本發(fā)明屬于無機材料制備技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種低密度粉煤灰陶粒支撐劑及其制備方法。
背景技術(shù)：
壓裂支撐劑是在油氣的開采過程中使地底深處巖石保持開裂狀態(tài)的支撐物。油氣層開采深度不同，油氣性狀不同，對支撐劑的性能如強度，視密度，粒度大小的要求也不相同。通常，壓裂支撐劑要在具有足夠高的抗破碎能力前提下，具有較低的視密度，以利于降低壓裂成本，保證對壓裂縫填充的飽和度，同時提高油氣井產(chǎn)量。因此制備出廉價、低密度且具有高強度的壓裂支撐劑就變得尤為重要。
高如琴等人(粉煤灰基煤層壓裂支撐劑的研究[j]，硅酸鹽通報，2014，33(6)：1319-1322)以粉煤灰、鋁礬土、高嶺土、長石為原料，試制了高摻量粉煤灰燒結(jié)陶粒支撐劑，其具有低視密度、較好的圓球度和化學穩(wěn)定性好，但其強度較低僅能滿足煤層氣開采的需求。陳平等人(低密高強壓裂支撐劑的研究[j]，陜西科技大學學報，2014，32(1)：63-67)采用粉煤灰和煤矸石為主要原料燒結(jié)制備出低體積密度高強度的陶粒支撐劑，但是其燒結(jié)溫度仍然較高在1300℃以上。張勝杰等人(申請?zhí)枺?01310148261.3)發(fā)明了一種粉煤灰制石油壓裂支撐劑，由1wt％～60wt％的粉煤灰、1wt％～30wt％的鉀長石粉和鋁礬土粉原料制備而成，其具有較低的成本、低的燒結(jié)溫度和高強度，但是改法制備支撐劑的燒結(jié)時間較長需5h以上。李占剛等人(申請?zhí)枺?01010136972.5)發(fā)明了一種低密度陶粒支撐劑及其制備方法，其通過改變成型方式合成了具有內(nèi)芯和外殼的結(jié)核狀增強型的陶粒支撐劑，但是該法制備燒結(jié)溫度仍然較高達1300℃以上。以上這些報道和專利都是生產(chǎn)低密度支撐劑的有效方法，但是其仍然有這樣那樣的缺陷，仍然需要開發(fā)更為優(yōu)化的技術(shù)方法以滿足支撐劑應(yīng)用的需求。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點，提供一種低密度粉煤灰陶粒支撐劑及其制備方法，解決現(xiàn)有支撐劑在制備過程中無法實現(xiàn)對物料組成及燒結(jié)溫度的精確控制、不能使其工藝性能得到有效提高的技術(shù)問題。
本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的：
一種低密度粉煤灰陶粒支撐劑，包括內(nèi)核與外殼，所述內(nèi)核包括50％～89％的鋁礬土、8％～45％的粉煤灰、1％～6％的錳礦粉和0％～5％的助熔劑，所述內(nèi)核直徑為180～250μm；所述外殼包括50％～89％的鋁礬土、8％～45％的粉煤灰、1％～6％的錳礦粉和1％～5％的白云石，所述外殼直徑為380～830μm。
進一步地，所述助熔劑包括碳酸鈉、碳酸氫鈉和碳酸鉀的一種或多種。
進一步地，所述低密度粉煤灰陶粒支撐劑的體積密度≤1.39g/cm3、視密度≤2.66g/cm3。
一種低密度粉煤灰陶粒支撐劑的制備方法，包括如下步驟：
