陶粒油氣壓裂支撐劑及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種利用固廢陶粒砂制備陶粒油氣壓裂支撐劑及其制備方法，屬于陶瓷材料和油氣田壓裂施工開采用支撐劑【技術(shù)領(lǐng)域】。本發(fā)明以固體廢棄陶粒砂、鋁礬土、MnO2和白云石為原料，固廢陶粒砂、鋁礬土、MnO2和白云石的重量百分比分別為：15～25％、70～80％、1～3％和2～4％，四者之和為100％。按配比配料后添加適量粘結(jié)劑混合均勻，加入混合料10～15wt.％的水或水溶液造粒，篩選所需規(guī)格球粒干燥并高溫?zé)Y(jié)制備主晶相為Al2O3、次晶相為莫來石3Al2O3·2SiO2的復(fù)相陶粒油氣壓裂支撐劑。本發(fā)明既可低成本制備氧化鋁/莫來石復(fù)相陶粒油氣壓裂支撐劑，又可減小固廢陶粒砂的污染且實(shí)現(xiàn)其綜合利用。
【專利說明】陶粒油氣壓裂支撐劑及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】:
[0001]本發(fā)明涉及一種利用固廢陶粒砂制備的陶粒油氣壓裂支撐劑及其制備方法，屬于陶瓷材料和油氣田壓裂施工開采用支撐劑【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】:
[0002]固廢陶粒砂是陶粒油氣壓裂支撐劑生產(chǎn)廠家排放的一些不合格產(chǎn)品及產(chǎn)品中附帶的細(xì)小粉料，主要化學(xué)成分為Al203、Si02、Fe203及Ti02。目前，該固體廢棄物大多堆放在廠區(qū)內(nèi)或傾倒于周圍的坑洼處，隨著雨雪的浸濕，其逐漸發(fā)生粉化，并且粉化后的細(xì)度較小，極易造成周邊粉塵污染，這不僅造成環(huán)境污染嚴(yán)重，還占用大量的土地資源，同時(shí)導(dǎo)致了大量氧化鋁資源的浪費(fèi)。
[0003]油氣壓裂支撐劑是石油、天然氣低滲透油氣井及頁巖氣藏開采壓裂施工的關(guān)鍵材料，是一種具有高附加值特征的產(chǎn)品。油氣壓裂支撐劑的功能在于停止泵注后，支撐裂縫的兩壁并抵御油氣井因巖石挫動(dòng)而彌合輸油管道，提高油層的滲透能力，增加產(chǎn)油量和延長油氣井服務(wù)年限。現(xiàn)今，國內(nèi)主要使用的油氣壓裂支撐劑有天然石英砂和高溫?zé)Y(jié)陶粒砂，近年來，隨著石油、天然氣的開采難度加大、開采深度增加，以及國內(nèi)即將爆發(fā)頁巖氣開采革命，石英砂已不能滿足市場和壓裂作業(yè)的需求，因而急需大量性能良好的陶粒砂壓裂支撐劑。
[0004]目前，國內(nèi)外大多采用高品位鋁礬土或高嶺土為原料制備剛玉質(zhì)陶粒砂支撐劑，少數(shù)企業(yè)則通過往以上原料中添加石英粉或通過不同原料配比制備出剛玉/莫來石質(zhì)或莫來石質(zhì)陶粒砂油氣壓裂支撐劑，其性能良好，能滿足當(dāng)前壓裂施工技術(shù)所需要求。但隨著陶粒砂壓裂支撐劑的快速發(fā)展和大量需求，高品位鋁礬土和高嶺土的原料價(jià)位不斷飆升，致使陶粒砂油氣壓裂支撐劑的生產(chǎn)成本普遍高漲，間接加大了油氣開采壓裂施工的成本。同時(shí)，高品位鋁礬土或高嶺土制備陶粒砂所需燒成溫度較高，一般高于1450°C，隨著天然氣等能源的價(jià)格不斷上調(diào)，在一定程度上增加了陶粒油氣壓裂支撐劑的生產(chǎn)成本。
[0005]針對目前陶粒砂壓裂支撐劑市場需求量大和商業(yè)生產(chǎn)成本高昂現(xiàn)狀，本發(fā)明以低品位的鋁礬土礦、陽泉市長青石油壓裂支撐劑有限公司及周邊企業(yè)的固廢陶粒砂、白云石、MnO2為原材料，采用常壓固相反應(yīng)燒結(jié)法在較低溫度下制備了氧化鋁/莫來石復(fù)相陶粒油氣壓裂支撐劑。該制備方法通過利用低品位鋁礬土和固體廢棄物陶粒砂大幅降低了制備氧化鋁/莫來石復(fù)相陶粒油氣壓裂支撐劑原材料的成本；其次，以固廢陶粒砂為原料，添加白云石和MnO2，可以將燒成溫度降低到1240~1380°C，致使陶粒油氣壓裂支撐劑制備生產(chǎn)中在能源消耗與設(shè)備高溫?fù)p耗方面節(jié)約大量開支；除此之外，循環(huán)利用固廢陶粒砂可以緩解鋁礬土礦資源壓力、改善陶粒油氣壓裂支撐劑企業(yè)內(nèi)部及周邊的粉塵污染情況，為固廢陶粒砂的綜合處理與合理利用提供一條新的技術(shù)路線。該氧化鋁/莫來石復(fù)相陶粒油氣壓裂支撐劑的制備工藝簡單、成本偏低，產(chǎn)品抗破碎能力強(qiáng)，酸溶解度、圓球度、濁度等指標(biāo)均滿足中華人民共和國石油天然氣行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SY/T5108-2006的要求。
