經(jīng)濟(jì)型陶粒油氣壓裂支撐劑及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種利用廉價(jià)紫砂粘土巖原料制備經(jīng)濟(jì)型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(kāi)采用支撐劑【技術(shù)領(lǐng)域】。本發(fā)明以紫砂粘土巖、鋁礬土為原料，紫砂粘土巖、鋁礬土的重量百分比分別為：60~70%、30~40%，二者之和為100%。按配比配料后混合均勻，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)制備主晶相為莫來(lái)石3Al2O3·2SiO2、次晶相為石英SiO2的復(fù)相經(jīng)濟(jì)型陶粒油氣壓裂支撐劑。本發(fā)明既可低成本制備莫來(lái)石/石英復(fù)相經(jīng)濟(jì)型陶粒油氣壓裂支撐劑，又可實(shí)現(xiàn)紫砂粘土巖的綜合利用，還能提供一種相對(duì)石英砂性價(jià)比較高的35MPa經(jīng)濟(jì)型陶粒油氣壓裂支撐劑。
【專利說(shuō)明】經(jīng)濟(jì)型陶粒油氣壓裂支撐劑及其制備方法
[0001]

【技術(shù)領(lǐng)域】： 本發(fā)明涉及一種利用紫砂粘土巖制備的經(jīng)濟(jì)型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(kāi)采用支撐劑【技術(shù)領(lǐng)域】。
[0002]

【背景技術(shù)】： 油氣壓裂支撐劑是石油、天然氣低滲透油氣井及頁(yè)巖氣藏開(kāi)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(zhǎng)油氣 井服務(wù)年限?，F(xiàn)今，國(guó)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，天然 石英砂由于耐壓強(qiáng)度較低主要用于淺層油氣井，高溫?zé)Y(jié)陶粒砂主要用于深層油氣井壓裂 施工。
[0003] 隨著油氣井壓裂作業(yè)的不斷發(fā)展，對(duì)油氣壓裂支撐劑的需求也在不停的發(fā)生的變 化，目前國(guó)內(nèi)能用作壓裂支撐劑的天然石英砂主要來(lái)源于河北承德、內(nèi)蒙、甘肅等地，它們 性能要求基本滿足14MPa和28MPa，但對(duì)于35MPa閉合壓力下，其使用性能指標(biāo)較差，尤其是 在抗破碎能力上由于石英晶體的各向異性導(dǎo)致其破碎率偏高。因此，需要尋求新的材料代 替天然石英砂來(lái)滿足35MPa閉合壓力下壓裂作業(yè)。
[0004] 目前，國(guó)內(nèi)針對(duì)天然石英砂強(qiáng)度較低所采取的措施主要有兩個(gè)，一個(gè)是利用高強(qiáng) 度陶粒砂代替天然石英砂，另一個(gè)則是對(duì)天然石英砂進(jìn)行樹(shù)脂覆膜處理來(lái)提高其抗破碎能 力。但由于高強(qiáng)度陶粒砂多數(shù)為52MPa及以上的產(chǎn)品，用其代替天然石英砂于35MPa閉合 壓力下作業(yè)會(huì)造成浪費(fèi)而增大成本，同時(shí)由于高強(qiáng)度陶粒砂密度較高需要使用偏貴的壓裂 攜帶液壓裂作業(yè)而增加施工的成本。而對(duì)于樹(shù)脂覆膜石英砂來(lái)說(shuō)，可以提高石英砂的強(qiáng)度， 但對(duì)于石英砂的性能現(xiàn)在還沒(méi)有一套完整的體系可以對(duì)其進(jìn)行評(píng)價(jià)，其使用性能會(huì)由于覆 膜石英砂的包覆完整程度、包覆厚度、包覆樹(shù)脂的差異導(dǎo)致很大的變化，并且樹(shù)脂的價(jià)位遠(yuǎn) 高于石英砂，這無(wú)形中增加了產(chǎn)品的價(jià)格，還由于目前國(guó)內(nèi)樹(shù)脂覆膜砂企業(yè)數(shù)量較少未形 成價(jià)格競(jìng)爭(zhēng)形勢(shì)，從而導(dǎo)致樹(shù)脂覆膜石英砂的目前價(jià)位不會(huì)太低。因而，尋求新的廉價(jià)原料 來(lái)制備相對(duì)石英砂性價(jià)比較高的35MPa經(jīng)濟(jì)型陶粒砂是我們的首選。
