專利名稱：一種高強(qiáng)度、高密度陶粒支撐劑及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種石油、天然氣井壓裂工藝使用的支撐劑制備方法，特別是一種高強(qiáng)度、高密度陶粒支撐劑及其制備方法
背景技術(shù)：
石油壓裂支撐劑(陶粒砂)是一種陶瓷顆粒產(chǎn)品，具有很高的壓裂強(qiáng)度，主要用于油田井下支撐，以增加石油天然氣的產(chǎn)量，屬環(huán)保產(chǎn)品。此產(chǎn)品是天然石英砂、玻璃球、金屬球等中低強(qiáng)度支撐劑的替代品，對增產(chǎn)石油天然氣有良好效果。石油天然氣深井開采時，高閉合壓力低滲透性礦床經(jīng)壓裂處理后，使含油氣巖層裂開，油氣從裂縫形成的通道中匯集而出。用石油壓裂支撐劑隨同高壓溶液進(jìn)入地層充填 在巖層裂隙中，起到支撐裂隙不因應(yīng)力釋放而閉合的作用，從而保持高導(dǎo)流能力，使油氣暢通，增加產(chǎn)量。實(shí)踐證明，使用石油壓裂支撐劑壓裂的油井可提高產(chǎn)量30-50%，還能延長油氣井服務(wù)年限，是石油、天然氣低滲透油氣井開采、施工的關(guān)鍵材料。產(chǎn)品應(yīng)用于深井壓裂施工時，將其填充到低滲透礦床的巖層裂隙中，進(jìn)行高閉合壓裂處理，使含油氣巖層裂開，起到支撐裂隙不因應(yīng)力釋放而閉合，從而保持油氣的高導(dǎo)流能力，不但能增加油氣產(chǎn)量，而且更能延長油氣井服務(wù)年限。在油氣田勘探開發(fā)過程中，尤其是低滲、特低滲油氣田，油開發(fā)和老油氣井的改造中，壓裂已成為增產(chǎn)與提高采收率的主要手段。支撐劑是油氣深井、超深井壓裂工藝的關(guān)鍵材料，對提高油氣產(chǎn)量和延長油、氣井的使用壽命起著重要作用。特別是86Mpa破碎率〈10%，視密度>3. 35的高強(qiáng)度、高密度陶粒支撐劑基本上是國外進(jìn)口。另外該類產(chǎn)品大都采用經(jīng)過600-100(TC焙燒后的鋁礬土作基料，并且生產(chǎn)高強(qiáng)度、高密度陶粒支撐劑添加的輔料成分復(fù)雜，存在著制作成本高，能源消耗高，資源的利用率低等缺陷。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種高強(qiáng)度、高密度陶粒支撐劑。本發(fā)明的目的在于提供一種強(qiáng)度、高密度陶粒支撐劑的制備方法。本發(fā)明在現(xiàn)有制造陶粒的方法基礎(chǔ)上，采用未經(jīng)焙燒的鋁礬土生礦，通過改進(jìn)原輔料的成分和配比，以及控制粉料的細(xì)度和燒結(jié)溫度得到抗壓強(qiáng)度高，密度高，圓球度好的的陶粒支撐劑。本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)一種高強(qiáng)度、高密度陶粒支撐劑，其特征在于按重量份計，該支撐劑包括以下原料生帆土 100份、二氧化猛1-8份、錯英砂O. 5-5份、氧化鎖2_10份和鋒粉2_10份。該配方中生礬土為基料，二氧化錳(Μη02)、鋯英砂、氧化鋇(BaO)和鋅粉(Zn)為輔料。輔料中的氧化鋇起降低酸溶的作用，鋅粉起助熔作用，鋯英砂起增加體積密度，降低破碎率的作用。所述生礬土中Al2O3的質(zhì)量百分含量彡75%，所述的生礬土為未經(jīng)煅燒的鋁礬土。