本發(fā)明涉及石油、氣井壓裂工藝用支撐劑技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種高嶺石質(zhì)煤矸石制備超低密度陶粒支撐劑及其制備方法。

背景技術(shù)：

近年來，頁巖氣等非常規(guī)油氣藏被勘探開發(fā)利用，在能源結(jié)構(gòu)中起到了重要作用。非常規(guī)油氣儲層致密、滲透率低、孔隙度小于10%，孔喉以納米級為主（多小于1μm），因此，非常規(guī)油氣藏的開發(fā)對壓裂設(shè)備和材料提出了更高的要求。

國內(nèi)外在低滲透油氣藏的開采中成功運用了低成本的清水壓裂，為油氣井的增產(chǎn)提供了非常有效的技術(shù)支持。清水壓裂要求支撐劑具有低成本、低密度、高強度等新的性能特點，以滿足低粘度壓裂液的配伍性需求。

現(xiàn)有技術(shù)制備的低密度陶粒支撐劑情況如下：

中國專利cn102516977制備的陶粒支撐劑的體積密度≥1.56g/cm³；

中國專利cn103484098a制備的陶粒支撐劑的體積密度≥1.56g/cm³；

中國專利cn10366442a制備的陶粒支撐劑的體積密度≥1.49g/cm³；

中國專利cn102942916a制備的陶粒支撐劑的體積密度≥1.43g/cm³

煤矸石是采煤和洗煤過程中排出的固體廢棄物。大量煤矸石長期堆放既占用土地，浪費資源，又會對環(huán)境造成污染。為了落實可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略，有必要對煤矸石進行綜合開發(fā)應(yīng)用，提高資源的利用率，降低資源的浪費。

煤矸石的主要含量為二氧化硅和三氧化二鋁，因此可用于油氣開采行業(yè)來制備壓裂支撐劑。以鋁含量較低的高嶺石質(zhì)煤矸石研制密度低的陶粒支撐劑不僅使資源得到合理利用，促進我國支撐劑行業(yè)的發(fā)展，而且對提高我國油氣產(chǎn)業(yè)的資源采收率具有重大意義。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種低成本，體積密度低的利用高嶺石質(zhì)煤矸石制備，且適用于低滲透非常規(guī)油氣藏水力壓裂的超低密陶粒支撐劑及其制備方法。

本發(fā)明所述的超低密度陶粒支撐劑，按重量百分含量計，該支撐劑包含以下原料組分：

煅燒煤矸石45-65%、未煅燒煤矸石25-30%、氧化鋁粉5-20%、氟化鋁1-3%,五氧化二釩3-5%。

所述煤矸石原料來源于山西渾源,。

所述煤矸石al2o3含量為34-39wt%，sio2含量為42-46wt%。

所述氧化鋁粉al2o3含量≥80wt%；氟化鋁、五氧化二釩其含量均≥99wt%。

本發(fā)明超低密度支撐劑的體積密度為1.25-1.27g/cm³，視密度為2.65-2.69g/cm³，52mpa破碎率小于5.18-8.34%。

本發(fā)明一種超低密度陶粒支撐劑的制備方法包括如下步驟：

將煤矸石在600-900℃溫度條件下煅燒0.5-1.5h，粉碎后得煅燒煤矸石原料；按照煅燒煤矸石、未煅燒煤矸石、氧化鋁粉、氫氧化鋁粉、氟化鋁和五氧化二釩的質(zhì)量百分比稱取后混合均勻并研磨至粒度小于400目，得到混合物料；然后將混合物料倒入強力混合造粒機中加水制粒，加水量為混合物料質(zhì)量的10%-15%，制粒時間為10-30min，得到陶粒坯體，篩選18-30的陶粒坯體經(jīng)，烘干至水分≤5wt%，最后將烘干的陶粒生坯高溫燒結(jié)，篩選20-40目的燒結(jié)陶粒，得到超低密度陶粒支撐劑。

所述燒結(jié)溫度為1350-1400℃，保溫時間為1-2h。

本發(fā)明的有益效果為：

1、煤矸石主要成分為al2o3、sio2，且鋁含量低，適合作為制備低密度陶粒支撐劑的原料。煤矸石產(chǎn)出量大，來源廣，可代替越來越少的高鋁土礦資源，提高資源利用率。

