專利名稱：一種陶粒石油支撐劑的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于無機(jī)非金屬陶瓷材料的制備領(lǐng)域，涉及陶瓷材料在石油壓裂技術(shù)中的 應(yīng)用領(lǐng)域，具體涉及一種陶粒石油壓裂支撐劑及其制備方法。
背景技術(shù)：
壓裂工藝技術(shù)在石油、天然氣的開發(fā)中發(fā)揮重要的作用，而壓裂的成敗及有效期 的長短取決于壓裂支撐劑的技術(shù)性能。支撐劑是在形成裂縫后，由攜砂液輸送、攜帶充填至 裂縫中的具有一定強(qiáng)度與圓球度的固體顆粒。隨著深井壓裂技術(shù)的發(fā)展，對支撐劑的抗破 碎能力提出了更高的要求。美國在支撐劑的開發(fā)生產(chǎn)中一直處于領(lǐng)先地位。目前，國內(nèi)大 量的研究也集中在提高支撐劑的強(qiáng)度，雖然取得一定的成效，但卻忽視了視密度的大小，使 支撐劑在應(yīng)用中容易產(chǎn)生較短的支撐帶，堆積在裂縫的端口處，對導(dǎo)流極其不利。因此如何 降低支撐劑的視密度是陶粒支撐劑的制備過程中面臨的重要問題。傳統(tǒng)的陶粒支撐劑是采用干粉噴霧成球，使得成球粒經(jīng)不易控制，成球強(qiáng)度低，粉 塵大，易造成環(huán)境污染，如何改進(jìn)成球工藝也是陶粒支撐劑制備的關(guān)鍵問題。因此制備低密度陶粒石油支撐劑以及研究開發(fā)新的成球工藝正是本發(fā)明需要解 決的關(guān)鍵問題。

發(fā)明內(nèi)容
為了實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)任務(wù)本發(fā)明采用以下技術(shù)方案得以實(shí)現(xiàn)。一種陶粒石油支撐劑的制備方法，包括以下步驟 (1)配料:
將70-95%重量比的鋁釩土熟料與5-30%重量比的粉煤灰漂珠作為原料進(jìn)行混合，同時(shí) 在原料中添加鋁釩土熟料和粉煤灰漂珠重量之和的2-4%的納米二氧化鈦?zhàn)鳛橹鸁齽?2)球形生料顆粒的制備
首先，將配好的原料采用濕法球磨成成分均勻、粒度小于10微米、固含量大于30%的生 料漿，然后將生料漿噴霧干燥成水份小于5%，粒度小于6目的不同粒度尺寸的不規(guī)則形狀 生料顆粒；將不同粒度尺寸的不規(guī)則形狀生料顆粒置于成球盤中進(jìn)行成球，通過生料顆粒 和成球盤之間的摩擦，以及生料顆粒之間的相互摩擦，將形狀不規(guī)則的生料顆粒自磨成球 形生料顆粒。(3)燒成
將生料球形顆粒在1300-1400°C的溫度下，常壓煅燒0. 5-2小時(shí)，制成陶粒石油支撐劑。所述的鋁釩土熟料為氧化鋁含量(重量百分比)大于60%的普通鋁釩土在1200°C 煅燒1-4小時(shí)后獲得的鋁釩土熟料。所述的粉煤灰漂珠為大型火電廠出產(chǎn)的比重小于0. 6g/cm3，容重小于0. 4g/cm3, 燒失量小于3%，二氧化硅與三氧化二鋁含量之和(重量百分比)大于80%的低鈣粉煤灰漂珠。所述的納米二氧化鈦為晶粒尺寸小于50納米的二氧化鈦粉體。需要說明的本發(fā)明中的成球盤是轉(zhuǎn)速為30-60轉(zhuǎn)/每分鐘的侵斜式成球盤，傾斜 角度為30-45°，生料球在成球盤中處理時(shí)間為3-10分鐘，通過調(diào)節(jié)成球時(shí)間與轉(zhuǎn)速，控制生 料球的球形度，最終獲得球形度大于0. 8的球形生料顆粒。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn)陶粒石油支撐劑，成球工藝簡單，粉塵污染 大幅度減少，生料球形度可根據(jù)成球時(shí)間的長短和成球盤轉(zhuǎn)速得到有效控制，生料球球形 度好，生料球機(jī)械強(qiáng)度高，煅燒得到的陶粒石油支撐劑視密度低，強(qiáng)度符合SY5108-2006標(biāo) 準(zhǔn)技術(shù)要求?？蓮V泛應(yīng)用到低滲透油氣田，用于提高油氣產(chǎn)量。