所述鋯英砂為主要化學(xué)組成為ZrO2和SiO2的礦物，其中ZrO2的質(zhì)量百分含量為60%飛6%。配方中的基料和輔料越細(xì)越好，但是使用過細(xì)的基料輔料會增加產(chǎn)品的成本。所以所述生礬土的粒度優(yōu)選為325飛00目；二氧化錳的粒度優(yōu)選為325飛00目；鋯英砂的粒度優(yōu)選為325 800目；氧化鋇的粒度優(yōu)選為325 800目；鋅粉的粒度優(yōu)選為325 800目。上述的高強(qiáng)度、高密度陶粒支撐劑，采用以下步驟制備(I)將生礬土、二氧化錳、鋯英砂、氧化鋇和鋅粉混合均勻得到混合物料；(2)將混合物料投入到造粒機(jī)中制粒，得到陶粒坯體；使用噴霧法加水,加水量為混合物料重量的10% 20% ；(3)將陶粒坯體篩分后烘干，然后在1300-1400°C下煅燒保溫O. 5^4小時，得到高強(qiáng)度、高密度陶粒支撐劑。
上述的高強(qiáng)度、高密度陶粒支撐劑的制備方法，包括以下步驟(I)將生礬土、二氧化錳、鋯英砂、氧化鋇和鋅粉混合均勻得到混合物料；(2)將混合物料投入到造粒機(jī)中制粒，得到陶粒坯體；使用噴霧法加水,加水量為混合物料重量的10% 20% ；(3)將陶粒坯體篩分后烘干，然后在1300-1400°C下煅燒保溫O. 5^4小時，得到高強(qiáng)度、高密度陶粒支撐劑。 本發(fā)明中所述的基料和輔料市場有售，均可購買獲得。本發(fā)明的有益效果與現(xiàn)有技術(shù)比較，本發(fā)明改進(jìn)了原、輔料成分和配比，特別是采用了未經(jīng)焙燒的鋁礬土為原料，極大地降低了對能源和資源的浪費(fèi)，提高了對資源的合理利用率，并且采用了較低的燒成溫度范圍，大大降低了能耗。制造出來的產(chǎn)品權(quán)威機(jī)構(gòu)檢測抗壓強(qiáng)度達(dá)到在86Mpa閉合壓力下成品破碎率〈10%，視密度>3. 35g/cm3，酸溶解度彡5%，具有產(chǎn)品抗壓強(qiáng)度高、視密度高、圓球度好，工藝簡單，制造成本低的特點(diǎn)。對合理利用資源，降低能耗起到了積極的作用。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例I按重量份計，陶粒支撐劑的原料為生礬土 100份、二氧化錳4份、鋯英砂2份、氧化鋇6份和鋅粉6份。所述生礬土中Al2O3的質(zhì)量百分含量> 75%。所述鋯英砂中ZrO2的質(zhì)量百分含量為 65%。所述生礬土的粒度為325目；二氧化錳的粒度為400目；鋯英砂的粒度為400目；氧化鋇的粒度為400目；鋅粉的粒度為400目。采用以下步驟制備(I)將生礬土、二氧化錳、鋯英砂、氧化鋇和鋅粉在攪拌機(jī)中充分?jǐn)嚢杌旌暇鶆虻玫交旌衔锪希?2)將混合物料投入到造粒機(jī)中制粒，得到陶粒坯體(成型粒徑為O. 45-0. 9mm,圓球度> O. 9);使用噴霧法加水，加水量為混合物料重量的15% ；(3)將陶粒坯體篩分后烘干，然后在1300°C下煅燒保溫3小時，得到高強(qiáng)度、高密度陶粒支撐劑。實(shí)施例2 按重量份計，陶粒支撐劑的原料為生礬土 100份、二氧化錳7份、鋯英砂4份、氧化鋇9份和鋅粉9份。所述生礬土中Al2O3的質(zhì)量百分含量> 75%。所述鋯英砂中ZrO2的質(zhì)量百分含量為 65%。所述生礬土的粒度為325目；二氧化錳的粒度為400目；鋯英砂的粒度為400目；氧化鋇的粒度為400目；鋅粉的粒度為400目。