一種多孔莫來石微球的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種陶瓷材料的成型技術(shù)，具體是一種多孔莫來石微球的制備方法。技術(shù)背景
[0002]石油又稱原油，是各種烷烴、環(huán)烷烴、芳香烴的混合物組成的一種粘稠狀、深褐色液體。近年來，隨著我國國民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，石油的需求量日漸加大，提高開采油田的利用率，降低石油的開采成本，成為我國目前石油開采行業(yè)所面臨的亟待解決的重要研宄課題。近年來，我國石油新探明儲(chǔ)量中約82%為低滲透儲(chǔ)藏。絕大多數(shù)油氣井必須利用壓裂增產(chǎn)技術(shù)提高油氣井產(chǎn)能。
[0003]水力壓裂技術(shù)是石油行業(yè)中提高油氣井產(chǎn)能的重要技術(shù)之一。在水力壓裂過程中，為使水力壓裂巖石裂縫裂縫寬度保持較寬的狀態(tài)，可選用具有較高抗壓強(qiáng)度的球形固體顆粒隨壓裂液注入巖石縫隙中支撐裂縫。所選用的支撐劑支撐劑在巖石縫隙中提高了井筒附近地層的導(dǎo)流能力，減小了液體由地層流入井筒的阻力，增加了油氣井產(chǎn)量。
[0004]石英砂作為水力壓裂支撐劑廣泛應(yīng)用于油氣田壓裂開采中。體積密度為1.62g/cm3;視密度為2.62g/cm 3;在28MPa閉合壓力下破碎率是12.0%?14.0%。在20世紀(jì)80年代，出國外現(xiàn)了預(yù)固化樹脂覆膜石英砂。其是根據(jù)石英砂抗壓強(qiáng)度低、導(dǎo)流能力差等不足，在石英砂表面覆膜一層熱固性樹脂，并在一定條件下將其固化的新型支撐劑，用于壓裂支撐裂縫，代替石英砂和部分陶粒。
[0005]近幾年來，許多科學(xué)研宄者為了制備出廉價(jià)高性能的鋁礬土基石油壓裂支撐劑，進(jìn)行了許多科學(xué)探索。例如，在燒結(jié)過程中為了促進(jìn)形成更多的剛玉相或者莫來石相而引入一些礦物添加劑，為了降低成本而采取其他技術(shù)創(chuàng)新改進(jìn)生產(chǎn)工藝等。已開發(fā)出燒結(jié)陶?；緷M足絕大多數(shù)油氣井的使用
目前，在油氣井中水力壓裂增產(chǎn)中主要使用天然石英砂、中等強(qiáng)度低密度的支撐劑、中等強(qiáng)度高密度支撐劑、高強(qiáng)度高密度支撐劑、以及涂覆預(yù)固化涂層和可固化涂層樹脂的天然砂或人造支撐劑等五種類型的石油壓裂支撐劑。它們?cè)谟蜌饩_采過程中各自起到不同的作用。
[0006]為了便于泵入井下，減少支撐劑對(duì)設(shè)備的磨損，因此在能夠經(jīng)受住地層閉合壓力的情況下，支撐劑的密度越低越好。在溫度為200°C的條件下，支撐劑顆粒不與壓裂液及油氣巖石縫隙的儲(chǔ)層流體發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，目前行業(yè)上普遍要求支撐劑的酸溶解度允許值不高于7%。具有充足的貨源，低廉的價(jià)格。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是:如何降低生產(chǎn)成本，同時(shí)在制備多孔莫來石陶粒，降低其密度，得到可用于石油壓裂，高強(qiáng)低密的多孔莫來石陶粒。
[0008]本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:一種多孔莫來石微球的制備方法，按照如下的步驟進(jìn)行: 步驟一、將高嶺土、鋁礬土、結(jié)晶催化劑AlF3、燒結(jié)助劑混合
將高嶺土、鋁礬土按照質(zhì)量百分比2.1:1?3:1混合后，加入結(jié)晶催化劑AlF3，再加入燒結(jié)助劑(燒結(jié)助劑為MgO、T12、MoO3中的任意一種，如果燒結(jié)助劑為MgO，MgO質(zhì)量占混合物總質(zhì)量的4.62%，如果燒結(jié)助劑為T12,1102質(zhì)量占混合物總質(zhì)量的9.14%，如果燒結(jié)助劑為MoO3,]?003質(zhì)量占混合物總質(zhì)量的16.5wt%)，其中AlF 3的質(zhì)量占混合物總質(zhì)量的4%?8%，并以Si3N4球和無水乙醇為球磨介質(zhì)，連續(xù)球磨濕混20h，然后烘干過篩，得到均勻的混合粉末；
