本發(fā)明涉及油氣井壓裂縫的支撐技術(shù)，特別是一種粉煤灰燒制成的油氣井壓裂支撐劑及其制備方法，所述粉煤灰是指煤燃燒后的煙氣中收捕下來的細(xì)灰，屬于工業(yè)廢渣。本發(fā)明的支撐劑既能夠有效利用工業(yè)廢渣粉煤灰，又能夠有利于燒成的陶粒同時(shí)具有較高強(qiáng)度和較低密度，以適應(yīng)閉合壓力高、滲透能力低的深層油氣井壓裂縫的支撐。
背景技術(shù)：
為了進(jìn)一步開發(fā)深層油、氣藏，提高單井產(chǎn)量，水力壓裂工藝被廣泛采用。為確保地下深層壓裂縫的通暢，使用支撐劑是必要的，它的加入可增強(qiáng)地層導(dǎo)流能力，提高油或氣的產(chǎn)量，是壓裂工藝應(yīng)用成敗的一個(gè)重要關(guān)鍵。燒結(jié)陶粒由于強(qiáng)度高，密度較低，被作為首選的壓裂縫支撐劑，一直受到高度重視。中國專利02112746公開了一種適用于中深油氣井(例如4000米以下)用燒結(jié)陶粒支撐劑，其主要由熟鋁礬土及高嶺土、紅粘土組成，從而獲得具有較低的密度(體積密度1.5～1.65g/cm3，視密度2.65～2.85g/cm3)，抗壓強(qiáng)度52Mpa≤7％，導(dǎo)流能力60Mpa≥35μm2·cm。隨著油氣藏開采深度加深，油氣井地層裂縫閉合壓力隨之增大，滲透性能降低，壓裂工藝要求有強(qiáng)度更高(例如抗壓強(qiáng)度69Mpa≤10％)的陶粒支撐劑，使之適應(yīng)高深油氣井的使用要求。中國專利89102544公開了一種視密度為2.8～3.0g/cm3的中密度支撐劑，它是以含氧化鋁65～75％(以重量計(jì)，下同)的貧瘠鋁礬土或鋁礦下角料為主要原料，輔以部分軟質(zhì)粘土和石英為輔料，按100：15：10混合，采用電熔噴吹法制備，得到主要由莫來石相為主，氧化鋁含量為60～70％，二氧化硅含量為23～28％的陶粒支撐劑。該陶粒支撐劑的主要不足是：配料中的軟質(zhì)粘土和石英，與鋁礬土主料高溫反應(yīng)結(jié)合性不夠好，易造成產(chǎn)品質(zhì)量的不穩(wěn)定，質(zhì)量波動(dòng)大；其次，產(chǎn)品雖然主晶相呈莫來石相，但因原料中含有一定量的軟質(zhì)粘土和石英，因而產(chǎn)品中存在較高的玻璃相，不適應(yīng)目前壓裂工藝技術(shù)的要求，其產(chǎn)品實(shí)際已基本上不為油氣井所采用。中國專利93111983公開的一種鋁礬土高強(qiáng)度支撐劑，它是以70～95％的含氧化鋁65～95％的焙燒鋁礬土，搭配5～30％由鐵、鎂、錳多種氧化物和軟質(zhì)粘土，或鋯英石、軟質(zhì)粘土輔料，得到以α-Al2O3為主晶相形成的固熔體和玻璃相的結(jié)合體，視密度≤3.4g/cm3，體積密度≤2.1g/cm3。然而該陶粒支撐劑，不僅需要熟鋁礬土作原料，增加了制造成本，而且造成產(chǎn)品密度的提高，提高了使用成本，增加了壓裂難度。
本發(fā)明人認(rèn)為，理想的油氣井壓裂用陶粒支撐劑，要求具有高的攜帶能力和高砂比，因此需要盡可能低的密度和盡可能高的強(qiáng)度，然而陶粒支撐劑強(qiáng)度與密度通常呈正相關(guān)關(guān)系，為此本發(fā)明人通過各種努力調(diào)整配方，尋找平衡，以盡可能滿足上述技術(shù)要求。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷或不足，提供一種粉煤灰燒制成的油氣井壓裂支撐劑及其制備方法，所述粉煤灰是指煤燃燒后的煙氣中收捕下來的細(xì)灰，屬于工業(yè)廢渣。本發(fā)明的支撐劑既能夠有效利用工業(yè)廢渣粉煤灰，又能夠有利于燒成的陶粒同時(shí)具有較高強(qiáng)度和較低密度，以適應(yīng)閉合壓力高、滲透能力低的深層油氣井壓裂縫的支撐。
本發(fā)明的技術(shù)方案如下：
一種粉煤灰燒制成的油氣井壓裂支撐劑，其特征在于，所述支撐劑為陶瓷顆粒，所述陶瓷顆粒由粉煤灰陶瓷漿料燒制而成，所述粉煤灰陶瓷漿料是指陶瓷漿料的原料組分中包含粉煤灰，且粉煤灰含量≥30wt％。