采用以下步驟制備(I)將生礬土、二氧化錳、鋯英砂、氧化鋇和鋅粉在攪拌機(jī)中充分?jǐn)嚢杌旌暇鶆虻玫交旌衔锪希?2)將混合物料投入到造粒機(jī)中制粒，得到陶粒坯體(成型粒徑為O. 45-0. 9mm,圓球度> O. 9);使用噴霧法加水，加水量為混合物料重量的15% ；(3)將陶粒坯體篩分后烘干，然后在1300°C下煅燒保溫3小時，得到高強(qiáng)度、高密度陶粒支撐劑。實(shí)施例3按重量份計，陶粒支撐劑的原料為生礬土 100份、二氧化錳2份、鋯英砂I份、氧化鋇3份和鋅粉3份。所述生礬土中Al2O3的質(zhì)量百分含量> 75%。所述鋯英砂中ZrO2的質(zhì)量百分含量為 65%。所述生礬土的粒度為325目；二氧化錳的粒度為400目；鋯英砂的粒度為400目；氧化鋇的粒度為400目；鋅粉的粒度為400目。采用以下步驟制備(I)將生礬土、二氧化錳、鋯英砂、氧化鋇和鋅粉在攪拌機(jī)中充分?jǐn)嚢杌旌暇鶆虻玫交旌衔锪希?2)將混合物料投入到造粒機(jī)中制粒，得到陶粒坯體(成型粒徑為O. 45-0. 9mm,圓球度> O. 9);使用噴霧法加水，加水量為混合物料重量的15% ；(3)將陶粒坯體篩分后烘干，然后在1360°C下煅燒保溫3小時，得到高強(qiáng)度、高密度陶粒支撐劑。實(shí)施例4按重量份計，陶粒支撐劑的原料為生礬土 100份、二氧化錳2份、鋯英砂5份、氧化鋇7份和鋅粉5份。所述生帆土中Al2O3的質(zhì)量百分含量> 75%。所述錯英砂中ZrO2的質(zhì)量百分含量為 65%。所述生礬土的粒度為325目；二氧化錳的粒度為400目；鋯英砂的粒度為400目；氧化鋇的粒度為400目；鋅粉的粒度為400目。采用以下步驟制備(I)將生礬土、二氧化錳、鋯英砂、氧化鋇和鋅粉在攪拌機(jī)中充分?jǐn)嚢杌旌暇鶆虻玫交旌衔锪希?br> (2)將混合物料投入到造粒機(jī)中制粒，得到陶粒坯體(成型粒徑為O. 45-0. 9mm,圓球度> O. 9);使用噴霧法加水，加水量為混合物料重量的15% ；(3)將陶粒坯體篩分后烘干，然后在1350°C下煅燒保溫2小時，得到高強(qiáng)度、高密度陶粒支撐劑。比較例I按重量份計，陶粒支撐劑的原料為煅燒后的鋁礬土 95份和二氧化錳5份。煅燒后的鋁礬土的粒度為325目；二氧化錳的粒度優(yōu)選為400目。采用以下步驟制備 ( I)將熟礬土、二氧化錳在攪拌機(jī)中充分?jǐn)嚢杌旌暇鶆虻玫交旌衔锪希?2)將混合物料投入到造粒機(jī)中制粒，得到陶粒坯體(成型粒徑為O. 45-0. 9mm,圓球度> O. 9);使用噴霧法加水，加水量為混合物料重量的15% ；(3)將陶粒坯體篩分后烘干，然后在1360°C下煅燒保溫3小時，得到陶粒支撐劑。表I實(shí)施例1-4和比較例I的支撐劑產(chǎn)品質(zhì)量檢測結(jié)果。
檢測項(xiàng)目I實(shí)施例I I實(shí)施例2 I實(shí)施例3 I實(shí)施例4 I比較例I
體積密度 g/cm3 ' I. 94 I. 96 I 93 ~98 I. 8686MPa 破碎率 _7.81 7. 35 8. 15 7 23 9.84圓度、0.9 >0.9 >0.9 >0.9 >0.9
球度_>0.9 >0.9 >0.9 >0.9 >0.9
濁度 NTV'45. 3 45.2 45.4 45. I 61.0
酸溶度％_4.91 4. 76 5~82 7.01