圖1為本發(fā)明的制備流程示意圖。以下結(jié)合附圖對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明將主要化學(xué)成分為氧化硅和氧化鋁的空心粉煤灰微球，俗稱漂珠，引入到 陶粒原料配方，用于降低陶粒的視密度；并且在原料中添加納米二氧化鈦用于改善陶粒燒 結(jié)性能，提高機(jī)械強(qiáng)度。由于納米二氧化鈦比表面積大，容易在原料中均勻分散，從而本發(fā) 明中的生料制備與傳統(tǒng)方法相比，由于在原料中添加微米級助燒劑使得各有效成分分散效 果更好，并且較傳統(tǒng)助燒劑其助燒溫度低，制品機(jī)械強(qiáng)度大。與此同時(shí)，本發(fā)明球形生料顆粒的制備工藝實(shí)現(xiàn)了對粒徑可控，球形度可控，并且 操作簡單，在高溫常壓下燒結(jié)制得符合SY5108-2006技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的陶粒石油支撐劑。參見圖1，本發(fā)明的陶粒石油支撐劑的制備方法，包括以下步驟 (1)配料
采用70-95%重量比的鋁釩土熟料，5-30%重量比的粉煤灰漂珠為主要原料進(jìn)行混合， 其中鋁釩土熟料為氧化鋁含量(重量百分比)大于60%的普通鋁釩土在1200°C煅燒1-4小時(shí) 后獲得的鋁釩土熟料；粉煤灰漂珠為大型火電廠出產(chǎn)的比重小于0. 6g/cm3，容重小于0. 4g/ cm3，燒失量小于3%，二氧化硅與三氧化二鋁含量之和大于80%的低鈣粉煤灰漂珠。然后在 上述原料中添加鋁釩土熟料和粉煤灰漂珠重量之和的2-4%的納米二氧化鈦為助燒劑進(jìn)行 配料。本發(fā)明所選擇的納米二氧化鈦為晶粒尺寸小于50納米的二氧化鈦粉體。(2)球形生料顆粒的制備
首先，將配好的原料采用濕法球磨成成分均勻、粒度小于10微米、固含量大于30%的生 料漿，然后將生料漿噴霧干燥成水份小于5%，粒度小于6目的不同粒度尺寸的不規(guī)則形狀 生料顆粒。將不同粒度尺寸的不規(guī)則形狀生料顆粒置于成球盤中進(jìn)行成球，成球盤是轉(zhuǎn)速 為30-60轉(zhuǎn)/每分鐘的侵斜式成球盤，傾斜角度為30-45°。生料顆粒在成球盤中處理時(shí)間為 3-10分鐘，利用生料顆粒干燥后機(jī)械強(qiáng)度低的特點(diǎn)，通過生料顆粒和成球盤之間的摩擦，以 及生料顆粒之間的相互摩擦，將形狀不規(guī)則的生料顆粒自磨成球形度大于0.8的球形生料 顆粒。(3)燒成將球形度良好的生料球，在1300-1400°C的溫度下，常壓燒結(jié)0. 5-2小時(shí)，最終獲得符 合SY5108-2006技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的陶粒石油支撐劑。以下給出本發(fā)明的較佳實(shí)施例，但本發(fā)明并不限于這些實(shí)施例。相反地，本發(fā)明旨 在覆蓋包括由所附的權(quán)利要求書限定的本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)的所有變換方案、改型及同
等方案。實(shí)施例1
鋁釩土熟料270克，粉煤灰漂珠30克，納米二氧化鈦6克，加水500克球磨24小時(shí)成 粒度小于10微米的生料漿。將生料漿噴霧干燥，選擇粒度小于18目大于36目的生料顆粒，置于成球盤中，設(shè) 定成球盤轉(zhuǎn)速45轉(zhuǎn)每分鐘，侵斜度35度，成球時(shí)間為5分鐘，獲得粒度為18-36目左右，球 形度大于0.8的球形生料球。將球形生料球在1350°C下煅燒2小時(shí)，獲得粒度范圍在20_40目陶粒石油支撐劑， 其視密度2. 98g/cm3,體積密度1. 63g/cm3, 52Mpa壓碎值為3%，球形度0. 84，酸蝕4. 5%，導(dǎo)流 能力46. 11 u m2. cm，其它指標(biāo)均符合SY5108-2006技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。實(shí)施例2