所述陶瓷漿料的原料中包含的粉煤灰組分含量為30wt％～50wt％；所述粉煤灰的粒徑≤400目。
所述陶瓷漿料的原料中包含的二氧化鈦粉料組分含量為1wt％～10wt％。
所述陶瓷漿料的原料中包含的鋁礬土粉料組分含量為50wt％～70wt％；所述鋁礬土粉料的粒徑≤400目。
所述粉煤灰中的二氧化鈦含量≥3wt％。
所述鋁礬土粉料中的Al2O3含量為60wt％～80wt％。
所述陶瓷顆粒在煅燒中形成了以莫來石和剛玉相為主晶相；所述油氣井壓裂支撐劑產(chǎn)品包括如下化學(xué)成分及重量含量：Al2O355～65％，F(xiàn)e2O30.8～5％，SiO215～25％，二氧化鈦1～6％，體積密度1.60～1.65g/cm3，視密度2.70～2.75g/cm3，抗破碎能力以SY/T 5108-2006標(biāo)準(zhǔn)為86Mpa≤6％，導(dǎo)流能力60Mpa≥70μm2·cm，濁度＜20FTU。
一種油氣井壓裂支撐劑的制備方法，其特征在于，包括配制陶瓷漿料、制粉、成球和燒成；所述陶瓷漿料的原料組分及含量如下：粉煤灰為30wt％～50wt％，二氧化鈦粉料為1wt％～10wt％，鋁礬土粉料為50wt％～70wt％；所述陶瓷漿料是將各原料組分投入球磨機(jī)中采用濕法球磨制得。
所述制粉包括將陶瓷漿料在噴霧干燥機(jī)中干燥，制成粉體；所述成球包括將所得粉體在成球機(jī)上成型，經(jīng)篩分后得到不同粒徑的支撐劑生球；所述燒成包括將所得支撐劑生球干燥后，在陶瓷窯爐中于1300℃～1400℃的溫度下燒制，經(jīng)除塵篩分后即得油氣井壓裂支撐劑產(chǎn)品。
所述陶瓷窯爐是回轉(zhuǎn)窯。
本發(fā)明的技術(shù)效果如下：本發(fā)明的一種粉煤灰燒制成的油氣井壓裂支撐劑，通過在陶瓷漿料的原料中加入粉煤灰30wt％以上、二氧化鈦礦物細(xì)粉1wt％以上，大大減少了鋁礬土的用量，有效利用了工業(yè)廢渣粉煤灰。本發(fā)明與已有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)：原料種類少，配料簡單，二氧化鈦與粉煤灰、鋁礬土在高溫中反應(yīng)更加完全，使玻璃相大大降低，莫來石相為主，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，同時(shí)有利于產(chǎn)物強(qiáng)度提高，密度降低，可較大幅度提高導(dǎo)流能力。本發(fā)明油氣井壓裂支撐劑體積密度1.60～1.65g/cm3，視密度2.70～2.75g/cm3，抗破碎能力(SY/T 5108-2006)86Mpa≤6％，最高可達(dá)100Mpa≤10％，導(dǎo)流能力60Mpa≥70μm2·cm，濁度＜20FTU。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行說明。
本發(fā)明提供一種配方簡單，成本較低，質(zhì)量穩(wěn)定，具有較高強(qiáng)度，和相對(duì)較低密度，適應(yīng)閉合壓力高、滲透能力低的深層油氣井壓裂用陶粒支撐劑。本發(fā)明目的實(shí)現(xiàn)，主要改進(jìn)是陶粒支撐劑采用粉煤灰作主料，外加1～10wt％的二氧化鈦。具體說，本發(fā)明油氣井壓裂用陶粒支撐劑，是由粉煤灰、鋁礬土，外加1～10％(重量)的二氧化鈦組成。為平衡支撐劑強(qiáng)度(抗破碎能力)與密度，在確保產(chǎn)品強(qiáng)度前提下，盡可能降低產(chǎn)品密度，本發(fā)明使用粉煤灰主料，尤其采用含二氧化鈦較高(例如≥3％)的鋁礬土。高含量二氧化鈦可以提高燒成支撐劑的強(qiáng)度及穩(wěn)定性，而又能有效降低密度。
