專利名稱：：硅酸鋁支撐劑、支撐劑生產(chǎn)和應(yīng)用方法硅酸鋁支撐劑、支撐劑生產(chǎn)和應(yīng)用方法本發(fā)明涉及油氣生產(chǎn)工業(yè)，并可用于防止產(chǎn)油層壓裂過(guò)程中的斷層閉合。用于提高油或氣生產(chǎn)的地層壓裂法是已知的。為了確保斷面開放，使用流體和被稱作支撐劑的粒狀材料的混合物。通常使用沙、氧化鋁、氧化鋁合金、磨碎的焦煤、玻璃球、粘土等作為粒狀材料。還已知由灰分劑制成的支撐劑，其因?yàn)檫m用性低而未能廣泛傳播。沙是一種天然廉價(jià)原料，在實(shí)踐中廣泛使用。但是，沙具有低的傳導(dǎo)性，該特征限制了其在石油生產(chǎn)過(guò)程中的應(yīng)用。沙通常在生產(chǎn)天然氣時(shí)使用(V.N.Moiseyev.Applicationofgeophysicalmethodsintheoildevelopmentprocess.M.，"Nedra",1990，第105頁(yè))。支撐劑通常包括氧化鋁和二氧化硅，它們的含量影響顆粒的品質(zhì)。氧化鋁改善強(qiáng)度性質(zhì)，而二氧化硅影響材料的彈性，這能夠生成用于的硬化(莫來(lái)石化)過(guò)程的球形顆粒。但是，所述氧化物的高含量并不總是帶來(lái)好的結(jié)果。例如，氧化鋁含量高達(dá)96重量％的顆粒是易碎的，因?yàn)樗鼈兙哂袌?jiān)硬的殼和中空的核；這一事實(shí)限制了這些顆粒的實(shí)際應(yīng)用。高強(qiáng)度支撐劑通常在大采深時(shí)使用，在此顆粒的堅(jiān)固性是主要要求。高粘流體用于將這些支撐劑注入斷層；該方法伴隨著高能耗，并導(dǎo)致烴層開采的成本增加。多數(shù)俄國(guó)油井(-83%)的深度相當(dāng)小一一低至3000米。中等強(qiáng)度支撐劑需要低粘流體和小的泵入斷層的壓力，對(duì)這些油井來(lái)說(shuō)是最有效的選擇。已知一種輕重量支撐劑(美國(guó)專利US5188175)，其為陶瓷球形顆粒形式，由含有氧化鋁、二氧化硅、鐵和鈦的氧化物的燒結(jié)高嶺土制成。其間，這些顆粒中的氧化物具有下列重量比氧化鋁-25-40%;二氧化硅-50-65%;氧化鐵-1.6%;二氧化鈦-2.6%。顆粒的球度為0.7。球度是最小直徑與最大直徑的比。該支撐劑是開采小采深或中采深的油層或氣層的最有效選擇。使用其中鋁對(duì)二氧化硅的比率在寬范圍內(nèi)變動(dòng)的粘土是該已知支撐劑的主要缺陷。在組分的所述范圍內(nèi)，所需品質(zhì)的支撐劑可以在分別為40%/50%的氧化鋁對(duì)二氧化硅重量比下制造。在另一比率下，需要不同的添加劑以獲得所需品質(zhì)的顆粒。這又提高了支撐劑的生產(chǎn)成本。例如，在25%/65%的氧化鋁對(duì)二氧化硅重量比下，產(chǎn)生低強(qiáng)度顆粒。為提高顆粒的強(qiáng)度，使用了諸如氧化鋁的高鋁添加劑；結(jié)果，支撐劑顆粒的初始成本增加。此外，這些組合物中鐵氧化物的舍量相當(dāng)高，這個(gè)事實(shí)不利地影響支撐劑的強(qiáng)度性質(zhì)。由鋁土礦在1000C下煅燒以提高Al2O3/SiO2比率而制成的支撐劑是已知的(美國(guó)專利US4668645);但是，這種支撐劑的初始成M高。由鋁土礦和高嶺土混合物制得的支撐劑也是已知的(美國(guó)專利US4879181);這種混合物提供了具有彈性的初始物料，并因此能夠生產(chǎn)球形和圓形支撐劑，但是，初始成本更高。