1)、取50％～89％的鋁礬土、8％～45％的粉煤灰、1％～6％的錳礦粉和0％～5％的助熔劑放入滾筒球磨機中進行均勻和細化處理后得到組份1混合料；
2)、取50％～89％的鋁礬土、8％～45％的粉煤灰、1％～6％的錳礦粉和1％～5％的白云石放入滾筒球磨機中進行均勻和細化處理后得到組份2混合料；
3)、將組份1混合料放入強力混合機內(nèi)進行攪拌，在攪拌過程中每次向強力混合機中以噴霧方式加入少量水，填加若干次直到球粒表面沒有毛刺、球形勻稱為止，其中總加水量為混合物料重量的10％～18％，制得內(nèi)核坯體；
4)、制得的內(nèi)核坯體烘干后進行一次篩分，得到粒徑為180～250μm的內(nèi)核坯球；
5)、將上述內(nèi)核坯球和組份2混合料一同加入糖衣機中，在750r/min轉(zhuǎn)速下翻滾8～10min，在翻滾過程中每次以噴霧方式向糖衣機內(nèi)加入少量水，填加若干次直到球粒表面沒有毛刺、球形勻稱為止，制得陶粒坯體；
6)、制得的陶粒坯體烘干后進行二次篩分，得到直徑為380～830μm的陶粒坯球；
7)、將上述陶粒坯球在1150～1250℃下進行燒結(jié)1～2h，冷卻后進行三次篩分，即可得到低密度粉煤灰陶粒支撐劑。
本發(fā)明中融入了復合材料理念，所述陶粒支撐劑具有復合層狀結(jié)構(gòu)；采用了化工原料碳酸鈉、碳酸氫鈉和碳酸鉀等作為助熔劑，可以更精確的控制物料組成及燒結(jié)溫度，從而達到對所得陶粒支撐劑性能更好的調(diào)控；在沒有大幅增加制備工藝復雜程度的基礎(chǔ)上可有效的協(xié)調(diào)陶粒支撐劑的性能和成本滿足不同的應(yīng)用領(lǐng)域需求。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有性能好、工藝過程簡單、操作方便等優(yōu)點。
具體實施方式
下面結(jié)合實施例對本發(fā)明做詳細說明：本實施例是以本發(fā)明技術(shù)方案為前提進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護范圍不限于下面的實施例。
實施例一
一種低密度粉煤灰陶粒支撐劑，其中：包括內(nèi)核與外殼，所述內(nèi)核包括50％的鋁礬土、8％的粉煤灰和1％的錳礦粉，所述內(nèi)核直徑為180μm；所述外殼包括50％的鋁礬土、8％的粉煤灰、1％的錳礦粉和1％的白云石，所述外殼直徑為380μm。
進一步，所述鋁礬土的主要化學成分(重量百分含量)為：鋁70％，硅10％、鐵1％、鈦2％；所述錳粉的主要化學成分(重量百分含量)為：錳55％、硅35％。
進一步，所述助熔劑包括碳酸鈉、碳酸氫鈉和碳酸鉀的一種或多種。
進一步，所述低密度粉煤灰陶粒支撐劑的體積密度≤1.39g/cm3、視密度≤2.66g/cm3。
一種低密度粉煤灰陶粒支撐劑的制備方法，包括如下步驟：
1)、取50％的鋁礬土、8％的粉煤灰和1％的錳礦粉放入滾筒球磨機中進行均勻和細化處理后得到組份1混合料；
2)、取50％的鋁礬土、8％的粉煤灰、1％的錳礦粉和1％的白云石放入滾筒球磨機中進行均勻和細化處理后得到組份2混合料；
3)、將組份1混合料放入強力混合機內(nèi)進行攪拌，在攪拌過程中每次向強力混合機中以噴霧方式加入少量水，填加若干次直到球粒表面沒有毛刺、球形勻稱為止，總加水量為混合物料重量的10％，制得內(nèi)核坯體；
