超低密度陶粒砂支撐劑及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種陶粒砂支撐劑及其制備方法，特別是涉及一種超低密度陶粒砂支撐劑。
【背景技術(shù)】
[0002]陶粒砂是應(yīng)用于石油開采水力壓裂技術(shù)中支撐水力裂縫的高強(qiáng)度支撐劑，是油、氣田開發(fā)中必不可少的材料之一，其主要原料為鋁礬土、錳礦砂、白云石和鐵礦石等；隨著上述原料資源的不斷開采利用，價格逐漸升高且儲量逐年減少，原料購進(jìn)困難且成本較高；目前，石油壓裂支撐劑的種類有很多，包括陶粒砂、石英砂和樹脂砂，樹脂砂價格較高，石英砂強(qiáng)度等級較低，市場上現(xiàn)有的陶粒砂價格適中，但密度一般較高，單位面積水利裂縫所需的砂子數(shù)量較大，因此增大了油田開采時的壓裂成本?，F(xiàn)有陶粒砂通過鋁礬土及降溫劑錳礦砂和白云石制成，這幾種物質(zhì)混合燒結(jié)后，陶粒砂的表面經(jīng)放大后帶有毛刺且表面凸凹不平，堆積后砂子中間的縫隙形成的通道不均勻，相對倒流能力較低，使用此類砂子的油井產(chǎn)量較低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是:針對現(xiàn)有技術(shù)中陶粒砂存在的不足之處，本發(fā)明提供一種具有超低體積密度、相對較低視密度、較高抗破碎能力且表面光潔度較好的超低密度陶粒砂支撐劑及其制備方法。利用本發(fā)明技術(shù)方案制備的陶粒砂支撐劑能降低油田開采成本、并且能夠使油田增產(chǎn)。
[0004]為了解決上述問題，本發(fā)明采取的技術(shù)方案為:
本發(fā)明提供一種超低密度陶粒砂支撐劑，以重量百分比表示，所述超低密度陶粒砂支撐劑是由紫砂土 15?20%、硅石10?15%和生鋁礦石65?75%制成。
[0005]根據(jù)上述的超低密度陶粒砂支撐劑，所述紫砂土中各種化學(xué)元素氧化物含量百分比為 AL2O3 15 ?25%、S12 50 ?60%、Fe2O3 4 ?8%、T12 0.5 ?1.5%、CaO I ?3%、MgO0.1 ?1% 和 K2O 5 ?8%。
[0006]根據(jù)上述的超低密度陶粒砂支撐劑，所述硅石中各種化學(xué)元素氧化物含量百分比為 AL2O3 5 ?10%, S12 70 ?80%,Fe2O3 0.1 ?l%、Ti02 0.5 ?2%,CaO 0.1 ?2%、Mg0 0.1 ?0.5% 和 K2O 0.1 ?0.5%。
[0007]根據(jù)上述的超低密度陶粒砂支撐劑，所述生鋁礦石中各種化學(xué)元素氧化物含量百分比為 AL2O3 65 ?70%,S12 10 ?15%,Fe2O3 0.5 ?2%,T12 2 ?3.5%,CaO 0.5 ?2%、Mg0
0.1 ?1.5% 和 K2O 0.5 ?1%。
[0008]另外，提供一種超低密度陶粒砂支撐劑的制備方法，所述制備方法包括以下步驟:
a、首先將原料紫砂土、硅石和生鋁礦石分別進(jìn)行破碎，破碎至粒徑< 10mm，破碎后的三種原料分別儲存在不同的原料倉中； b、通過配料系統(tǒng)將步驟a破碎后的三種原料按照上述配比比例進(jìn)行配料，
將配好的物料送入球磨機(jī)中磨粉，用選粉機(jī)選出400目以細(xì)的細(xì)粉，選粉機(jī)選剩的粗粉返回球磨機(jī)中循環(huán)研磨，選出的400目以細(xì)的細(xì)粉用風(fēng)送裝置送入細(xì)粉儲罐；
