本發(fā)明屬于煤層氣開采技術領域，具體涉及一種煤層氣水力壓裂開采中使用的陶粒支撐劑及其制備方法。
背景技術：
支撐劑是用于低滲透油氣藏的水力壓裂開采技術中的關鍵材料，它在水力壓裂過程中由壓裂液攜帶并利用高壓手段注入裂縫中，當壓裂液不斷延伸到裂縫時將支撐劑堆積在裂縫中，形成一條具有高導流能力的裂縫使得油氣由裂縫深處流向井底。
自從水力壓裂技術成功開發(fā)以來，支撐劑材料也經(jīng)歷了由天然石英砂過渡為以陶粒砂與樹脂覆膜砂為代表的人造支撐劑。天然硅線石與方石英砂雖然易獲得、成本低，但是其抗破碎能力低且圓球度相對較差限制了其適用范圍。陶粒砂是經(jīng)過特定配方、成球后，采用固態(tài)燒結(jié)的方法制得的一種陶瓷球。相比于天然硅線石與方石英砂具有優(yōu)越的抗破碎性能與圓球度；同時相比于樹脂覆膜砂其制造工藝簡單易行的優(yōu)點。因此發(fā)展陶粒砂作為支撐劑具有更佳的可能性與實用性。
由于當前國際社會能源結(jié)構的調(diào)整，“采煤之前先采氣”被提上政府工作議程。源于煤層氣開采的緊迫性與安全性，開發(fā)適用于煤層氣的水力壓裂開采作業(yè)中的、性能與價格比最佳的經(jīng)濟型陶粒支撐劑也變得迫在眉睫。針對目前大多使用高品位鋁礬土作為原料，制得的陶粒支撐劑雖然保證了高強度，破碎率降低，但是陶粒的密度也隨之升高，尤其視密度升高會降低壓裂液的攜帶能力，造成壓裂施工成本的上升。而且高品位鋁礬土本身的高成本也帶來陶粒價格居高不下。如果將此類以高品位鋁礬土為原料制造的高強度陶粒砂用于煤層氣的開采將是一種大材小用、資源浪費的局面，因為煤層氣的儲層相對較淺，低密中強陶粒砂才是最適宜的支撐劑材料
技術實現(xiàn)要素：
本發(fā)明目的是提供一種煤層氣水力壓裂開采中使用的陶粒支撐劑及其制備方法，可有效的克服現(xiàn)有技術中存在的缺點。
本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的：本發(fā)明所述的陶粒支撐劑是以二級乙等鋁礬土與木節(jié)土為原料，以錳礦粉為添加劑，采用固態(tài)燒結(jié)法制得陶瓷球體。其中鋁礬土含量為55-85wt.％，木節(jié)土含量為10-40wt.％，錳礦粉含量不超過10wt.％，三者質(zhì)量分數(shù)相加為100％。
該陶粒支撐劑的制備方法是：
(1)以鋁礬土礦、木節(jié)土礦為原料，將其粉磨至粒徑小于0.048mm；
(2)將上述粉末原料中加入不超過10wt.％的錳礦粉，稱量并混合均勻；
(3)將上述混合粉料加入水或粘結(jié)劑的水溶液進行造粒，并篩選出所需規(guī)格的球坯；
(4)將上述球坯置于恒溫烘箱內(nèi)烘干，烘干溫度為80℃-100℃，烘干時間為2-4h；
(5)將上述烘干的球坯裝入瓷舟并置于燒結(jié)爐內(nèi)于1250℃-1350℃溫度范圍內(nèi)燒結(jié)成陶瓷球，燒結(jié)時間為3h；
(6)將上述高溫燒結(jié)得到的陶瓷球隨爐冷卻后取出，即得到以莫來石為主晶相、硅線石與方石英相為次晶相的陶粒支撐劑。
上述鋁礬土礦中Al2O3的含量為57-65wt.％，SiO2含量為11-21wt.％，F(xiàn)e2O3含量為5-7wt.％；所述木節(jié)土礦中Al2O3的含量為25-28wt.％，SiO2含量為38-43wt.％，F(xiàn)e2O3含量為2.7-3.5wt.％；所述錳礦粉中MnO2的含量為53-57wt.％，Al2O3的含量為4-5wt.％，SiO2含量為17-19wt.％，F(xiàn)e2O3含量為12-14wt.％，CaO的含量為1.5-1.8wt.％，MgO含量為0.5-0.8wt.％，F(xiàn)e2O3含量為5-7wt.％，雜質(zhì)含量不超過5wt.％。
上造粒時加入的水或粘結(jié)劑的水溶液的量為10-15wt.％。
本發(fā)明優(yōu)點與積極效果是：本發(fā)明所述適用于煤層氣水力壓裂開采作業(yè)中的陶粒支撐劑及其制備方法，與現(xiàn)有陶粒支撐劑及制備技術相比，既使制造成本大幅降低，還實現(xiàn)低品位礦物的物盡其用的目的，同時獲得了抗破碎能力強，密度、圓球度、濁度等指標均滿足中華人民共和國石油天然氣行業(yè)標準SY/T5108-2006的要求，完全可以滿足煤層氣的水力壓裂開采之需。
具體實施方式