視密度 g/cm3 丨3· 45 丨3· 46 丨3· 44 丨3· 48 丨3· 3權(quán)利要求
1.一種高強(qiáng)度、高密度陶粒支撐劑，其特征在于按重量份計，該支撐劑包括以下原料生帆土 100份、二氧化猛1-8份、錯英砂O. 5-5份、氧化鎖2_10份和鋒粉2_10份。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的高強(qiáng)度、高密度陶粒支撐劑，其特征在于所述生礬土中Al2O3的質(zhì)量百分含量彡75% ;所述鋯英砂中ZrO2的質(zhì)量百分含量為60°/Γ66%。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的高強(qiáng)度、高密度陶粒支撐劑，其特征在于所述生礬土的粒度為325飛00目；二氧化錳的粒度為325飛00目；鋯英砂的粒度為325 800目；氧化鋇的粒度為325 800目；鋅粉的粒度為325 800目。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任意一項(xiàng)所述的高強(qiáng)度、高密度陶粒支撐劑，其特征在于采用以下步驟制備 (1)將生礬土、二氧化錳、鋯英砂、氧化鋇和鋅粉混合均勻得到混合物料； (2)將混合物料投入到造粒機(jī)中制粒，得到陶粒坯體；使用噴霧法加水，加水量為混合物料重量的10% 20% ； (3)將陶粒坯體篩分后烘干，然后在1300-1400°C下煅燒保溫O.5 4小時，得到高強(qiáng)度、高密度陶粒支撐劑。
5.權(quán)利要求1-4中任意一項(xiàng)所述的高強(qiáng)度、高密度陶粒支撐劑的制備方法，其特征在于包括以下步驟 (1)將生礬土、二氧化錳、鋯英砂、氧化鋇和鋅粉混合均勻得到混合物料； (2)將混合物料投入到造粒機(jī)中制粒，得到陶粒坯體；使用噴霧法加水，加水量為混合物料重量的10% 20% ； (3)將陶粒坯體篩分后烘干，然后在1300-1400°C下煅燒保溫O.5^4小時，得到高強(qiáng)度、高密度陶粒支撐劑。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種高強(qiáng)度、高密度陶粒支撐劑及其制備方法。該支撐劑包括以下原料生礬土100份、二氧化錳1-8份、鋯英砂0.5-5份、氧化鋇2-10份和鋅粉2-10份。與現(xiàn)有技術(shù)比較，本發(fā)明改進(jìn)了原、輔料成分和配比，特別是采用了未經(jīng)焙燒的鋁礬土為原料，極大地降低了對能源和資源的浪費(fèi)，提高了對資源的合理利用率，并且采用了較低的燒成溫度范圍，大大降低了能耗。制造出來的產(chǎn)品權(quán)威機(jī)構(gòu)檢測抗壓強(qiáng)度達(dá)到在86MPa閉合壓力下成品破碎率<10%，視密度>3.35g/cm3，酸溶解度≤5%，具有產(chǎn)品抗壓強(qiáng)度高、視密度高、圓球度好，工藝簡單，制造成本低的特點(diǎn)。對合理利用資源，降低能耗起到了積極的作用。
文檔編號C09K8/80GK102899018SQ201210433449
公開日2013年1月30日 申請日期2012年11月1日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月1日
發(fā)明者黃錫明 申請人:宜興市騰飛陶粒制造有限公司