C、將步驟b細(xì)粉儲罐中的細(xì)粉風(fēng)送至制粒機(jī)中，將無塔供水器中質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.5%的磷Ife~■氣招溶液通過霧化嗔水系統(tǒng)加入制粒機(jī)中，開啟制粒機(jī)旋轉(zhuǎn)60?140分鐘，制成含水量為8.5?9.5%的陶粒生粒；
d、將步驟c制成的陶粒生粒(通過皮帶輸送機(jī))送至篩分機(jī)，篩選出所需
規(guī)格的陶粒半成品；將篩選剩余的陶粒生粒用破磨機(jī)研磨后送入制粒機(jī)中重新制粒；
e、將步驟d篩選出的陶粒半成品(通過皮帶輸送機(jī))送至回轉(zhuǎn)窯中，在回轉(zhuǎn)窯尾段經(jīng)200?300°C烘干40?60min，在回轉(zhuǎn)窯中后部經(jīng)400?900°C預(yù)熱2.5?3小時，最后在回轉(zhuǎn)窯前部高溫區(qū)經(jīng)1250?1300°C煅燒I?1.5小時，煅燒后得到陶粒成品；
f、將步驟e煅燒后的陶粒成品送入冷卻窯中冷卻至室溫(使用循環(huán)水澆筑冷卻窯外壁進(jìn)行冷卻)；
g、將步驟f冷卻后的陶粒成品送入篩分機(jī)中再次篩選出所需規(guī)格的陶粒產(chǎn)品。
[0009]根據(jù)上述的低密度陶粒砂支撐劑的制備方法，步驟d和步驟g中所述所需規(guī)格均為 20/40 目、30/50 目、16/20 目、16/30 目或 40/70 目。
[0010]根據(jù)上述的低密度陶粒砂支撐劑的制備方法，步驟g篩選后剩余的粒徑不符合陶粒和燒結(jié)的結(jié)塊料返回原料儲存區(qū)作為鋁礬土再次利用。
[0011]根據(jù)上述的低密度陶粒砂支撐劑的制備方法，步驟g中所得陶粒產(chǎn)品中各種化學(xué)元素氧化物含量百分比為AL2O3 46?48%、S12 26?30%、Fe2O3 1.5?1.8%、T12 2?2.2%、CaO 0.5 ?1%、MgO 0.2 ?1% 和 K2O 1.2 ?1.6%。
[0012]本發(fā)明采用的紫砂土優(yōu)選河南省鞏義市涉村鎮(zhèn)北莊村出產(chǎn)的低品位紫砂土，硅石優(yōu)選河南省鞏義市涉村鎮(zhèn)西溝村出產(chǎn)的硅石，生鋁礦石優(yōu)選河南省鞏義市涉村鎮(zhèn)出產(chǎn)的生鋁礦石。
[0013]本發(fā)明的積極有益效果:
1、利用本發(fā)明技術(shù)方案制備的陶粒砂支撐劑具有超低體積密度、相對較低視密度、較高抗破碎能力且表面光潔度較好等優(yōu)點。利用本發(fā)明技術(shù)方案制備的陶粒砂支撐劑能降低油田開采成本、并且能夠使油田增產(chǎn)。
[0014]2、本發(fā)明利用紫砂土中富含的氧化鉀和氧化鎂作為助熔催化劑，加快煅燒陶粒砂時的化學(xué)反應(yīng)并降低燒結(jié)溫度，節(jié)約燃料；利用紫砂土及硅石中的氧化硅代替氧化鋁從而降低陶粒的體積密度及視密度；利用磷酸二氫鋁具有的固化作用，增強(qiáng)陶粒半成品的強(qiáng)度，使半成品表面粉質(zhì)不易脫落，增強(qiáng)陶粒半成品的表面光潔度。