以下結(jié)合實例為本發(fā)明詳細說明：實施例在以本發(fā)明的技術方案為前提下進行實施，本發(fā)明的保護范圍不限于下列實施例。
實施例1-3：
將原料粉磨后過300目篩，按表1的質(zhì)量比分別配料，將混合粉料在愛力許強力混合機中加入15wt.％的粘結(jié)劑水溶液進行造粒，之后過18/35目篩選出所需規(guī)格的球坯，將球坯于100℃、保溫2h在恒溫烘箱內(nèi)烘干，將干燥的球坯裝入瓷舟并置于高溫燒結(jié)爐內(nèi)于1350℃燒結(jié)，保溫3h后隨爐冷卻，最后將燒結(jié)成的陶粒過20/40目篩選出尺寸合規(guī)的陶粒支撐劑。
所得陶粒支撐劑的物相為莫來石、硅線石與方石英，對它們的破碎率、體積密度、視密度、圓球度與濁度分別進行測試，結(jié)果見表1所示。通過對結(jié)果分析可知，隨著錳礦粉含量增加，陶粒支撐劑在35MPa下的破碎率呈降低趨勢，均不超過6.1％；體積密度與視密度略有升高，但都在中華人民共和國石油天然氣行業(yè)標準SY5108-2006的要求范圍內(nèi)(體積密度≤1.65g/cm3，視密度≤3g/cm3)，圓球度都>0.9，濁度都<60FTU。各項指標均滿足石油天然氣行業(yè)標準。
實施例4-6：
將原料粉磨后過300目篩，按表1的質(zhì)量比分別配料，將混合粉料在愛力許強力混合機中加入10wt.％的粘結(jié)劑水溶液進行造粒，之后過18/35目篩選出所需規(guī)格的球坯，將球坯于100℃、保溫2h在恒溫烘箱內(nèi)烘干，將干燥的球坯裝入瓷舟并置于高溫燒結(jié)爐內(nèi)于1350℃燒結(jié)，保溫3h后隨爐冷卻，最后將燒結(jié)成的陶粒過20/40目篩選出尺寸合規(guī)的陶粒支撐劑。
所得陶粒支撐劑的物相為莫來石、硅線石與方石英，對它們的破碎率、體積密度、視密度、圓球度與濁度分別進行測試，結(jié)果見表1所示。通過對結(jié)果分析可知，隨著錳礦粉含量增加，陶粒支撐劑在35MPa下的破碎率呈降低趨勢，都不超過6.7％；體積密度與視密度略有升高，但都在中華人民共和國石油天然氣行業(yè)標準SY5108-2006的要求范圍內(nèi)(體積密度≤1.65g/cm3，視密度≤3g/cm3)，圓球度都>0.9，濁度都<60FTU。各項指標均滿足石油天然氣行業(yè)標準。
實施例7-9：
將原料粉磨后過300目篩，按表1的質(zhì)量比分別配料，將混合粉料在糖衣機中加入15wt.％的水進行造粒，之后過18/35目篩選出所需規(guī)格的球坯，將球坯于80℃、保溫4h在恒溫烘箱內(nèi)烘干，將干燥的球坯裝入瓷舟并置于高溫燒結(jié)爐內(nèi)于1300℃燒結(jié)，保溫3h后隨爐冷卻，最后將燒結(jié)成的陶粒過20/40目篩選出尺寸合規(guī)的陶粒支撐劑。
所得陶粒支撐劑的物相為莫來石、硅線石與方石英，對它們的破碎率、體積密度、視密度、圓球度與濁度分別進行測試，結(jié)果見表1所示。通過對結(jié)果分析可知，隨著錳礦粉含量增加，陶粒支撐劑在35MPa下的破碎率呈降低趨勢，都不超過6.9％；體積密度與視密度略有升高，但都在中華人民共和國石油天然氣行業(yè)標準SY5108-2006的要求范圍內(nèi)(體積密度≤1.65g/cm3，視密度≤3g/cm3)，圓球度都>0.9，濁度都<60FTU。各項指標均滿足石油天然氣行業(yè)標準。
實施例10-12：
將原料粉磨后過300目篩，按表1的質(zhì)量比分別配料，將混合粉料在糖衣機中加入10wt.％的水進行造粒，之后過18/35目篩選出所需規(guī)格的球坯，將球坯于80℃、保溫4h在恒溫烘箱內(nèi)烘干，將干燥的球坯裝入瓷舟并置于高溫燒結(jié)爐內(nèi)于1250℃燒結(jié)，保溫3h后隨爐冷卻，最后將燒結(jié)成的陶粒過20/40目篩選出尺寸合規(guī)的陶粒支撐劑。
所得陶粒支撐劑的物相為莫來石、硅線石與方石英，對它們的破碎率、體積密度、視密度、圓球度與濁度分別進行測試，結(jié)果見表1所示。通過對結(jié)果分析可知，隨著錳礦粉含量增加，陶粒支撐劑在35MPa下的破碎率呈降低趨勢，都不超過7.1％；體積密度與視密度略有升高，但都在中華人民共和國石油天然氣行業(yè)標準SY5108-2006的要求范圍內(nèi)(體積密度≤1.65g/cm3，視密度≤3g/cm3)，圓球度都>0.9，濁度都<60FTU。各項指標均滿足石油天然氣行業(yè)標準。
表1