【發(fā)明內(nèi)容】
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[0006]本發(fā)明目的在于利用固廢陶粒砂制備性能良好的氧化鋁/莫來石復(fù)相陶粒油氣壓裂支撐劑，提供一種氧化鋁/莫來石復(fù)相陶粒油氣壓裂支撐劑的制備方法，采用固廢陶粒砂、鋁礬土礦、白云石和MnO2為原材料制備氧化鋁/莫來石復(fù)相陶粒油氣壓裂支撐劑，既可以以低成本制備氧化鋁/莫來石復(fù)相陶粒油氣壓裂支撐劑，又可以在一定程度上緩解鋁礬土礦資源壓力，還可以改善固廢陶粒砂造成的粉塵污染現(xiàn)狀，同時(shí)有效合理的實(shí)現(xiàn)了固廢陶粒砂的綜合利用。
[0007]本發(fā)明技術(shù)方案如下:
[0008]一種復(fù)相陶粒油氣壓裂支撐劑，該復(fù)相陶粒油氣壓裂支撐劑的主要物相為氧化鋁Al2O3、次要物相為莫來石A3S2 ;該復(fù)相的主要化學(xué)成份為=Al2O3含量65~80wt.%，3102含量約7~15wt.*%,Fe203含量約8~IOwt.%,其他TiO2和MnO2等雜質(zhì)含量不超過IOwt.%。
[0009]一種利用固體廢棄陶粒砂制備氧化鋁/莫來石復(fù)相陶粒油氣壓裂支撐劑的方法，該方法包括如下步驟:1)將鋁礬土礦、固廢陶粒砂、白云石分別磨粉至粒徑小于325目標(biāo)準(zhǔn)篩的篩孔尺寸，得到原材料；2)將上述原材料與MnO2、粘結(jié)劑按一定比例進(jìn)行配比并進(jìn)行均勻混合，得到混合粉料；3)將上述混合粉料置于造粒機(jī)中并添加混合粉料10~15wt.%的水或水溶液進(jìn)行造粒，并篩選出所需規(guī)格的球粒；4)將上述球粒進(jìn)行窯爐干燥，得到半成品；5)將上述半成品按一定速率緩慢加入高溫回轉(zhuǎn)窯內(nèi)在空氣氛圍內(nèi)進(jìn)行常壓高溫?zé)Y(jié)，回轉(zhuǎn)窯排料口的燒成溫度為1240°C~1380°C，半成品于回轉(zhuǎn)窯內(nèi)燒結(jié)滯留時(shí)間為4h，得到高溫陶粒砂油氣壓裂支撐劑成品；6)將上述高溫油氣壓裂支撐劑成品急速冷卻后提升至儲(chǔ)料倉并進(jìn)行篩分包裝，即得到氧化鋁/莫來石復(fù)相陶粒油氣壓裂支撐劑。
[0010]所述鋁礬土的Al2O3含量為58~73wt.%，SiO2含量為8~IOwt.%，F(xiàn)e2O3含量為3~6wt.%，其添加量為70~80wt.% ;固廢陶粒砂的Al2O3含量為60~75wt.%, SiO2含量為6~25wt.%, Fe2O3含量`為15~22wt.%，其添加量為15~25wt.% ；Mn02添加量為I~3wt.% ；白云石的CaO含量約30wt.%, MgO含量約20wt.%, CO2含量約50wt.%,其添加量為2~4wt.%。
[0011]本發(fā)明所述的氧化鋁/莫來石復(fù)相陶粒油氣壓裂支撐劑及其制備方法，既可以降低制備氧化鋁/莫來石復(fù)相陶粒油氣壓裂支撐劑的成本，又可以實(shí)現(xiàn)固廢陶粒砂的綜合利用，還可得到抗破碎能力強(qiáng)，酸溶解度、圓球度、濁度等指標(biāo)均滿足中華人民共和國石油天然氣行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SY/T5108-2006要求的復(fù)相陶粒油氣壓裂支撐劑。
【具體實(shí)施方式】:
[0012]下面結(jié)合實(shí)施實(shí)例對本發(fā)明做詳細(xì)說明:本實(shí)施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施例。
[0013]本發(fā)明的原料為:陽泉市長青石油壓裂支撐劑有限公司及周邊企業(yè)排放的固廢陶粒砂、鋁礬土礦、MnO2和白云石。所述固廢陶粒砂主要成份為=Al2O3含量為60~75wt.%,SiO2含量為6~25wt.%, Fe2O3含量為15~22wt.%，其添加量為15~25wt.% ;鋁礬土的Al2O3含量為58~73wt.%，SiO2含量為8~IOwt.%，F(xiàn)e2O3含量為3~6wt.%，其添加量為70~80wt.% ；Mn02添加量為I~3wt.% ;白云石的CaO含量約30wt.%，MgO含量約20wt.%, CO2含量約50wt.%，其添加量為2~4wt.%。利用本發(fā)明中的工藝方法制備出的氧化鋁/莫來石復(fù)相陶粒油氣壓裂支撐劑的圓球度均為0.9，體密度介于1.48~1.65g.cm-3，視密度介于2.92~3.02g.cm-3，濁度〈60FUT，酸溶解度<5%,52MPa下破碎率小于8%, 60MPa閉合壓裂下的導(dǎo)流能大于60 μ m2.cm。
[0014]實(shí)施例1:
[0015]將鋁礬土礦、固廢陶粒砂、白云石分別磨粉至粒徑小于325目標(biāo)準(zhǔn)篩的篩孔尺寸，按照重量百分比鋁礬土礦74%、固廢陶粒砂20%、Mn023%和白云石3%配料，并添加適量塑化劑進(jìn)行充分混料，然后添加15%的水或水溶液進(jìn)行造粒,篩選出20-40目的球體進(jìn)行干燥得到半成品，將半成品分別于1240°C、1260°C、1290°C、1320°C、1350°C下燒成，在產(chǎn)品急速冷卻并篩分后得到20-40目的氧化鋁/莫來石復(fù)相陶粒油氣壓裂支撐劑 。
[0016]制備的氧化鋁/莫來石復(fù)相陶粒油氣壓裂支撐劑，主次物相分別是氧化鋁和莫來石，1240 V、1260 V、1290 V、1320 V、1350 V下燒成的陶粒油氣壓裂支撐劑的圓球度均為
0.9，濁度均小于60UFT，酸溶解度介于3~5%，體密度分別為1.48g.cm_3、1.52g.cm_3、
1.60g.cm 3、1.64g.cm 3、1.65g.cm 3,視密度分別為 2.92g.cm 3、2.94g.cm 3、2.98g.cm 3、3.0Og.cm'3.02g.cnT3，52MPa 下的破碎率分別為 3.94 %,2.63 %,2.53 %,3.51
3.49%, 6OMPa 閉合壓力下導(dǎo)流能力分別為 71.47 μ m2.cm、75.30 μ m2.cm、78.58 μ m2.cm、72.54 μ m2.cm、69.85 μ m2.cm。
[0017]實(shí)施例2:
[0018]將鋁礬土礦、固廢陶粒砂、白云石分別磨粉至粒徑小于325目標(biāo)準(zhǔn)篩的篩孔尺寸，按照重量百分比鋁礬土礦70%、固廢陶粒砂25%、Mn021%和白云石4%配料，并添加適量塑化劑進(jìn)行充分混料，然后添加13%的水或水溶液進(jìn)行造粒，篩選出20-40目的球體進(jìn)行干燥得到半成品，將半成品于1310°C下燒成，在產(chǎn)品急速冷卻并篩分后得到20-40目的氧化鋁/莫來石復(fù)相陶粒油氣壓裂支撐劑。
[0019]制備的氧化鋁/莫來石復(fù)相陶粒油氣壓裂支撐劑，主次物相分別是氧化鋁和莫來石，陶粒油氣壓裂支撐劑的圓球度均為0.9，濁度小于60UFT，酸溶解度小于5%，體密度為1.62g.cnT3，視密度為3.0lg.Cm_3，52MPa下的破碎率為3.89%,60MPa閉合壓力下導(dǎo)流能力為 67.67 μ m2.cm。
[0020]實(shí)施例3:
[0021]將鋁礬土礦、固廢陶粒砂、白云石分別磨粉至粒徑小于325目標(biāo)準(zhǔn)篩的篩孔尺寸，按照重量百分比鋁礬土礦80 %、固廢陶粒砂15 %、Mn023 %和白云石2 %配料，并添加適量塑化劑進(jìn)行充分混料，然后添加10%的水或水溶液進(jìn)行造粒,篩選出20-40目的球體進(jìn)行干燥得到半成品，將半成品于1380°C下燒成，在產(chǎn)品急速冷卻并篩分后得到20-40目的氧化鋁/莫來石復(fù)相陶粒油氣壓裂支撐劑。