4)、制得的內(nèi)核坯體烘干后進行一次篩分，得到粒徑為180μm的內(nèi)核坯球；
5)、將上述內(nèi)核坯球和組份2混合料一同加入糖衣機中，在750r/min轉(zhuǎn)速下翻滾8min，在翻滾過程中每次以噴霧方式向糖衣機內(nèi)加入少量水，填加若干次直到球粒表面沒有毛刺、球形勻稱為止，制得陶粒坯體；
6)、制得的陶粒坯體烘干后進行二次篩分，得到直徑為380μm的陶粒坯球；
7)、將上述陶粒坯球在1150℃下進行燒結(jié)1h，冷卻后進行三次篩分，即可得到低密度粉煤灰陶粒支撐劑。
實施例二
一種低密度粉煤灰陶粒支撐劑，其中：包括內(nèi)核與外殼，所述內(nèi)核包括65％的鋁礬土、21％的粉煤灰、2％的錳礦粉和1％的助熔劑，所述內(nèi)核直徑為200μm；所述外殼包括65％的鋁礬土、21％的粉煤灰、2％的錳礦粉和2％的白云石，所述外殼直徑為500μm。
進一步，所述鋁礬土的主要化學成分(重量百分含量)為：鋁75％，硅15％、鐵1.5％、鈦3％；所述錳粉的主要化學成分(重量百分含量)為：錳58％、硅38％。
進一步，所述助熔劑包括碳酸鈉、碳酸氫鈉和碳酸鉀的一種或多種。
進一步，所述低密度粉煤灰陶粒支撐劑的體積密度≤1.39g/cm3、視密度≤2.66g/cm3。
一種低密度粉煤灰陶粒支撐劑的制備方法，包括如下步驟：
1)、取65％的鋁礬土、21％的粉煤灰、2％的錳礦粉和1％的助熔劑放入滾筒球磨機中進行均勻和細化處理后得到組份1混合料；
2)、取65％的鋁礬土、21％的粉煤灰、2％的錳礦粉和2％的白云石放入滾筒球磨機中進行均勻和細化處理后得到組份2混合料；
3)、將組份1混合料放入強力混合機內(nèi)進行攪拌，在攪拌過程中每次向強力混合機中以噴霧方式加入少量水，填加若干次直到球粒表面沒有毛刺、球形勻稱為止，總加水量為混合物料重量的12％，制得內(nèi)核坯體；
4)、制得的內(nèi)核坯體烘干后進行一次篩分，得到粒徑為200μm的內(nèi)核坯球；
5)、將上述內(nèi)核坯球和組份2混合料一同加入糖衣機中，在750r/min轉(zhuǎn)速下翻滾9min，在翻滾過程中每次以噴霧方式向糖衣機內(nèi)加入少量水，填加若干次直到球粒表面沒有毛刺、球形勻稱為止，制得陶粒坯體；
6)、制得的陶粒坯體烘干后進行二次篩分，得到直徑為500μm的陶粒坯球；
7)、將上述陶粒坯球在1190℃下進行燒結(jié)1.5h，冷卻后進行三次篩分，即可得到低密度粉煤灰陶粒支撐劑。
實施例三
一種低密度粉煤灰陶粒支撐劑，其中：包括內(nèi)核與外殼，所述內(nèi)核包括75％的鋁礬土、32％的粉煤灰、4％的錳礦粉和3％的助熔劑，所述內(nèi)核直徑為230μm；所述外殼包括75％的鋁礬土、32％的粉煤灰、4％的錳礦粉和3％的白云石，所述外殼直徑為700μm。
進一步，所述鋁礬土的主要化學成分(重量百分含量)為：鋁80％，硅20％、鐵2％、鈦3.5％；所述錳粉的主要化學成分(重量百分含量)為：錳63％、硅42％。
進一步，所述助熔劑包括碳酸鈉、碳酸氫鈉和碳酸鉀的一種或多種。
進一步，所述低密度粉煤灰陶粒支撐劑的體積密度≤1.39g/cm3、視密度≤2.66g/cm3。
一種低密度粉煤灰陶粒支撐劑的制備方法，包括如下步驟：