[0015]3、本發(fā)明采用的原料紫砂土及硅石價格低廉，本地區(qū)儲量豐富，可作為長期資源使用，從而降低了陶粒砂的生產(chǎn)成本。
[0016]4、本發(fā)明陶粒砂制備過程中煅燒溫度為1250?1300°C，比現(xiàn)有陶粒砂的煅燒溫度從1350?1450°C降低了 100?150°C，節(jié)約能源，降低了生產(chǎn)成本。
[0017]5、本發(fā)明產(chǎn)品陶粒砂密度較低、單位面積的陶粒砂質(zhì)量小，用于油田開采過程中，水力壓裂時同一裂縫所需陶粒砂的質(zhì)量減少，從而降低了油田開采石油的成本。
[0018]6、本發(fā)明產(chǎn)品陶粒砂表面光潔、圓球度好，在油井裂縫中形成的導(dǎo)流通道寬敞穩(wěn)定，原油通過時的流量明顯提高，從而增大了油井的出油速度，使油田增產(chǎn)增收。
[0019]7、本發(fā)明采用的原料紫砂土大都是本地生產(chǎn)(河南省鞏義市涉村鎮(zhèn)北莊村)、儲量豐富，現(xiàn)無利用價值，使用此原料后，可增加當(dāng)?shù)氐慕?jīng)濟(jì)收入。
[0020]8、由于本地(河南省鞏義市涉村鎮(zhèn))硅石襯板加工廠較多，硅石襯板一般為長方體或正方體，硅石襯板廠購進(jìn)硅石坯料加工襯板成型后，剩余的邊角料較多，硅石邊角料堆積成為了固體垃圾，污染環(huán)境?，F(xiàn)有邊角料的處理方式為墊路或填坑。而本發(fā)明采用的硅石是從硅石襯板加工廠采購邊角料，這些邊角料能滿足本發(fā)明的生產(chǎn)需求，采購硅石邊角料不需要購買費用，只需支付運輸費用；且購進(jìn)的硅石邊角料粒度較小，減少了本發(fā)明陶粒砂生產(chǎn)時的原料破碎成本。由于硅石價格低廉，本地區(qū)儲量豐富，可作為長期資源使用，從而降低了陶粒砂的生產(chǎn)成本。
[0021]【具體實施方式】:
以下結(jié)合實施例進(jìn)一步闡述本發(fā)明，但并不限制本發(fā)明的內(nèi)容。
本發(fā)明采用的紫砂土優(yōu)選河南省鞏義市涉村鎮(zhèn)北莊村出產(chǎn)的低品位紫砂土，硅石優(yōu)選河南省鞏義市涉村鎮(zhèn)西溝村出產(chǎn)的硅石，生鋁礦石優(yōu)選河南省鞏義市涉村鎮(zhèn)出產(chǎn)的生鋁礦
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[0022]本發(fā)明采用的紫砂土中各種化學(xué)元素氧化物含量百分比為AL2O3 15?25%、S1250 ?60%、Fe203 4 ?8%、Ti02 0.5 ?1.5%,CaO I ?3%、Mg0 0.1 ?1% 和 K2O 5 ?8% ;硅石中各種化學(xué)元素氧化物含量百分比為AL2O3 5?10%、S12 70?80%、Fe2O3 0.1?l%、Ti020.5?2%、CaO 0.1?2%、MgO 0.1?0.5%和K2O 0.1?0.5% ;生鋁礦石中各種化學(xué)元素氧化物含量百分比為 AL2O3 65 ?70%、S12 10 ?15%、Fe2O3 0.5 ?2%, T12 2 ?3.5%, CaO0.5 ?2%、MgO 0.1 ?1.5% 和 K2O 0.5 ?1%。
[0023]實施例1:
本發(fā)明超低密度陶粒砂支撐劑，以重量百分比表示，所述超低密度陶粒砂支撐劑是由紫砂土 18%、硅石12%和生鋁礦石70%制成。