2、采用高嶺石質(zhì)煤矸石制備的陶粒支撐劑可顯著降低體積密度（與現(xiàn)有技術(shù)相比，降低了大約13%），有利的降低了油氣井輔助設(shè)備的運行成本（壓裂液、砂比等），減少了壓裂液的使用，降低了生產(chǎn)成本。采用高嶺石質(zhì)煤矸石制備的陶粒支撐劑能夠應(yīng)用于低滲透非常規(guī)油、氣藏水力壓裂。

3、開發(fā)煤矸石的綜合利用途徑，變廢為寶，解決環(huán)境污染的同時帶來了可觀的經(jīng)濟效益。

4、本發(fā)明的體積密度優(yōu)于國家石油天然氣sy/t5108-2014的行業(yè)標準。

具體實施方式

下面結(jié)合實施例對本發(fā)明做進一步的說明。

實施例1

本實施例所述的超低密度陶粒支撐劑，原料的質(zhì)量百分比如下：

煅燒煤矸石60%、未煅燒煤矸石25%、氧化鋁粉11%、氟化鋁1%，五氧化二釩3%。

原料技術(shù)指標為煤矸石（al2o3:36.18wt%，sio2:44.48wt%，fe2o3:0.34wt%，tio2:0.71wt%，cao:0.42wt%，k2o:0.18wt%，na2o:0.034wt%，mgo：0.19wt%，其它燒失）；氧化鋁粉（al2o3含量90wt%）；氟化鋁、五氧化二釩（含量為99wt%）。

制備步驟如下：

所述煤矸石在600℃溫度條件下煅燒1.5h，粉碎后得煅燒煤矸石原料；按照所述煅燒煤矸石、未煅燒煤矸石、氧化鋁粉、氟化鋁和五氧化二釩的質(zhì)量百分比稱取后混合均勻并研磨至細度小于400目，得到混合物料；然后將混合物料倒入強力混合造粒機中加水制粒，加水量為混合物料質(zhì)量的10%，制粒時間為10min，得到陶粒坯體；篩選18-30目的陶粒坯體，烘干至水分為5wt%。最后將烘干的陶粒生坯在1400℃高溫燒結(jié)2h。篩選20-40目的燒結(jié)陶粒，得到超低密度陶粒支撐劑成品。

經(jīng)檢測成品的體積密度為1.25g/cm³,視密度為2.69g/cm³，閉合壓力為52mpa時破碎率為5.18%，優(yōu)于國家石油天然氣sy/t5108-2014的行業(yè)標準。

實施例2

本實施例所述的超低密度陶粒支撐劑，原料的質(zhì)量百分比如下：

煅燒煤矸石45%、未煅燒煤矸石30%、氧化鋁粉20%、氟化鋁3%、五氧化二釩2%。

原料技術(shù)指標為煤矸石（al2o3:36.18wt%，sio2:44.48wt%，fe2o3:0.34wt%，tio2:0.71wt%，cao:0.42wt%，k2o:0.18wt%，na2o:0.034wt%，mgo：0.19wt%，其它燒失）；氧化鋁粉（al2o3含量80wt%）；氟化鋁、五氧化二釩（含量為99wt%）。

制備步驟如下：

所述煤矸石在750℃溫度條件下煅燒1h，粉碎后得煅燒煤矸石原料；按照所述煅燒煤矸石、未煅燒煤矸石、氧化鋁粉、氟化鋁和五氧化二釩的質(zhì)量百分比稱取后混合均勻并研磨至細度小于400目，得到混合物料；然后將混合物料倒入強力混合造粒機中加水制粒，加水量為混合物料質(zhì)量的12%，制粒時間為15min，得到陶粒坯體；篩選18-30目的陶粒坯體，烘干至水分為3wt%。最后將烘干的陶粒生坯在1350℃高溫燒結(jié)1h，篩選20-40目的燒結(jié)陶粒，得到超低密度陶粒支撐劑成品。

經(jīng)檢測成品的體積密度為1.27g/cm³,視密度為2.65g/cm³，閉合壓力為52mpa時破碎率為7.23%，均優(yōu)于國家石油天然氣sy/t5108-2014的行業(yè)標準。

實施例3

本實施例所述的超低密度陶粒支撐劑，原料的質(zhì)量百分比如下：

煅燒煤矸石50%、未煅燒煤矸石23%、氧化鋁粉20%、氟化鋁2%、五氧化二釩5%。

原料技術(shù)指標為未煅燒煤矸石（al2o3:36.18wt%，sio2:44.48wt%，fe2o3:0.34wt%，tio2:0.71wt%，cao:0.42wt%，k2o:0.18wt%，na2o:0.034wt%，mgo：0.19wt%，其它燒失）；氧化鋁粉（al2o3含量80wt%）；氟化鋁、五氧化二釩（含量為99wt%）。