1)、取75％的鋁礬土、32％的粉煤灰、4％的錳礦粉和3％的助熔劑放入滾筒球磨機中進行均勻和細化處理后得到組份1混合料；
2)、取75％的鋁礬土、32％的粉煤灰、4％的錳礦粉和3％的白云石放入滾筒球磨機中進行均勻和細化處理后得到組份2混合料；
3)、將組份1混合料放入強力混合機內(nèi)進行攪拌，在攪拌過程中每次向強力混合機中以噴霧方式加入少量水，填加若干次直到球粒表面沒有毛刺、球形勻稱為止，總加水量為混合物料重量的15％，制得內(nèi)核坯體；
4)、制得的內(nèi)核坯體烘干后進行一次篩分，得到粒徑為230μm的內(nèi)核坯球；
5)、將上述內(nèi)核坯球和組份2混合料一同加入糖衣機中，在750r/min轉(zhuǎn)速下翻滾9min，在翻滾過程中每次以噴霧方式向糖衣機內(nèi)加入少量水，填加若干次直到球粒表面沒有毛刺、球形勻稱為止，制得陶粒坯體；
6)、制得的陶粒坯體烘干后進行二次篩分，得到直徑為700μm的陶粒坯球；
7)、將上述陶粒坯球在1220℃下進行燒結(jié)1.5h，冷卻后進行三次篩分，即可得到低密度粉煤灰陶粒支撐劑。
實施例四
一種低密度粉煤灰陶粒支撐劑，其中：包括內(nèi)核與外殼，所述內(nèi)核包括89％的鋁礬土、45％的粉煤灰、6％的錳礦粉和5％的助熔劑，所述內(nèi)核直徑為250μm；所述外殼包括89％的鋁礬土、45％的粉煤灰、6％的錳礦粉和5％的白云石，所述外殼直徑為830μm。
進一步，所述鋁礬土的主要化學成分(重量百分含量)為：鋁85％，硅25％、鐵3％、鈦4％；所述錳粉的主要化學成分(重量百分含量)為：錳65％、硅45％。
進一步，所述助熔劑包括碳酸鈉、碳酸氫鈉和碳酸鉀的一種或多種。
進一步，所述低密度粉煤灰陶粒支撐劑的體積密度≤1.39g/cm3、視密度≤2.66g/cm3。
一種低密度粉煤灰陶粒支撐劑的制備方法，包括如下步驟：
1)、取89％的鋁礬土、45％的粉煤灰、6％的錳礦粉和5％的助熔劑放入滾筒球磨機中進行均勻和細化處理后得到組份1混合料；
2)、取89％的鋁礬土、45％的粉煤灰、6％的錳礦粉和5％的白云石放入滾筒球磨機中進行均勻和細化處理后得到組份2混合料；
3)、將組份1混合料放入強力混合機內(nèi)進行攪拌，在攪拌過程中每次向強力混合機中以噴霧方式加入少量水，填加若干次直到球粒表面沒有毛刺、球形勻稱為止，總加水量為混合物料重量的18％，制得內(nèi)核坯體；
4)、制得的內(nèi)核坯體烘干后進行一次篩分，得到粒徑為250μm的內(nèi)核坯球；
5)、將上述內(nèi)核坯球和組份2混合料一同加入糖衣機中，在750r/min轉(zhuǎn)速下翻滾10min，在翻滾過程中每次以噴霧方式向糖衣機內(nèi)加入少量水，填加若干次直到球粒表面沒有毛刺、球形勻稱為止，制得陶粒坯體；
6)、制得的陶粒坯體烘干后進行二次篩分，得到直徑為830μm的陶粒坯球；
7)、將上述陶粒坯球在1250℃下進行燒結(jié)2h，冷卻后進行三次篩分，即可得到低密度粉煤灰陶粒支撐劑。
以上所述，僅為本發(fā)明的具體實施方式，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護范圍應(yīng)以所述權(quán)利要求的保護范圍為準。