專利名稱：：一種固體支撐劑及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種用于深層油、氣井壓裂的固體支撐劑。水力壓裂工藝，自四十年代末首次施工以來，選用合適的支撐劑注入裂縫內(nèi)防止裂縫閉合，一直受到人們的高度重視。最早使用的支撐劑是自然砂，直到目前淺層油、氣井的壓裂仍使用石英砂，隨著壓裂技術(shù)的發(fā)展和深井低滲透油、氣井的開發(fā)，對支撐劑的性能要求也越來越高。這主要是要求支撐劑應(yīng)有較高的抗壓強度(大于200MPa)，較低的破碎率(在60MPa壓力下≤4%)，圓球度、表面光滑度要好，化學(xué)穩(wěn)定性好，密度要適中等。以上這些特點是自然砂所不能達到的，所以人們對人造支撐劑研究也就越來越多。目前人造支撐劑的種類繁多，適應(yīng)性廣，現(xiàn)在已大量用到壓裂工藝中。從國內(nèi)外的人造支撐劑來看，從材質(zhì)上可分為高鋁質(zhì)、莫來石質(zhì)和瓷質(zhì)三種;從生產(chǎn)工藝上可分為燒結(jié)法和電弧熔融噴吹法兩種。國外的人造支撐劑多數(shù)為燒結(jié)法生產(chǎn)的高鋁質(zhì)陶粒(US.3890072、US.4068718)，也有少數(shù)莫來石質(zhì)燒結(jié)陶粒(EPO.169412)，前者有較高的抗壓強度和較低的破碎率，但其密度高(≥3.4g/cm3)，影響壓裂液攜砂能力，其價格較高;后者雖然密度較低，價格便宜，但其抗壓強度低，破碎率高。國內(nèi)生產(chǎn)的支撐劑多數(shù)是電弧熔融噴吹鋁礬土陶粒，此種產(chǎn)品的生產(chǎn)工藝簡單，投資少，產(chǎn)品圓球度，表面光滑度優(yōu)于燒結(jié)法生產(chǎn)的支撐劑，密度(3.2g/cm3)也小于燒結(jié)鋁礬土陶粒(≥3.4g/cm3)，但抗壓強度差，破碎率高，成本也高于燒結(jié)法陶粒。國內(nèi)燒結(jié)法生產(chǎn)的支撐劑因燒結(jié)溫度(1300～1450℃)低于國外燒結(jié)溫度(1450～1550℃)，其成球松散，雖成本低，但密度高(3.516cm3)，抗壓強度低(110MPa～198.9MPa)，破碎率高(在60MPa壓力下;4.4～32%)，如果使用此種支撐劑，將直接影響壓裂后的地層滲透率和導(dǎo)流能力。同時其生產(chǎn)工藝復(fù)雜，投資大。從生產(chǎn)原料上講，選用高鋁礦做原料制成的支撐劑的質(zhì)量雖好，但消耗富鋁礦資源，成本也高。就是使用歐洲專利(EP.169412)所述的使用含SiO216～19%，土金屬總量小于0.35%的高鋁質(zhì)粘土制造支撐劑，也不是能普遍采用的方法，因為這類高鋁質(zhì)粘土在我國很難找到，在我國有大量含鋁量低無冶煉價值的鋁礬土礦和冶煉礬土礦的下腳料。目前國內(nèi)有一批小型企業(yè)已建好電弧爐設(shè)備，但因產(chǎn)品差，將被陶汰。因此，如能利用低含鋁的鋁礬土礦和已有設(shè)備而生產(chǎn)出高質(zhì)量的支撐劑是人們所關(guān)注的研究課題。本發(fā)明的目的是提供一種原材料來源廣，制造工藝簡單，抗擠壓強度高，破碎率低，圓球度好，表面光滑度好，中等密度和價格便宜的壓裂支撐劑。以滿足深層低滲透油、氣井的壓裂的需要。本發(fā)明的壓裂固體支撐劑的結(jié)構(gòu)主要是由莫來石晶體和少量玻璃質(zhì)構(gòu)成。本發(fā)明支撐劑的制造方法是以含氧化鋁65～67%(以重量計)的貧鋁礬土或鋁礦下腳料為主要原料，以軟質(zhì)粘土和石英為輔助原料，該支撐劑化學(xué)組份含量AL2O3含量為60～67%(以重量計)，最好為65%，SiO2含量為23～28%(以重量計)，最好為25%，余量為Fe2O3和TiO2等雜質(zhì)(詳見附表1)。因粉料不能直接進入電弧爐生產(chǎn)，故加入一定量的軟質(zhì)粘土使粉料成塊以增加磚塊強度，石英是用來調(diào)節(jié)AL2O3和SiO2的比例的，使原料內(nèi)AL2O3和SIO2含量達到最好比例。