量級(jí)，取決于該窯）。
[0058] 應(yīng)理解的是，以上所述的煅燒和燒結(jié)步驟可以在分開的窯中或隨著材料穿過該窯 在同一窯的不同區(qū)段中進(jìn)行。
[0059] 對(duì)于使用褐煤粉煤灰制成的支撐劑，燒結(jié)溫度可以更低。例如，如果使用褐煤粉煤 灰，則組合煅燒/燒結(jié)步驟可以在約1080°C-1100°C的溫度下使用。
[0060] 如果使用旋轉(zhuǎn)窯，則可存在與窯管的少量粘附，但不應(yīng)該過度。
[0061] 以上述方式生產(chǎn)的支撐劑材料的抗碎測(cè)試指示抗壓強(qiáng)度超過10, 000鎊/平方英 寸。支撐劑材料的抗壓強(qiáng)度很大程度上依賴于粒度。以上所述的實(shí)施例實(shí)現(xiàn)了對(duì)于20/40 目的支撐劑材料超過11，〇〇〇鎊/平方英寸的抗壓強(qiáng)度，而使本發(fā)明具體化的30/50目的支 撐劑材料實(shí)現(xiàn)了超過13, 000鎊/平方英寸的抗壓強(qiáng)度。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種圓形的支撐劑材料，包含： 一個(gè)包含褐煤粉煤灰和粘土的芯；以及 一個(gè)包含圍繞所述芯的鋁土礦的涂層。2. -種圓形的支撐劑材料，包含： 一個(gè)包含粉煤灰、鋁土礦、以及粘土的芯；以及 一個(gè)包含圍繞所述芯的鋁土礦的涂層。3. 如權(quán)利要求2所述的支撐劑，所述芯包含約70 %粉煤灰、約15 %鋁土礦、以及約 15% 粘土。4. 如權(quán)利要求2所述的支撐劑，所述粘土包含高嶺土粘土。5. 如權(quán)利要求2所述的支撐劑，其中該粉煤灰的氧化鐵含量是12%或更少。6. 如權(quán)利要求2所述的支撐劑，其中該粉煤灰的氧化鐵含量是約7%或更少。7. 如權(quán)利要求2所述的支撐劑，其中該粉煤灰的氧化鐵含量是約4%或更少。8. 如權(quán)利要求2所述的支撐劑，其中所述涂層具有多于一個(gè)層。9. 一種用于制造圓形支撐劑材料的方法，該方法包括以下步驟： 形成包含褐煤粉煤灰和粘土的圓形顆粒； 用包含鋁土礦的涂層涂覆所述圓形顆粒以形成涂覆的圓形顆粒； 加熱所述涂覆的圓形顆粒到至少1080°C的溫度。10. -種用于制造圓形支撐劑材料的方法，該方法包括以下步驟： 形成包含粉煤灰、鋁土礦、以及粘土的圓形顆粒； 用包含鋁土礦的涂層涂覆所述圓形顆粒以形成涂覆的圓形顆粒； 煅燒所述涂覆的圓形顆粒；并且 在至少約1200°C的溫度下燒結(jié)所述涂覆的圓形顆粒。11. 如權(quán)利要求10所述的方法，其中所述包含鋁土礦的涂層以多于一個(gè)層施加。12. 如權(quán)利要求10所述的方法，其中所述涂層以粉末形式施加。13. 如權(quán)利要求10所述的方法，其中所述涂層以含有粉末狀鋁土礦的漿料的形式施 加。14. 如權(quán)利要求10所述的方法，其中所述涂層以包含粉末狀鋁土礦和粘合劑的漿料的 形式施加。15. 如權(quán)利要求14所述的方法，其中所述粘合劑包含聚乙烯醇。16. 如權(quán)利要求11所述的方法，其中所述涂層的層中的至少一個(gè)含有比先前施加的層 更大的鋁土礦總量。17. 如權(quán)利要求10所述的方法，其中所述涂覆的圓形顆粒在約1240°C-1280°C的溫度 下燒結(jié)。18. 如權(quán)利要求10所述的方法，其中所述圓形支撐劑材料具有至少10, 000鎊/平方英 寸的抗壓強(qiáng)度。
【專利摘要】一種相對(duì)低密度、高強(qiáng)度的圓形支撐劑材料，該材料具有(i)由粉煤灰和粘土或，在一些情況下，粉煤灰、粘土、以及鋁土礦的燒結(jié)混合物制成的一個(gè)圓形芯；和(ii)由燒結(jié)的鋁土礦制成的一個(gè)外殼，以及其制造方法。這些支撐劑材料可以用在油氣井的水力壓裂操作中。
【IPC分類】C23F11/18
【公開號(hào)】CN105358738
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201480038639
【發(fā)明人】拉爾夫·恩德勒
【申請(qǐng)人】艾普羅普有限公司
【公開日】2016年2月24日
【申請(qǐng)日】2014年8月13日
【公告號(hào)】CA2919706A1, EP3036354A1, US20150057198, WO2015026585A1