鋁釩土熟料250克，粉煤灰漂珠50克，納米二氧化鈦9克，加水500克球磨24小時(shí)成 粒度小于10微米的生料漿。將生料漿噴霧干燥，選擇粒度小于18目大于36目的生料顆粒，置于成球盤中，設(shè) 定成球盤轉(zhuǎn)速45轉(zhuǎn)每分鐘，侵斜度40度，成球時(shí)間為8分鐘，獲得粒度為18-36目左右，球 形度大于0.8的球形生料球。將球形生料球在1330°C下煅燒2小時(shí)，獲得粒度范圍在20_40目陶粒石油支撐劑， 其視密度2. 95g/cm3，體積密度1. 61g/cm3，52Mpa壓碎值為3. 5%，球形度0. 83，酸蝕4. 95%， 導(dǎo)流能力51. 42 u m2. cm，其它指標(biāo)均符合SY5108-2006技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。實(shí)施例3
鋁釩土熟料280克，粉煤灰漂珠20克，納米二氧化鈦8克，加水500克球磨24小時(shí)成 粒度小于10微米的生料漿。將生料漿噴霧干燥，選擇粒度小于18目大于36目的生料顆粒，置于成球盤中，設(shè) 定成球盤轉(zhuǎn)速50轉(zhuǎn)每分鐘，侵斜度45度，成球時(shí)間為6分鐘，獲得粒度為18-36目左右，球 形度大于0.8的球形生料球。將球形生料球在1370°C下煅燒2小時(shí)，獲得粒度范圍在20-40目陶粒石油支撐劑， 其視密度2. 99g/cm3,體積密度1. 64g/cm3, 52Mpa壓碎值為2. 8%，球形度0. 80，酸蝕4. 3%，導(dǎo) 流能力37. 15 u m2. cm，其它指標(biāo)均符合SY5108-2006技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。實(shí)施例4
鋁釩土熟料250克，粉煤灰漂珠50克，納米二氧化鈦9克，加水500克球磨24小時(shí)成 粒度小于10微米的生料漿。將生料漿噴霧干燥，選擇粒度小于18目大于36目的生料顆粒，置于成球盤中，設(shè) 定成球盤轉(zhuǎn)速30轉(zhuǎn)每分鐘，侵斜度45度，成球時(shí)間為10分鐘，獲得粒度為18-36目左右， 球形度大于0. 8的球形生料球。將球形生料球在1330°C下煅燒2小時(shí)，獲得粒度范圍在20_40目陶粒石油支撐劑，
5其視密度2. 94g/cm3，體積密度1. 67g/cm3，52Mpa壓碎值為3. 0%，球形度0. 83，酸蝕4. 90%， 導(dǎo)流能力50. 83 u m2. cm，其它指標(biāo)均符合SY5108-2006技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。實(shí)施例5
鋁釩土熟料250克，粉煤灰漂珠50克，納米二氧化鈦9克，加水500克球磨24小時(shí)成 粒度小于10微米的生料漿。將生料漿噴霧干燥，選擇粒度小于18目大于36目的生料顆粒，置于成球盤中，設(shè) 定成球盤轉(zhuǎn)速60轉(zhuǎn)每分鐘，侵斜度45度，成球時(shí)間為3分鐘，獲得粒度為18-36目左右，球 形度大于0.8的球形生料球。將球形生料球在1330°C下煅燒2小時(shí)，獲得粒度范圍在20_40目陶粒石油支撐劑， 其視密度2. 95g/cm3，體積密度1. 68g/cm3，52Mpa壓碎值為2. 8%，球形度0. 85，酸蝕4. 91%， 導(dǎo)流能力57. 60 u m2. cm，其它指標(biāo)均符合SY5108-2006技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。實(shí)施例6
