[发明专利]一种利用废矿渣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，特别涉及一种利用废矿渣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。

以低成本的固体废料大比例替代铝矾土，制备压裂陶粒支撑剂是国内、外技术进步与发展的必然趋势。这一方面，已有报道：中国专利201010552791.0“一种利用油页岩渣制备的石油支撑剂及其制备方法”以油页岩渣替代了部分铝矾土制备出符合国标的支撑剂。尹国勋等“利用赤泥等工业固体废物制备陶粒[J]．河南理工大学学报（自然科学版），2008，27(4)：491-496”利用赤泥废料制备支撑剂陶粒。中国专利02134274.1“瓷渣陶粒及其制备方法”，用瓷渣制备建筑类的陶粒。翟冠杰等“高掺量粉煤灰烧结陶粒的试制[J].粉煤灰.2008，(1)：42-43”试制了高掺量粉煤灰烧结陶粒。中国专利200910015979.9“一种高强度石油压裂支撑剂及其制备方法”，利用高氧化铝含量的陶瓷辊棒废料制备的石油压裂支撑剂具有高强、耐酸的特点。以上支撑剂制备的方法，对合理利用资源起到了积极作用，但所述的支撑剂生产成本仍然偏高，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成本低、产量高、烧成温度低、生产过程简单易控且产品质量稳定的利用废矿渣制备页岩气专用压裂支撑剂的方法。

为了达到上述目的，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60%～75%的废矿渣、20%～35%的铝矾土、5%～10%的复合型烧结助剂混合，得混合料，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微粉和MgO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，然后以5℃/min～15℃/min的加热速度升至750℃～850℃，保温1h～2h，最后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）中在湿磨焦炭时，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）中在湿磨混合料时，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）中的废矿渣为黄金尾矿废渣、铅锌矿尾矿废渣、磷矿废渣、铁矿废渣、锰矿废渣、钼矿废渣、钛矿渣、钡矿渣、铬矿渣、钴矿渣、钒矿渣、锑矿废渣、铜矿废渣、石墨矿废渣、稀土尾矿废渣、尖晶石矿渣、高铝粘土废渣中的一种或多种任意比例的混合物。