還已知一種雙層支撐劑(美國(guó)專利US4944卯5)，其中內(nèi)層部分由具有相當(dāng)?shù)偷娜廴跍囟鹊匿X硅酸鹽物質(zhì)組成，而具有高濃度氧化鋁的外層部分含有礬土。提議使用霞巖型正長(zhǎng)巖作為具有低熔融溫度的物質(zhì)，其能夠在冷卻時(shí)形成玻璃相。為了生產(chǎn)上述支撐劑，首先在加入水和粘合成分的情況下將預(yù)燒過(guò)的正長(zhǎng)巖與細(xì)顆粒氧化鋁的混合物造粒。千燥后，將由此獲得的顆粒與細(xì)顆粒氧化鋁混合，以防止顆粒彼此結(jié)塊及顆粒焦結(jié)在煅燒窯壁上.在接近霞巖型正長(zhǎng)巖熔點(diǎn)的溫度下進(jìn)行在回轉(zhuǎn)爐中的煅燒。停止燃燒后，對(duì)顆粒鼓風(fēng)以除去未燒結(jié)的氧化鋁。此后，將顆粒在回轉(zhuǎn)煅燒窯中在更高的溫度下和在額外提供氧化鋁的情況下再燒。在再燒過(guò)程中，產(chǎn)生較厚的氧化鋁表面層，其可以確保支撐劑的足夠強(qiáng)度。這種已知的工程方案的缺陷是相當(dāng)復(fù)雜的多相支撐劑生產(chǎn)技術(shù)，其特征是在回轉(zhuǎn)爐中實(shí)施兩個(gè)耗能的顆粒煅燒過(guò)程。此外，顆粒的視密度增大(超過(guò)2.75克/厘米3)，這要求使用具有提高的粘度的壓裂液一一其又導(dǎo)致巖石的磨損并降低巖石的滲透性一一以及要求供應(yīng)生產(chǎn)油層壓裂液所需的化學(xué)品。使用具有降低的密度的支撐劑可以解決上述問(wèn)題，此外，可以在較長(zhǎng)的斷層長(zhǎng)度上提供支撐劑的有效輸送，并提高油井的生產(chǎn)力。另一種支撐劑也是已知的(美國(guó)專利US3929191)。這種支撐劑基于燒結(jié)的鋁珪酸鹽原料或基于礦物，或由鐵、鋼，以尺寸為6-100目、優(yōu)選10-40目，Krumbein，s球度和圓度不低于0.8、密度為2.6克/立方厘米，帶有可熔酚醛樹脂涂層的顆粒形式生成。這種支撐劑用在釆用油層壓裂技術(shù)的石油生產(chǎn)中。這種已知的工程方案的缺陷是支撐劑的有限功能能力樹脂涂層僅僅改善支撐劑的堅(jiān)固性，并形成可透水的密封以便保留支撐劑不被帶出油井。使用原型才支術(shù)生產(chǎn)的支撐劑不能在壓裂過(guò)程結(jié)束后降低油井中的水含量。從工程角度看，建議的解決方案要求開發(fā)出能夠制造支撐劑的配料組合物，該支撐劑在采用油層壓裂技術(shù)和礫石填充的過(guò)濾器時(shí)可以有效發(fā)揮作用。實(shí)施開發(fā)出的工程方案，并應(yīng)用新開發(fā)的具有適當(dāng)組成和物理性質(zhì)的支撐劑，能夠擴(kuò)大斷層的長(zhǎng)度，因?yàn)樵撝蝿┰谟糜趯⑵漭斔偷綌鄬拥哪z中的沉降速率降低。因此，斷層生產(chǎn)率提高。此外，支撐劑的密度降低，這顯著f品的消耗,為了實(shí)現(xiàn)上述工程結(jié)果，提議使用由燒結(jié)的原料顆粒構(gòu)成的支撐劑，其中使用包含二氧化硅和不小于60重量％比率的氧化鋁的配料作為原料；在這種情況下，支撐劑的視密度在1.7至2.75克/立方厘米之間。此外，該配料另外還可以包括至少一種下列組分氧化鎂、氧化鈣、二氧化鈦、氧化鐵黑、堿金屬氧化物和堿土金屬氧化物以及氧化錳，上述組分的含量如下(重量％):氧化鎂二氧化鈦氧化鈣氧化鐵黑0.1-5.00.1-10.00.1-10.01.0-10.0堿金屬氧化物和堿土金屬氧化物氧化錳0.01-2.00.01-5.0用于制造所述支撐劑的方法要求預(yù)先研磨和混合初始組分，然后將初始組分造粒，將這些組分干燥并分成目標(biāo)級(jí)分。