制備步驟如下：

所述煤矸石在900℃溫度條件下煅燒0.5h，粉碎后得煅燒煤矸石原料；按照所述煅燒煤矸石、未煅燒煤矸石、氧化鋁粉、氟化鋁和五氧化二釩的質(zhì)量百分比稱取后混合均勻并研磨至細度小于400目，得到混合物料；然后將混合物料倒入強力混合造粒機中加水制粒，加水量為混合物料質(zhì)量的15%，制粒時間為30min，得到陶粒坯體；篩選18-30目的陶粒坯體，烘干至水分為3.7wt%。最后將烘干的陶粒生坯在1370℃高溫燒結(jié)2h，篩選20-40目的燒結(jié)陶粒，得到超低密度陶粒支撐劑成品。

經(jīng)檢測成品的體積密度為1.27g/cm³,視密度為2.67g/cm³，閉合壓力為52mpa時破碎率為8.34%，均優(yōu)于國家石油天然氣sy/t5108-2014的行業(yè)標準。

實施例4

本實施例所述的超低密度陶粒支撐劑，原料的質(zhì)量百分比如下：

煅燒煤矸石65%、未煅燒煤矸石24%、氧化鋁粉5%、氟化鋁2%、五氧化二釩4%。

原料技術(shù)指標為未煅燒煤矸石（al2o3:34.27wt%，sio2:45.81wt%，fe2o3:0.50wt%，tio2:1.34wt%，cao:0.10wt%，k2o:0.29wt%，na2o:0.018wt%，mgo：0.35wt%，其它燒失）；氧化鋁粉（al2o3含量98wt%）；氟化鋁、五氧化二釩（含量為99wt%）。

制備步驟如下：

所述煤矸石在600℃溫度條件下煅燒1h，粉碎后得煅燒煤矸石原料；按照所述煅燒煤矸石、未煅燒煤矸石、氧化鋁粉、氟化鋁和五氧化二釩的質(zhì)量百分比稱取后混合均勻并研磨至細度小于400目，得到混合物料；然后將混合物料倒入強力混合造粒機中加水制粒，加水量為混合物料質(zhì)量的13%，制粒時間為25min，得到陶粒坯體；篩選18-30目的陶粒坯體，烘干至水分為4.3wt%。最后將烘干的陶粒生坯在1350℃高溫燒結(jié)2h，篩選20-40目的燒結(jié)陶粒，得到超低密度陶粒支撐劑成品。

經(jīng)檢測成品的體積密度為1.26g/cm³,視密度為2.66g/cm³，閉合壓力為52mpa時破碎率為5.38%，均優(yōu)于國家石油天然氣sy/t5108-2014的行業(yè)標準。

實施例5

本實施例所述的超低密度陶粒支撐劑，原料的質(zhì)量百分比如下：

煅燒煤矸石58%、未煅燒煤矸石26%、氧化鋁粉10%、氟化鋁1%、五氧化二釩5%。

原料技術(shù)指標為未煅燒煤矸石（al2o3:38.57wt%，sio2:42.16wt%，fe2o3:0.38wt%，tio2:0.86wt%，cao:0.36wt%，k2o:0.21wt%，na2o:0.016wt%，mgo：0.11wt%，其它燒失）；氧化鋁粉（al2o3含量93wt%）；氟化鋁、五氧化二釩（含量為99wt%）。

制備步驟如下：

所述煤矸石在750℃溫度條件下煅燒1h，粉碎后得煅燒煤矸石原料；按照所述煅燒煤矸石、未煅燒煤矸石、氧化鋁粉、氟化鋁和五氧化二釩的質(zhì)量百分比稱取后混合均勻并研磨至細度小于400目，得到混合物料；然后將混合物料倒入強力混合造粒機中加水制粒，加水量為混合物料質(zhì)量的12%，制粒時間為15min，得到陶粒坯體；篩選18-30目的陶粒坯體，烘干至水分為4wt%。最后將烘干的陶粒生坯在1380℃高溫燒結(jié)1.5h，篩選20-40目的燒結(jié)陶粒，得到超低密度陶粒支撐劑成品。

經(jīng)檢測成品的體積密度為1.25g/cm³,視密度為2.68g/cm³，閉合壓力為52mpa時破碎率為6.13%，均優(yōu)于國家石油天然氣sy/t5108-2014的行業(yè)標準。