本發(fā)明支撐劑由于采用在生鋁礬土物料中外加較高含量的二氧化鈦，不僅原料種類少，配料簡單，生產(chǎn)易控制，并可控制密度的提高；而且二氧化鈦與主料生粉煤灰在高溫中反應(yīng)更加完全，使玻璃相大大降低，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，同時(shí)有利于產(chǎn)品致密度提高，可較大幅度提高導(dǎo)流能力。粉煤灰中較高含量二氧化鈦，進(jìn)一步控制了密度的增加。另外，二氧化鈦使用及增加還可降低支撐劑燒成溫度，不僅節(jié)約能源，而且還可以控制密度的增高。本發(fā)明僅在較小提高密度基礎(chǔ)上，使之強(qiáng)度大大提高。本發(fā)明支撐劑經(jīng)煅燒形成以莫來石、剛玉相為主晶相，產(chǎn)品Al2O355～65％，F(xiàn)e2O30.8～5％，SiO215～25％，二氧化鈦1～6％，體積密度1.60～1.65g/cm3，視密度2.70～2.75g/cm3，抗破碎能力(SY/T 5108-2006)86Mpa≤6％，最高可達(dá)100Mpa≤10％，導(dǎo)流能力60Mpa≥70μm2·cm，濁度＜20FTU。
一種粉煤灰燒制成的油氣井壓裂支撐劑，其特征在于，所述支撐劑為陶瓷顆粒，所述陶瓷顆粒由粉煤灰陶瓷漿料燒制而成，所述粉煤灰陶瓷漿料是指陶瓷漿料的原料組分中包含粉煤灰，且粉煤灰含量≥30wt％。所述陶瓷漿料的原料中包含的粉煤灰組分含量為30wt％～50wt％；所述粉煤灰的粒徑≤400目。所述陶瓷漿料的原料中包含的二氧化鈦粉料組分含量為1wt％～10wt％。所述陶瓷漿料的原料中包含的鋁礬土粉料組分含量為50wt％～70wt％；所述鋁礬土粉料的粒徑≤400目。所述粉煤灰中的二氧化鈦含量≥3wt％。所述鋁礬土粉料中的Al2O3含量為60wt％～80wt％。所述陶瓷顆粒在煅燒中形成了以莫來石和剛玉相為主晶相；所述油氣井壓裂支撐劑產(chǎn)品包括如下化學(xué)成分及重量含量：Al2O355～65％，F(xiàn)e2O30.8～5％，SiO215～25％，二氧化鈦1～6％，體積密度1.60～1.65g/cm3，視密度2.70～2.75g/cm3，抗破碎能力以SY/T 5108-2006標(biāo)準(zhǔn)為86Mpa≤6％，導(dǎo)流能力60Mpa≥70μm2·cm，濁度＜20FTU。
一種油氣井壓裂支撐劑的制備方法，其特征在于，包括配制陶瓷漿料、制粉、成球和燒成；所述陶瓷漿料的原料組分及含量如下：粉煤灰為30wt％～50wt％，二氧化鈦粉料為1wt％～10wt％，鋁礬土粉料為50wt％～70wt％；所述陶瓷漿料是將各原料組分投入球磨機(jī)中采用濕法球磨制得。所述制粉包括將陶瓷漿料在噴霧干燥機(jī)中干燥，制成粉體；所述成球包括將所得粉體在成球機(jī)上成型，經(jīng)篩分后得到不同粒徑的支撐劑生球；所述燒成包括將所得支撐劑生球干燥后，在陶瓷窯爐中于1300℃～1400℃的溫度下燒制，經(jīng)除塵篩分后即得油氣井壓裂支撐劑產(chǎn)品。所述陶瓷窯爐是回轉(zhuǎn)窯。
實(shí)施例1：取二氧化鈦含量4.5wt％的粉煤灰4kg、Al2O3含量70wt％的生鋁礬土6kg，外加二氧化鈦650g，分別將兩種原料粉碎成400目細(xì)粉，混料拌和均勻，加足成粒所需水分拌成溫潤土，經(jīng)造粒后放入成球機(jī)中旋轉(zhuǎn)成球，篩分選得粒徑0.2～1.0mm的顆粒，送入回轉(zhuǎn)窯經(jīng)1350℃、2小時(shí)燒結(jié)，出窯冷卻分選除塵包裝。
實(shí)施例2：如實(shí)施例1，其中二氧化鈦外加1kg，1320℃、2.5小時(shí)燒結(jié)。
上述實(shí)施例燒成后產(chǎn)品含Al2O3 60％，F(xiàn)e2O3 3.5％，SiO2 17％，二氧化鈦3.5％，體積密度1.65g/cm3，視密度2.75g/cm3，抗破碎能力(SY/T 5108-2006)69Mpa≤5.2％，導(dǎo)流能力60Mpa≥75μm2·cm，濁度＜20FTU。
在此指明，以上敘述有助于本領(lǐng)域技術(shù)人員理解本發(fā)明創(chuàng)造，但并非限制本發(fā)明創(chuàng)造的保護(hù)范圍。任何沒有脫離本發(fā)明創(chuàng)造實(shí)質(zhì)內(nèi)容的對(duì)以上敘述的等同替換、修飾改進(jìn)和/或刪繁從簡而進(jìn)行的實(shí)施，均落入本發(fā)明創(chuàng)造的保護(hù)范圍。