使用氧化鋁含量不小于60重量％的二氧化硅和氧化鋁作為所述初始組分。在一個(gè)實(shí)施方案中，在混合階段之前，首先將包含氧化鋁的粘土成分溶解，然后脫水，以達(dá)到確保后續(xù)的混合和造粒過(guò)程的最佳參數(shù)所需的濕含量。通常，使用還含有至少一種下列組分的配料氧化鎂、氧化鈣、二氧化鈥、氧化鐵黑、堿金屬氧化物和堿土金屬氧化物以及氧化錳，上述組分的含量如下(以重量計(jì))氧化鎂1.0-10.0二氧化鈦0.1-10.0氧化釣0.1-10.0氧化鐵黑0.1-5.0堿金屬氧化物和堿土金屬氧化物0.01-2.0氧化錳0.01-5.0在基本選項(xiàng)中，新開發(fā)的支撐劑可以如下制造。將根據(jù)需要烘烤過(guò)的初始組分研磨以使90%的產(chǎn)物通過(guò)63微米網(wǎng)篩。如果需要，可在初始材料中添加增塑劑和其它支承材料?？梢允褂脝为?dú)的或合并的研磨法。初始組分通常在磨機(jī)(如果此前尚未使用合并的研磨法)或在造粒機(jī)本身中混合。在混合的同時(shí)，如果需要，以足以形成球形顆粒核和足以使這些核生長(zhǎng)至所需尺寸的量添加臨時(shí)工藝粘合劑。臨時(shí)工藝粘合劑的量為3至20重量％;混合和造粒所需的總時(shí)間為2至10分鐘。粘合劑以水、水與有機(jī)聚合物溶液、膠乳、微晶蠟、石蠟等為代表。一旦由之前加入造粒機(jī)中的混合物形成核且顆粒生長(zhǎng)至所需尺寸，就隨即在造粒機(jī)中加入最多12重量％的初始磨碎混合物，此后實(shí)施最多持續(xù)3分鐘的混合過(guò)程。然后將通過(guò)上述程序制成的顆粒干燥，并分敉至能夠補(bǔ)償烘烤在過(guò)程中發(fā)生的收縮的尺寸。不符合所確立的尺寸要求的顆?？梢栽傺h(huán)。如果在混合和造粒過(guò)程中使用了臨時(shí)工藝粘合劑，可以實(shí)施預(yù)先烘烤以燒除所述粘合劑。然后將經(jīng)過(guò)干燥并按尺寸分級(jí)的顆粒在提供最多2.75克/立方厘米^f見密度所需的溫度和暴露時(shí)長(zhǎng)下烘烤。在烘烤后，還可以將它們分離為級(jí)分。盡管所述支撐劑的應(yīng)用技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)沒(méi)有不同，但由于所述支撐劑在品質(zhì)和量上的組成，以及由于其獨(dú)特的固有物理和化學(xué)性質(zhì)，所述支撐劑的應(yīng)用能夠顯著改進(jìn)支撐劑在斷層中的輸送深度，因?yàn)橹蝿┰谀z中沉降速率降低，減少了制備壓裂液所用的化學(xué)品的消耗(因?yàn)橹蝿┑妮斔托枰哂休^低粘度的凝膠)。這又降低了斷層中巖石的磨損并提高了應(yīng)用效率。下面進(jìn)一步基于其實(shí)施方案研究開發(fā)出的工程方案。1.在實(shí)施開發(fā)出的工程方案時(shí)，將來(lái)自Boksonskoye礦床的預(yù)磨碎鋁土礦與Glukhovetsky高嶺土和碳酸鉤及碳酸鎂混合，以形成具有下列組成的初始配料(重量％):氧化鋁67.4二氧化硅27.6氧化鎂1.9氧化鉤1.0二氧化鈥1.0氧化鐵(III)黑0.1氧化鐵(n)黑i.o為了比較，在表i中列出了商業(yè)支撐劑生產(chǎn)中所用的初始配料的組成。表i<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>在表2中列出了在研究表1所列支撐劑組合物的過(guò)程中并根據(jù)APIPR60測(cè)試而獲得的對(duì)比參數(shù)。