[0024]實施例2:
本發(fā)明超低密度陶粒砂支撐劑，以重量百分比表示，所述超低密度陶粒砂支撐劑是由紫砂土 15%、硅石10%和生鋁礦石75%制成。
[0025]實施例3:
本發(fā)明超低密度陶粒砂支撐劑，以重量百分比表示，所述超低密度陶粒砂支撐劑是由紫砂土 20%、硅石15%和生鋁礦石65%制成。
[0026]實施例4:
本發(fā)明超低密度陶粒砂支撐劑，以重量百分比表示，所述超低密度陶粒砂支撐劑是由紫砂土 18%、硅石14%和生鋁礦石68%制成。
[0027]實施例5:
本發(fā)明超低密度陶粒砂支撐劑，以重量百分比表示，所述超低密度陶粒砂支撐劑是由紫砂土 16%、硅石12%和生鋁礦石72%制成。
[0028]實施例6:
本發(fā)明實施例1所述超低密度陶粒砂支撐劑的制備方法，詳細(xì)步驟如下:
a、首先將原料紫砂土、硅石和生鋁礦石分別進(jìn)行破碎，破碎至粒徑< 10mm，破碎后的三種原料分別儲存在不同的原料倉中；
b、通過配料系統(tǒng)將步驟a破碎后的三種原料按照實施例1所述配比比例進(jìn)行配料，將配好的物料送入球磨機(jī)中磨粉，用選粉機(jī)選出400目以細(xì)的細(xì)粉，選粉機(jī)選剩的粗粉返回球磨機(jī)中循環(huán)研磨，選出的400目以細(xì)的細(xì)粉用風(fēng)送裝置送入細(xì)粉儲罐；
C、將步驟b細(xì)粉儲罐中的細(xì)粉風(fēng)送至制粒機(jī)中，將無塔供水器中質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.5%的磷Ife~■氣招溶液通過霧化嗔水系統(tǒng)加入制粒機(jī)中，開啟制粒機(jī)旋轉(zhuǎn)120分鐘，制成含水量為9.0%的陶粒生粒；
d、將步驟c制成的陶粒生粒通過皮帶輸送機(jī)送至篩分機(jī)，篩選出30/50目
規(guī)格的陶粒半成品；將篩選剩余的陶粒生粒用破磨機(jī)研磨后送入制粒機(jī)中重新制粒；
e、將步驟d篩選出的陶粒半成品通過皮帶輸送機(jī)送至回轉(zhuǎn)窯中，在回轉(zhuǎn)窯尾段經(jīng)200?300°C烘干50min，在回轉(zhuǎn)窯中后部經(jīng)400?900°C預(yù)熱3小時，最后在回轉(zhuǎn)窯前部高溫區(qū)經(jīng)1250?1300°C煅燒1.5小時，煅燒后得到陶粒成品；
f、將步驟e煅燒后的陶粒成品送入冷卻窯中冷卻至室溫(使用循環(huán)水澆筑冷卻窯外壁進(jìn)行冷卻)；
g、將步驟f冷卻后的陶粒成品送入篩分機(jī)中再次篩選出30/50目規(guī)格的陶粒產(chǎn)品(篩選后剩余的粒徑不符合陶粒和燒結(jié)的結(jié)塊料返回原料儲存區(qū)作為鋁礬土再次利用)。
[0029]本實施例制備的30/50目陶粒砂各項性能指標(biāo)如下:
破碎率(69MPa) 7.0% ;視密度:(2.5g/cm3;體積密度彡1.45g/cm3;圓度彡0.9 ；球度彡0.9。
[0030]實施例7:
本發(fā)明實施例2所述超低密度陶粒砂支撐劑的制備方法，詳細(xì)步驟如下:
a、首先將原料紫砂土、硅石和生鋁礦石分別進(jìn)行破碎，破碎至粒徑<10mm，破碎后的三種原料分別儲存在不同的原料倉中；
b、通過配料系統(tǒng)將步驟a破碎后的三種