[0022]制備的氧化鋁/莫來石復(fù)相陶粒油氣壓裂支撐劑，主次物相分別是氧化鋁和莫來石，陶粒油氣壓裂支撐劑的圓球度均為0.9，濁度小于60UFT，酸溶解度小于5%，體密度為
1.61g.cnT3，視密度為3.0Og.Cm_3，52MPa下的破碎率為7.47%,60MPa閉合壓力下導(dǎo)流能力為 60.63 μ m2.cm。
[0023]實(shí)施例4:
[0024]將鋁礬土礦、固廢陶粒砂、白云石分別磨粉至粒徑小于325目標(biāo)準(zhǔn)篩的篩孔尺寸，按照重量百分比鋁礬土礦76 %、固廢陶粒砂20 %、Mn022 %和白云石2 %配料，并添加適量塑化劑進(jìn)行充分混料，然后添加14%的水或水溶液進(jìn)行造粒,篩選出20-40目的球體進(jìn)行干燥得到半成品，將半成品于1360°C下燒成，在產(chǎn)品急速冷卻并篩分后得到20-40目的氧化鋁/莫來石復(fù)相陶粒油氣壓裂支撐劑。
[0025]制備的氧化鋁/莫來石復(fù)相陶粒油氣壓裂支撐劑，主次物相分別是氧化鋁和莫來石，陶粒油氣壓裂支撐劑的圓球度均為0.9，濁度小于60UFT，酸溶解度小于5%，體密度為1.60g ? cnT3，視密度為2.99g ? cnT3，52MPa下的破碎率為6.07%,60MPa閉合壓力下導(dǎo)流能力為 62.54 u m2 ? cm。
【權(quán)利要求】
1.一種復(fù)相陶粒油氣壓裂支撐劑，其特征在于:該復(fù)相陶粒油氣壓裂支撐劑的主要物相為氧化招Al2O3、次要物相為莫來石A3S2 ;該復(fù)相的主要化學(xué)成份為:A1203含量65~.80wt.%，SiO2含量約7~15wt.%，F(xiàn)e2O3含量約8~IOwt.%，其他TiO2和MnO2等雜質(zhì)含量不超過IOwt.%。
2.一種利用固體廢棄陶粒砂制備氧化鋁/莫來石復(fù)相陶粒油氣壓裂支撐劑的方法，其特征在于，該方法包括如下步驟: . 1)將鋁礬土礦、固廢陶粒砂、白云石分別磨粉至粒徑小于325目標(biāo)準(zhǔn)篩的篩孔尺寸，得到原材料； . 2)將上述原材料與MnO2、粘結(jié)劑按一定比例進(jìn)行配比并進(jìn)行均勻混合，得到混合粉料；. 3)將上述混合粉料置于造粒機(jī)中并添加混合粉料10~15wt.%的水或水溶液進(jìn)行造粒，并篩選出所需規(guī)格的球粒； . 4)將上述球粒進(jìn)行窯爐干燥，得到半成品；. 5)將上述半成品按一定速率緩慢加入高溫回轉(zhuǎn)窯內(nèi)在空氣氛圍內(nèi)進(jìn)行常壓高溫?zé)Y(jié)，回轉(zhuǎn)窯排料口的燒成溫度為1240°C~1380°C，半成品于回轉(zhuǎn)窯內(nèi)燒結(jié)滯留時(shí)間為4h，得到高溫陶粒砂油氣壓裂支撐劑成品； . 6)將上述高溫油氣壓裂支撐劑成品急速冷卻后提升至儲(chǔ)料倉并進(jìn)行篩分包裝，即得到氧化鋁/莫來石復(fù)相陶粒油氣壓裂支撐劑。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述制備氧化鋁/莫來石復(fù)相陶粒油氣壓裂支撐劑的方法，其特征是: 所述鋁礬土的Al2O3含量為58~73wt.%,Si02含量為8~IOwt.%,Fe2O3含量為3~.6wt.%，其添加量為70~80wt.% ； 固廢陶粒砂的Al2O3含量為60~75wt.%，Si02含量為6~25wt.%，F(xiàn)e2O3含量為15~.22wt.%，其添加量為15~25wt.% ； MnO2添加量為I~3wt.% ； 白云石的CaO含量約30wt.%，MgO含量約20wt.%，CO2含量約50wt.%，其添加量為.2 ~4wt %。
【文檔編號】C09K8/80GK103525395SQ201310477445
【公開日】2014年1月22日 申請日期:2013年10月14日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月14日
【發(fā)明者】白頻波, 李占剛, 馬曉娟, 田玉明, 柴躍生 申請人:陽泉市長青石油壓裂支撐劑有限公司, 陽泉中庸陶粒有限公司, 太原科技大學(xué)