[发明专利]一种高强度石油压裂支撑剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及高强度石油压裂支撑剂及其制备方法，属于新材料技术领域。

背景技术

石油压裂支撑剂是使地层深处岩石裂隙保持裂开状态的支撑物。在使用过程中将支撑剂混入压裂液中，利用高压手段注入深层岩石裂缝中支撑岩层，以提高导油率，增加原油产量。对于中深油井，要求支撑剂具有较高强度和耐酸性，以承受岩层巨大压力和地层中的环境腐蚀。

关于石油压裂支撑剂，已有文献和专利报道。高海利等，陶瓷，2006(10)：43-46，以攀枝花本地二滩铝矾土、铝矾土生料及高钛型高炉渣为主要原料，配以特殊辅料，经超细粉磨、特殊成球及热处理工艺过程，研制成高强石油压裂支撑剂，样品69MPa抗破碎率指标达到1.61％。马雪等，中国陶瓷工业，2008，15(1)：1-4，以铝矾土为主要原料，添加5％锰矿，在1350℃下无压烧结，制备了高强度低密度陶粒支撑剂。陈烨等，贵州工业大学学报(自然科学版)，2003，32(4)：24-26，以铝矾土为主要原料，配以特殊辅料，经加工、熔化、特殊的成球及热处理等工艺，研制了中深油井压裂的支撑剂。中国专利文件CN101085914A(200710137758.X)公开了一种利用赤泥制备耐酸压裂支撑剂的方法，其原料质量百分比为：赤泥20-60％、含铝物质20-60％、含钡物质5-35％、增塑剂5-15％。

陶瓷辊棒废料是陶瓷辊棒生产过程中的废弃物，这种废弃物难以降解，大量堆放不仅占用土地，而且污染环境。颜东亮等，非金属矿，2004，27(6)：14-15，以陶瓷辊棒废料(莫来石-刚玉质)为主要原料，采用等静压成型和低温快烧工艺，生产出氧化铝含量50％-60％、以刚玉相为主晶相，莫来石、钙长石和镁铝尖晶石为次晶相的高档高耐磨研磨介质。

上述利用赤泥制备石油压裂支撑剂，由于赤泥中氧化铝含量低而且氧化铁以及碱金属氧化物含量高，又由于赤泥成分不稳定，较多使用赤泥则难以制备高强度和性能稳定的石油压裂支撑剂。利用陶瓷辊棒废料等高铝废弃物制备高性能石油压裂支撑剂，一方面可以节约铝矾土等矿物资源，另一方面变废为宝，保护环境。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种高强度石油压裂支撑剂及其制备方法。

本发明的高强度石油压裂支撑剂以陶瓷辊棒废料为主要原料，以赤泥、粉煤灰为辅料，并可添加其他助剂和少量陶瓷粘土。

本发明的技术方案如下：

一种石油压裂支撑剂，原料质量份如下：陶瓷辊棒废料60～85份，赤泥1～20份，粉煤灰0～20份，氧化锰或碳酸钡0～5份、白云石或滑石0～3份，陶瓷粘土5～10份。

所述陶瓷辊棒废料指的是陶瓷辊棒生产厂加工过程中的边角废料、破损断裂废辊棒等废料，其化学组分中Al₂O₃含量不低于68％。与其他工业固体废弃物相比，陶瓷辊棒废料中Al₂O₃含量较高，可作为高铝矾土替代物使用。

所述的赤泥为拜耳法生产氧化铝的工业固体废料；所述的粉煤灰为燃煤电厂生产过程排放的固体废弃物。

所述的氧化锰、碳酸钡为工业纯化合物；所述的白云石、滑石为矿物原料，用于降低支撑剂的烧结温度，提高耐酸性能。

所述的陶瓷粘土为矿物原料，用以增加支撑剂坯料塑性，提高生坯强度。

以上所有原料均为粉状。

优选的，一种石油压裂支撑剂，原料质量份如下：

陶瓷辊棒废料60～85份，赤泥10～20份，粉煤灰10～15份，白云石1～2份，陶瓷粘土6～8份。

进一步优选的，一种石油压裂支撑剂，原料质量份如下：

陶瓷辊棒废料60～85份，赤泥5～20份，氧化锰或碳酸钡3～5份，陶瓷粘土5～10份。

上述的石油压裂支撑剂的制备方法，步骤如下：

(1)将各粉状原料，按比例称量混合，添加原料总重量0.2-1.2％的球磨助剂，在球磨机中湿法球磨，得到陶瓷浆料；

(2)将陶瓷浆料在喷雾干燥塔中干燥，制成粉体；

(3)将步骤(2)得到粉体在糖衣成球机上成型为具有要求粒径的支撑剂半成品；

(4)所得的支撑剂半成品干燥后，在陶瓷窑炉中于1300～1530℃的温度下烧制，制得石油压裂陶粒支撑剂产品。

步骤(3)成型粒径可以根据工业上应用的需要确定，一般以20～40目或30～50目为宜。

步骤(4)陶瓷窑炉优选隧道窑或回转窑。