鋁釩土熟料250克，粉煤灰漂珠50克，納米二氧化鈦9克，加水500克球磨24小時(shí)成 粒度小于10微米的生料漿。將生料漿噴霧干燥，選擇粒度小于18目大于36目的生料顆粒，置于成球盤中，設(shè) 定成球盤轉(zhuǎn)速50轉(zhuǎn)每分鐘，侵斜度45度，成球時(shí)間為9分鐘，獲得粒度為18-36目左右，球 形度大于0.8的球形生料球。將球形生料球在1350°C下煅燒0. 5小時(shí)，獲得粒度范圍在20_40目陶粒石油支 撐劑，其視密度2. 93g/cm3,體積密度1. 65g/cm3, 52Mpa壓碎值為3. 8%，球形度0. 85，酸蝕 4. 92%，導(dǎo)流能力56. 22 u m2. cm，其它指標(biāo)均符合SY5108-2006技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。
權(quán)利要求
一種陶粒石油支撐劑的制備方法，其特征在于包括以下步驟(1)配料將70-95%重量比的鋁釩土熟料與5-30%重量比的粉煤灰漂珠作為原料進(jìn)行混合，同時(shí)在原料中添加鋁釩土熟料和粉煤灰漂珠重量之和的2-4%的納米二氧化鈦?zhàn)鳛橹鸁齽?2)球形生料顆粒的制備首先，將配好的原料采用濕法球磨成成分均勻、粒度小于10微米、固含量大于30%的生料漿，然后將生料漿噴霧干燥成水份小于5%，粒度小于6目的不同粒度尺寸的不規(guī)則形狀生料顆粒；將不同粒度尺寸的不規(guī)則形狀生料顆粒置于成球盤中進(jìn)行成球，通過生料顆粒和成球盤之間的摩擦，以及生料顆粒之間的相互摩擦，將形狀不規(guī)則的生料顆粒自磨成球形生料顆粒；(3)燒成將生料球形顆粒在1300-1400oC的溫度下，常壓煅燒0.5-2小時(shí)，制成陶粒石油支撐劑。
2.如權(quán)利要求1所述的陶粒石油支撐劑的制備方法，其特征在于所述的鋁釩土熟料 為氧化鋁的重量百分比含量大于60%的普通鋁釩土在1200°C煅燒1-4小時(shí)后獲得的鋁釩 土熟料。
3.如權(quán)利要求1所述的陶粒石油支撐劑的制備方法，其特征在于所述的粉煤灰漂珠 為大型火電廠出產(chǎn)的比重小于0. 6g/cm3，容重小于0. 4g/cm3，燒失量小于3%，二氧化硅與三 氧化二鋁之和的重量百分比含量大于80%的低鈣粉煤灰漂珠。
4.如權(quán)利要求1所述的陶粒石油支撐劑的制備方法，其特征在于所述的納米二氧化 鈦為晶粒尺寸小于50納米的二氧化鈦粉體。
5.如權(quán)利要求1所述的陶粒石油支撐劑的制備方法，其特征在于所述成球盤是轉(zhuǎn)速 為30-60轉(zhuǎn)/每分鐘的侵斜式成球盤，傾斜角度為30-45°，生料球在成球盤中處理時(shí)間為 3-10分鐘，通過調(diào)節(jié)成球時(shí)間與轉(zhuǎn)速，控制生料球的球形度，最終獲得球形度大于0. 8的球 形生料顆粒。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種陶粒石油支撐劑的制備方法，該方法采用鋁釩土和粉煤灰漂珠為原料用于降低陶粒密度,采用納米二氧化鈦為助燒劑，用于降低燒結(jié)溫度，提高機(jī)械強(qiáng)度;與此同時(shí)，本發(fā)明球形生料顆粒的制備工藝實(shí)現(xiàn)了對粒徑可控，球形度可控，并且操作簡單，在高溫常壓下燒結(jié)制得符合SY5108-2006技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的陶粒石油支撐劑。本發(fā)明的成球方法簡單，球形度容易控制，產(chǎn)品密度低，機(jī)械強(qiáng)度大，可廣泛應(yīng)用到低滲透油氣田，用于提高油氣產(chǎn)量。
文檔編號C04B33/32GK101851087SQ20101019798
公開日2010年10月6日 申請日期2010年6月11日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月11日
發(fā)明者吳云海, 姚燕燕, 艾濤, 趙鵬, 陸曉挺 申請人:長安大學(xué)