[0005] 針對(duì)目前油氣壓裂支撐劑市場(chǎng)中，天然石英砂支撐劑不能滿足35MPa閉合壓力下 作業(yè)需求，以及國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)均未見(jiàn)35MPa閉合壓力下專用的經(jīng)濟(jì)型陶粒油氣壓裂支撐劑， 本發(fā)明以紫砂粘土巖和鋁礬土礦為原料，采用高溫固相燒結(jié)法制備了莫來(lái)石/石英復(fù)相經(jīng) 濟(jì)型陶粒油氣壓裂支撐劑。該制備方法通過(guò)利用紫砂粘土巖為主要原料，在制備出35MPa 閉合壓力下專用經(jīng)濟(jì)型壓裂支撐劑之時(shí)還大幅降低了制備莫來(lái)石/石英復(fù)相經(jīng)濟(jì)型陶粒 油氣壓裂支撐劑的成本；同時(shí)以紫砂粘土巖為主要原料制備莫來(lái)石/石英復(fù)相經(jīng)濟(jì)型陶粒 油氣壓裂支撐劑大幅減少了鋁礬土的使用量，也為廉價(jià)紫砂粘土巖的綜合利用提供了一條 有效的途徑。該莫來(lái)石/石英復(fù)相經(jīng)濟(jì)型陶粒油氣壓裂支撐劑的制備工藝簡(jiǎn)單、成本偏低， 產(chǎn)品抗破碎能力、酸溶解度、圓球度、濁度、長(zhǎng)期導(dǎo)流能力等指標(biāo)均滿足中華人民共和國(guó)石 油天然氣行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SY/T 5108- 2006的要求。
[0006]


【發(fā)明內(nèi)容】
： 本發(fā)明目的在于利用廉價(jià)紫砂粘土巖為主要原料制備莫來(lái)石/石英復(fù)相經(jīng)濟(jì)型陶粒 油氣壓裂支撐劑，提供一種莫來(lái)石/石英復(fù)相經(jīng)濟(jì)型陶粒油氣壓裂支撐劑的制備方法，采 用廉價(jià)紫砂粘土巖和鋁礬土礦為原材料制備莫來(lái)石/石英復(fù)相經(jīng)濟(jì)型陶粒油氣壓裂支撐 齊IJ，既可以以低成本制備莫來(lái)石/石英復(fù)相經(jīng)濟(jì)型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，還可以綜合利用紫砂粘土巖，最重要的是可以提供一種專門(mén) 用來(lái)代替天然石英砂于35MPa閉合壓力下使用的經(jīng)濟(jì)型陶粒油氣壓裂支撐劑。
[0007] 本發(fā)明技術(shù)方案如下： 一種復(fù)相經(jīng)濟(jì)型陶粒油氣壓裂支撐劑，該復(fù)相經(jīng)濟(jì)型陶粒油氣壓裂支撐劑的主要物相 為莫來(lái)石3A1203 · 2Si02、次要物相為石英Si02 ;該復(fù)相經(jīng)濟(jì)型陶粒油氣壓裂支撐劑的主要 化學(xué)成份為：A1203含量40?44wt. %，Si02含量約39?43wt. %，F(xiàn)e203含量約9wt. %，其他Ti02、 堿金屬氧化物和堿土金屬氧化物等雜質(zhì)含量不超過(guò)8wt. % ;該經(jīng)濟(jì)型油氣壓裂支撐劑主要 用來(lái)代替天然石英砂于35MPa閉合壓力下壓裂作業(yè)使用。
[0008] -種利用紫砂粘土巖制備莫來(lái)石/石英復(fù)相經(jīng)濟(jì)型陶粒油氣壓裂支撐劑的方法， 該方法包括如下步驟：1)將紫砂粘土巖、鋁礬土礦分別磨粉至粒徑小于400目標(biāo)準(zhǔn)篩的篩 孔尺寸，得到原材料；2)將上述原材料按一定比例進(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l(Tl5 Wt. %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1380°C ~1520°C，半成品于回轉(zhuǎn)窯內(nèi)燒結(jié)滯留時(shí)間為2h，得到高溫經(jīng)濟(jì)型陶粒油氣壓 裂支撐劑成品；6)將上述高溫經(jīng)濟(jì)型油氣壓裂支撐劑成品急速冷卻后提升至儲(chǔ)料倉(cāng)并進(jìn)行 篩分包裝，即得到莫來(lái)石/石英復(fù)相經(jīng)濟(jì)型陶粒油氣壓裂支撐劑。
[0009] 所述紫砂粘土巖的A1203含量為25?29wt. %，Si02含量為51?60wt. %，F(xiàn)e203含 量為4?9wt. %，其添加量為6(T70wt. % ;鋁礬土礦的A1203含量為58?73wt. %，Si02含量為 8?10wt. %，F(xiàn)e203含量為3?6wt. %，其添加量為30?40wt. %。
