[发明专利]一种利用贫铝矾土制备页岩气专用压裂支撑剂的方法

说明书

技术领域

本发明属于新材料技术领域，涉及一种制备支撑剂的方法，特别涉及一种利用贫铝矾土制备页岩气专用压裂支撑剂的方法。

背景技术

压裂技术是开发低孔、低渗透页岩气藏增产增效的有效武器。页岩气与常规储层气藏不同，页岩既是天然气生成的源岩，也是聚集和保存天然气的储层和盖层。页岩气储集层渗透率低，开采难度较大,页岩气藏的储层一般呈低孔、低渗透率的物性特征，气流的阻力比常规天然气大，因此页岩气的最终采收率依赖于有效的压裂措施。在压裂工艺中，压裂液给地层造出裂缝，为页岩气的运移打开通道，为防止在地层闭合压力条件下，裂缝慢慢闭合，阻挡页岩气运移，需使用压裂支撑剂，压裂支撑剂随压裂液进入地层，在压裂液造缝后停留在缝隙之中，阻挡裂缝闭合，形成一个高导流能力的支撑带，保证页岩气成功运移。因此，压裂支撑剂是影响压裂工艺的至关因素。由于支撑剂需要停留在几千米的地下，且地层闭合压力大，压裂支撑剂不仅需要有良好的耐温性，也要有足够的抗压能力。目前在油气增产市场上广泛使用的支撑剂有天然石英砂、中等强度低密度的硅酸铝支撑剂、人造的中等强度高密度的氧化铝和硅酸盐支撑剂、高强度的铝矾土和高强度的硅酸锆支撑剂、以及涂敷预固化涂层和可固化涂层树脂的天然砂或人造支撑剂。

以铝矾土等矿物原料制备石油压裂支撑剂的研究已有许多文献和专利报道，中国专利201010231375.0公开了一种高强度支撑剂，原料组成为：铝矾土生料80%～90%、重晶石2%～10%、明矾0.1%～0.6%、氧化铁4%～10%、锰矿石粉3%～8%；中国专利201210274744.3公开了一种低密度压裂支撑剂，包括铝矾土40份～90份，粘土5份～30份及辅助添加剂1份～30份。这两种支撑剂陶粒均采用优质的铝矾土为主要原料，对合理利用资源起到了积极作用，但所述的支撑剂性能不稳定，生产成本高，产量低，能耗大，热效率低，烧成温度高（1400℃－1450℃），特别是以普通的加热方式热损耗高达50％以上，使燃料占总生产成本的一半以上。

发明内容

本发明的目的在于提供一种利用贫铝矾土制备页岩气专用压裂支撑剂的方法，该方法配料简单、烧成温度低、烧成时间短，成型与烧成过程能耗小、生产成本低、有利于环境保护、生产过程简单易控，产品质量稳定。

与现有技术相比，本发明采用的技术方案包括以下步骤：

1）将焦炭放入球磨机中湿磨，形成粉炭浆；

2）按质量百分比，将94%～97%的贫铝矾土、3%～6%的复合型烧结助剂混合，得混合料，然后将混合料放入球磨机中湿磨混匀形成混合泥浆；其中，复合型烧结助剂是由活性Al₂O₃粉和硅微粉混合而成的；

3）以电熔莫莱石砂为母粒，以混合泥浆为包覆液，采用流化床喷雾造粒机造粒，造粒形成的颗粒过18目～30目筛，将两筛之间的筛余物颗粒收集成为一次颗粒；

4）以一次颗粒为母粒，以粉炭浆为包覆液，采用流化床喷雾造粒机造粒，造粒形成的颗粒过10目～14目筛，将两筛之间的筛余物颗粒收集成为待烧颗粒；

5）将待烧颗粒放入坩埚中，并置于电炉内，以3℃/min～5℃/min的加热速度自室温升至150℃，保温5min～10min，以5℃/min～10℃/min的加热速度升至750℃～850℃，保温1h～2h，随炉自然冷却后取出，过20目～40目筛，即得页岩气专用压裂支撑剂。

所述的步骤1）中的焦炭在湿磨时，控制磨球、焦炭和水的质量比为(2～2.5):1:(0.6～0.8)，研磨时间为0.5h～1h。

所述的步骤1）中的焦炭为工业焦炭，质量要求指标为：固定炭的质量分数大于等于83％，硫的质量分数小于等于0.5％，挥发分的质量分数小于等于1.5％，灰分的质量分数小于等于15％。

所述的步骤2）中的混合料在湿磨时，控制磨球、混合料和水的质量比为(2～3):1:(0.5～0.7)，研磨时间为0.5h～3h。

所述的步骤2）中的贫铝矾土为低品位铝矾土或铝矿下脚料，且低品位铝矾土和铝矿下脚料中的Al₂O₃质量分数均小于等于55％。

所述的步骤2）中的复合型烧结助剂按质量百分比是由60%～80%的活性Al₂O₃粉和20%～40%的硅微粉混合而成的，且活性Al₂O₃粉和硅微粉的粒度均＜5μm。