步驟二、在步驟一制備的混合粉末中加入分散劑(分散劑的為聚乙烯醇或聚乙烯醇)，然后再加入去離子水，置于球磨罐中球磨8 h?24h，制備出不同固相含量的均勻穩(wěn)定的水基陶瓷漿料，其中分散劑占混合粉末質(zhì)量的0.5%?1%，漿料固相的體積占料漿總體積的10% ?40% ；
步驟三、將漿料倒入油中(油為玉米油與煤油的混合物，其質(zhì)量比為3:2?10:1)，水基陶瓷漿料和油在聚苯乙烯盤中在高速攪拌(高速攪拌是指攪拌轉(zhuǎn)速為200?250轉(zhuǎn)/分鐘)的作用下成球乳化，形成油-漿料混合液，水基陶瓷漿料形成微球型液滴；
步驟四、將油-漿料混合液放入聚苯乙烯盤，在的酒精介質(zhì)中冷凍(冷凍溫度為-30°C?_10°C)，并過濾使凝固的陶瓷微球與油相分離；
步驟五、將凝固陶瓷微球置于冷凍干燥機(jī)中，使其干燥；將干燥后的陶瓷微球在氧化鋁坩禍中進(jìn)行無壓燒結(jié)形成多孔莫來石微球，無壓燒結(jié)工藝為以升溫速率為20°C /min升溫至950°C，保溫lh，然后升溫至1100°C?1300°C，保溫2h獲得多孔莫來石微球。
[0009]本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明突破傳統(tǒng)工藝，采用環(huán)境友好的水為制備漿料；采用油中成球與冷凍干燥相結(jié)合的工藝技術(shù)制備出具有高孔隙率的多孔莫來石微球，多孔莫來石微球體密度小于1.6g/cm3，且具有適宜的抗壓強(qiáng)度。本發(fā)明采用主要原料為高嶺土來取代鋁礬土，并采用新型成型技術(shù)制備多孔莫來石陶粒，降低陶粒密度，同時(shí)降低生產(chǎn)成本，制備高強(qiáng)低密的的用于石油壓裂開采的陶瓷。
【附圖說明】
[0010]圖1是多孔莫來石微球的顯微組織SEM照片。
【具體實(shí)施方式】
[0011]本發(fā)明技術(shù)方案不局限于以下所列舉【具體實(shí)施方式】，還包括各【具體實(shí)施方式】間的任意組合。
[0012]具體實(shí)施方案一:本實(shí)施方案中多孔莫來石陶粒的制備是按以下步驟實(shí)現(xiàn)的:一、將用于制備莫來石的原始粉末高嶺土、鋁礬土按質(zhì)量百分2.1:1配置，并與結(jié)晶催化劑AlF3 (質(zhì)量分?jǐn)?shù)為混合物的4%)、燒結(jié)助劑為MgO (質(zhì)量分?jǐn)?shù)為混合物的4.62%)混合以Si3N4球和無水乙醇為球磨介質(zhì)，連續(xù)球磨濕混20h ;然后烘干過篩，得到均勻的混合粉末；二、將去離子水，分散劑(混合粉末質(zhì)量的0.5-1%)和混合粉末(固體體積分?jǐn)?shù)為10-40vol%)置于球磨罐中球磨8h，制備出不同固相含量的均勻穩(wěn)定的水基漿料；三、將穩(wěn)定的漿料倒入油相中，水基陶瓷漿料和油相在聚苯乙烯盤中在高速攪拌的作用下成球乳化，以此來制備出微球型液滴；四、同時(shí)，將裝有乳化后的油-漿料混合液的聚苯乙烯盤在-30°C的酒精介質(zhì)中冷凍，并過濾使凝固的陶瓷微球與油相分離；五、將凝固完的樣品置于冷凍干燥機(jī)中，讓其干燥，時(shí)間為48h ;六、將干燥完的陶粒在氧化鋁坩禍中進(jìn)行無壓燒結(jié)。
[0013]【具體實(shí)施方式】二:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一不同的是步驟一中的結(jié)晶催化劑AlF3的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為8wt%。其他步驟和參數(shù)與【具體實(shí)施方式】一相同。
[0014]【具體實(shí)施方式】三:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一不同的是步驟一中的采用燒結(jié)助劑為T12 (質(zhì)量分?jǐn)?shù)為混合物的9.14wt%)。其他步驟和參數(shù)與【具體實(shí)施方式】一相同。
[0015]【具