[0010] 本發(fā)明所述的莫來(lái)石/石英復(fù)相經(jīng)濟(jì)型陶粒油氣壓裂支撐劑及其制備方法，既可 以低成本制備莫來(lái)石/石英復(fù)相經(jīng)濟(jì)型陶粒油氣壓裂支撐劑，又可以實(shí)現(xiàn)廉價(jià)紫砂粘土巖 的綜合利用，還可得到抗破碎能力、酸溶解度、圓球度、濁度、長(zhǎng)期導(dǎo)流能力等指標(biāo)均滿足中 華人民共和國(guó)石油天然氣行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SY/T 5108- 2006要求且專門(mén)用來(lái)替代石英砂于35MPa 閉合壓力下使用的復(fù)相經(jīng)濟(jì)型陶粒油氣壓裂支撐劑。
[0011]

【具體實(shí)施方式】： 下面結(jié)合實(shí)施實(shí)例對(duì)本發(fā)明做詳細(xì)說(shuō)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(guò)程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施 例。
[0012] 本發(fā)明的原料為：紫砂粘土巖和鋁礬土礦。所述紫砂粘土巖的A1A含量為 25?29wt. %，Si02含量為51?60wt. %，F(xiàn)e203含量為4?9wt. %，其添加量為60?70wt. % ;鋁礬 土礦的A1203含量為58?73wt. %，Si02含量為8?10wt. %，F(xiàn)e203含量為3?6wt. %，其添加量為 3(T40wt. %。利用本發(fā)明中的工藝方法制備出的莫來(lái)石/石英復(fù)相經(jīng)濟(jì)型陶粒油氣壓裂支 撐劑的圓球度均不小于〇. 8,體密度小于1. 55g · cnT3,視密度介于2. 60~2. 75 g · cnT3,池度 〈100FTU，酸溶解度〈7%，35MPa下破碎率小于10%。
[0013] 實(shí)施例1 : 將紫砂粘土巖、鋁礬土礦分別磨粉至粒徑小于400目標(biāo)準(zhǔn)篩的篩孔尺寸，按照重量百 分比紫砂粘土巖70%和鋁礬土礦30%配料，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1380°C、1400°C、1420°C下保溫2h燒 成，在產(chǎn)品急速冷卻并篩分后得到20-40目的復(fù)相經(jīng)濟(jì)型陶粒油氣壓裂支撐劑。
[0014] 制備的復(fù)相經(jīng)濟(jì)型陶粒油氣壓裂支撐劑，主次物相分別是莫來(lái)石和石英，1380°c、 1400°C、1420°C下燒成的陶粒油氣壓裂支撐劑的圓球度均為0. 8,濁度均小于100FTU，酸溶 解度分別為 5. 63%、4· 70%、4· 70%，體密度分別為 L 46 g · cm'L 47 g · cm'L 47 g · cnT3， 視密度分別為 2. 68 g*cnT3、2. 69 g*cnT3、2. 66 g*cnT3,35MPa 下的破碎率分別為 9. 28%、 7. 64%、7. 15%。
[0015] 實(shí)施例2: 將紫砂粘土巖、鋁礬土礦分別磨粉至粒徑小于400目標(biāo)準(zhǔn)篩的篩孔尺寸，按照重量百 分比紫砂粘土巖60%和鋁礬土礦40%配料，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，將半成品分別于1430°C和1450°C下燒成，在產(chǎn)品急 速冷卻并篩分后得到20-40目的復(fù)相經(jīng)濟(jì)型陶粒油氣壓裂支撐劑。
[0016] 制備的復(fù)相經(jīng)濟(jì)型陶粒油氣壓裂支撐劑，主次物相分別是莫來(lái)石和石英，1430°c 和1450°C下燒成的陶粒油氣壓裂支撐劑的圓球度均為0. 9,濁度小于100FTU，酸溶解度分 別為4. 82%、5. 46%，體密度分別為1. 35 g ·αιΓ3和1. 45 g ·αιΓ3,視密度分別為2. 72 g ·αιΓ3 和2. 74 g · cnT3, 35MPa下的破碎率分別為6. 44%和4. 52%。
[0017] 實(shí)施例3: 將紫砂粘土巖、鋁礬土礦分別磨粉至粒徑小于400目標(biāo)準(zhǔn)篩的篩孔尺寸，按照重量百 分比紫砂粘土巖60%和鋁礬土礦40%配料，然后添加10%的水或水溶液進(jìn)行造粒，篩選出 30-50目的球體進(jìn)行干燥得到半成品，將半成品于1520°C下燒成，在產(chǎn)品急速冷卻并篩分 后得到30-50目的復(fù)相經(jīng)濟(jì)型陶粒油氣壓裂支撐劑。