表2<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>表3和表4例示了實(shí)施例2。在這些表中，顯示了初始配料的組成和根據(jù)APIRP60測(cè)試的所得支撐劑的參數(shù)。在進(jìn)行實(shí)施例2時(shí)，將預(yù)先單獨(dú)磨碎的組分——Kiya-Shaltyrskoye礦床的鋁土礦、來(lái)自Polozhskoye礦床的白云石和高冷土——混合。表3<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>2表4<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>表5<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>表6<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>上述實(shí)施例中所示的開發(fā)出的支撐劑的視密度能夠降低支撐劑在凝膠中的沉降速率，因此可確保支撐劑輸送到更長(zhǎng)的斷層長(zhǎng)度中，并因此提高油井的生產(chǎn)力。權(quán)利要求1.包含烘焙過(guò)的原料顆粒的支撐劑，其特征在于使用氧化鋁含量不小于60重量％的包含二氧化硅和氧化鋁的配料作為原料；該支撐劑的視密度在1.7至2.75克/立方厘米之間。2.根據(jù)權(quán)利要求l的支撐劑，其特征在于所述配料還包括至少一種下列組分氧化鎂、氧化鈣、二氧化鈦、氧化鐵黑、堿金屬氧化物和堿土金屬氧化物以及氧化錳，上述組分的重量百分比含量如下氧化鎂1.0-10.0二氧化鈦0.1-10.0氧化鉤0.1-10.0氧化鐵黑0.1-5.0堿金屬氧化物和堿土金屬氧化物0.01-2.0氧化錳0.01-5.03.支撐劑制造方法，包括預(yù)先研磨和混合初始組分，然后將它們?cè)炝?、干燥并分成目?biāo)級(jí)分，其特征在于使用二氧化硅和氧化鋁作為所述初始組分；在這種情況下，氧化鋁含量不小于60重量％。4.根據(jù)權(quán)利要求4的支撐劑制造方法，其特征在于，在混合之前，首先將包含氧化鋁的粘土成分溶解，然后脫水，以達(dá)到確保后續(xù)的混合和造粒過(guò)程的最佳參數(shù)所需的濕含量。5.根據(jù)權(quán)利要求4的方法，其特征在于使用還含有至少一種下列組分的配料氧化鎂、氧化鈣、二氧化鈦、氧化鐵黑、堿金屬氧化物和堿土金屬氧化物以及氧化錳，上述組分的重量百分比含量如下IU匕鎂1.0-10.0二氧化鈥O.l國(guó)lO.O氧化鉀0.1-10.0氧化鐵黑0.1-5.0堿金屬氧化物和堿土金屬氧化物0.01-2.0IU匕錳0.01-5.06.根據(jù)權(quán)利要求l-2的支撐劑的用途，用于烴生產(chǎn)。全文摘要本發(fā)明涉及油氣生產(chǎn)工業(yè)，并可用于防止產(chǎn)油層壓裂過(guò)程中的斷層閉合。具體而言，本發(fā)明涉及硅酸鋁支撐劑、支撐劑生產(chǎn)和應(yīng)用方法。包含烘焙過(guò)的原料顆粒的支撐劑，其特征在于使用氧化鋁含量不小于60重量％的包含二氧化硅和氧化鋁的配料作為原料；該支撐劑的視密度在1.7至2.75克/立方厘米之間。文檔編號(hào)C09K8/80GK101210175SQ20071030044公開日2008年7月2日申請(qǐng)日期2007年12月27日優(yōu)先權(quán)日2006年12月27日發(fā)明者E·M·佩爾希科夫,J·E·奧尼爾申請(qǐng)人:普拉德研究與開發(fā)有限公司