將按比例配好的原料粉碎磨細至200目，使原料充分混勻，加適量的水?dāng)嚢璩蓾駶櫷粒訅捍虺善胀ùu塊，將磚塊放焙燒爐中在1200～1400℃下焙燒2～4小時，冷卻后再放入電弧爐中，以電弧所產(chǎn)生的2500～3000℃的高溫將磚塊熔融，然后用0.7MPa的壓縮空氣噴吹成球。冷卻后篩出20～40目的顆粒作為油、氣井壓裂支撐劑。按上述方法生產(chǎn)的支撐劑，采用石油部頒標準方法對其性能進測定20～40目的球形顆粒，其密度為2.8～3.0g/cm3，單顆粒抗壓強度≥390MPa，在60MPa壓力下，破碎率為0.8～1.6%，圓球度≥0.9，其中單顆粒抗壓強度優(yōu)于國內(nèi)外其他產(chǎn)品，破碎率、圓球度均優(yōu)于國內(nèi)一切支撐劑，密度為中等密度。在65℃的12%的鹽酸和3%的氫氟酸混合液中酸蝕30分鐘，測其酸蝕后的單顆?？箟簭姸葹?15.2MPa，該項指標也優(yōu)于國內(nèi)外的支撐劑。具體數(shù)據(jù)詳見附表2。本發(fā)明的主要優(yōu)點1、本支撐劑抗壓強度高于390MPa以上，優(yōu)于國內(nèi)外一切支撐劑，破碎率小于0.8～1.6%，也優(yōu)于國內(nèi)的支撐劑，使壓裂的裂縫不易閉合，大大增加了地層的導(dǎo)流能力，提高了原油和天然氣的產(chǎn)量，可獲得較高的經(jīng)濟效益，降低原油和天然氣的成本。2、本發(fā)明的圓球度好，表面光滑，密度適中，在壓裂過程中容易被壓裂液攜帶進入壓開的裂縫中，有利于壓裂施工的順利進行和取得較高的經(jīng)濟效益。3、本發(fā)明把貧鋁礬土礦和鋁礦的下腳料作主要原料，原料充足，不但降低了原材料的成本，而且生產(chǎn)了多數(shù)質(zhì)量指標都超過國內(nèi)外燒結(jié)陶粒和同種工藝生產(chǎn)的噴吹陶粒。具有物美價廉的特點。4、本發(fā)明生產(chǎn)的支撐劑的生產(chǎn)工藝簡單，投資少，中、小型企業(yè)都能實施。本發(fā)明的實施實例選取熟鋁礬土，粘土，石英原料經(jīng)過化學(xué)元素分析，計算出其AL2O3和SIO2的含量，實例中原料的化學(xué)成分及含量數(shù)據(jù)如下將上述原料按100∶15∶10混合，磨細至200目，然后加適量水?dāng)嚢璩蓾駶櫷?，打成磚塊，置焙燒爐在1200～1400℃下焙燒2～4小時，冷卻后放入電弧爐內(nèi)熔融用0.7MPa的壓縮空氣噴吹成球。篩出20～40目的顆粒作為壓裂用支撐劑裝袋即可。(附表2)</tables>注1、單顆?？箟簭姸葴y試選取支撐劑粒徑為0.56～0.63mm，2、酸蝕后單顆?？箟簭姸葹樵?5℃的12%的鹽酸和3%的氫氟酸混合液中處理30分鐘后的單顆粒強度。權(quán)利要求1.一種用于深層油、氣井壓裂的固體支撐劑，其特征在于20～40目的球形顆粒，密度為2.8～3.0g/cm3，單顆?？箟簭姸取?90MPa，在60MPa壓力下，破碎率為0.8～1.6%，圓球度≥0.9。2.一種用于深層油、氣井壓裂的固體支撐劑的制造方法，其特征在于以含氧化鋁65～75%(以重量計)的貧鋁釩土或鋁礦的下腳料為主要原料，以軟質(zhì)粘土和石英為輔助原料，該支撐劑化學(xué)組份含量AL2O3為60～67%，SiO2為23～28%，余量為Fe2O3和TiO2等雜質(zhì)，將按比例配好的原料粉碎磨細至200目，使原料充分混均，加適量的水?dāng)嚢璩蓾駶櫷?，加壓打成普通磚塊，將磚塊放焙燒爐中在1200～1400℃下焙燒2～4小時，冷卻后再放入電弧爐中，以電弧所產(chǎn)生的2500～3000℃高溫將磚塊熔融，然后用0.7MPa的壓縮空氣噴吹成球，冷卻后篩出20～40目的顆粒作為壓裂支撐劑。全文摘要本發(fā)明公開了一種用于深層油、氣井壓裂的固體支撐劑。其單顆?？箟簭姸?90MPa以上，密度為2.8～3.0g/cm文檔編號E21B43/26GK1046776SQ8910254公開日1990年11月7日申請日期1989年4月26日優(yōu)先權(quán)日1989年4月26日發(fā)明者周生武,接金利申請人:中原石油勘探局采油工藝研究所