[0018] 制備的復(fù)相經(jīng)濟(jì)型陶粒油氣壓裂支撐劑，主次物相分別是莫來(lái)石和石英，復(fù)相經(jīng) 濟(jì)型陶粒油氣壓裂支撐劑的圓球度均為0. 8,濁度74. 6 FTU，酸溶解度5. 27%，體密度為 1. 33 g · cnT3,視密度為 2. 71 g · cnT3, 35MPa 下的破碎率為 4. 37%，55MPa、69MPa、83MPa 閉合 壓力下的長(zhǎng)期導(dǎo)流能力分別為41. 66 μ m2 · cm、26. 27 μ m2 · cm、16. 45 μ m2 · cm。
[0019] 實(shí)施例4: 將紫砂粘土巖、鋁礬土礦分別磨粉至粒徑小于400目標(biāo)準(zhǔn)篩的篩孔尺寸，按照重量百 分比紫砂粘土巖60%和鋁礬土礦40%配料，然后添加12. 5%的水或水溶液進(jìn)行造粒，篩選出 40-70目的球體進(jìn)行干燥得到半成品，將半成品于1520°C下燒成，在產(chǎn)品急速冷卻并篩分 后得到40-70目的復(fù)相經(jīng)濟(jì)型陶粒油氣壓裂支撐劑。
[0020] 制備的復(fù)相經(jīng)濟(jì)型陶粒油氣壓裂支撐劑，主次物相分別是莫來(lái)石和石英，復(fù)相經(jīng) 濟(jì)型陶粒油氣壓裂支撐劑的圓球度均為0. 8,濁度47. 6 FTU，酸溶解度6. 16%，體密度為 1. 31 g · cnT3,視密度為 2. 74 g · cnT3, 35MPa 下的破碎率為 2. 63%，55MPa、69MPa、83MPa 閉合 壓力下的長(zhǎng)期導(dǎo)流能力分別為35. 91 μ m2 · cm、25. 18 μ m2 · cm、14. 05 μ m2 · cm。
【權(quán)利要求】
1. 一種經(jīng)濟(jì)型陶粒油氣壓裂支撐劑，其特征在于：該經(jīng)濟(jì)型陶粒油氣壓裂支撐劑的主 要物相為莫來(lái)石3A1 203 *2Si02、次要物相為石英Si02 ;該經(jīng)濟(jì)型陶粒油氣壓裂支撐劑的主要 化學(xué)成份為：A1203含量40?44wt. %，Si02含量約39?43wt. %，F(xiàn)e203含量約9wt. %，其他Ti02、 堿金屬氧化物和堿土金屬氧化物等雜質(zhì)含量不超過(guò)8wt. % ;該經(jīng)濟(jì)型油氣壓裂支撐劑主要 用來(lái)代替天然石英砂于35MPa閉合壓力下壓裂作業(yè)使用。
2. -種利用紫砂粘土巖制備莫來(lái)石/石英復(fù)相經(jīng)濟(jì)型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) 將紫砂粘土巖、鋁礬土礦分別磨粉至粒徑小于400目標(biāo)準(zhǔn)篩的篩孔尺寸，得到原材 料； 2) 將上述原材料按一定比例進(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l(Tl5Wt. %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1380°C ~1520°C，半成品于回轉(zhuǎn)窯內(nèi)燒結(jié)滯留時(shí)間為2h，得到 高溫經(jīng)濟(jì)型陶粒油氣壓裂支撐劑成品； 6) 將上述高溫經(jīng)濟(jì)型油氣壓裂支撐劑成品急速冷卻后提升至儲(chǔ)料倉(cāng)并進(jìn)行篩分包裝， 即得到莫來(lái)石/石英復(fù)相經(jīng)濟(jì)型陶粒油氣壓裂支撐劑。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述制備莫來(lái)石/石英復(fù)相經(jīng)濟(jì)型陶粒油氣壓裂支撐劑的方法，其 特征是： 所述紫砂粘土巖的A1203含量為25?29wt.%，Si02含量為51?60wt.%，F(xiàn)e 203含量為 4?9wt. %，其添加量為60?70wt· % ; 鋁礬土礦的A1203含量為58?73wt. %，Si02含量為8?10wt. %，F(xiàn)e203含量為3?6wt. %，其 添加量為30?40wt. %。
【文檔編號(hào)】C04B33/13GK104194768SQ201410405667
【公開(kāi)日】2014年12月10日 申請(qǐng)日期:2014年8月18日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月18日
【發(fā)明者】白頻波, 李占剛, 馬曉娟, 田玉明, 柴躍生, 劉愛(ài)平, 孔祥辰, 趙鵬飛 申請(qǐng)人:陽(yáng)泉市長(zhǎng)青石油壓裂支撐劑有限公司, 陽(yáng)泉中庸陶粒有限公司, 太原科技大學(xué), 白頻波