[发明专利]一种低密度粉煤灰陶粒支撑剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于无机材料制备技术领域，特别涉及一种低密度粉煤灰陶粒支撑剂及其制备方法。

背景技术

压裂支撑剂是在油气的开采过程中使地底深处岩石保持开裂状态的支撑物。油气层开采深度不同，油气性状不同，对支撑剂的性能如强度，视密度，粒度大小的要求也不相同。通常，压裂支撑剂要在具有足够高的抗破碎能力前提下，具有较低的视密度，以利于降低压裂成本，保证对压裂缝填充的饱和度，同时提高油气井产量。因此制备出廉价、低密度且具有高强度的压裂支撑剂就变得尤为重要。

高如琴等人(粉煤灰基煤层压裂支撑剂的研究[J]，硅酸盐通报，2014，33(6)：1319-1322)以粉煤灰、铝矾土、高岭土、长石为原料，试制了高掺量粉煤灰烧结陶粒支撑剂，其具有低视密度、较好的圆球度和化学稳定性好，但其强度较低仅能满足煤层气开采的需求。陈平等人(低密高强压裂支撑剂的研究[J]，陕西科技大学学报，2014，32(1)：63-67)采用粉煤灰和煤矸石为主要原料烧结制备出低体积密度高强度的陶粒支撑剂，但是其烧结温度仍然较高在1300℃以上。张胜杰等人(申请号：201310148261.3)发明了一种粉煤灰制石油压裂支撑剂，由1wt％～60wt％的粉煤灰、1wt％～30wt％的钾长石粉和铝矾土粉原料制备而成，其具有较低的成本、低的烧结温度和高强度，但是改法制备支撑剂的烧结时间较长需5h以上。李占刚等人(申请号：201010136972.5)发明了一种低密度陶粒支撑剂及其制备方法，其通过改变成型方式合成了具有内芯和外壳的结核状增强型的陶粒支撑剂，但是该法制备烧结温度仍然较高达1300℃以上。以上这些报道和专利都是生产低密度支撑剂的有效方法，但是其仍然有这样那样的缺陷，仍然需要开发更为优化的技术方法以满足支撑剂应用的需求。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种低密度粉煤灰陶粒支撑剂及其制备方法，解决现有支撑剂在制备过程中无法实现对物料组成及烧结温度的精确控制、不能使其工艺性能得到有效提高的技术问题。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种低密度粉煤灰陶粒支撑剂，包括内核与外壳，所述内核包括50％～89％的铝矾土、8％～45％的粉煤灰、1％～6％的锰矿粉和0％～5％的助熔剂，所述内核直径为180～250μm；所述外壳包括50％～89％的铝矾土、8％～45％的粉煤灰、1％～6％的锰矿粉和1％～5％的白云石，所述外壳直径为380～830μm。

进一步地，所述助熔剂包括碳酸钠、碳酸氢钠和碳酸钾的一种或多种。

进一步地，所述低密度粉煤灰陶粒支撑剂的体积密度≤1.39g/cm³、视密度≤2.66g/cm³。

一种低密度粉煤灰陶粒支撑剂的制备方法，包括如下步骤：

1)、取50％～89％的铝矾土、8％～45％的粉煤灰、1％～6％的锰矿粉和0％～5％的助熔剂放入滚筒球磨机中进行均匀和细化处理后得到组份1混合料；

2)、取50％～89％的铝矾土、8％～45％的粉煤灰、1％～6％的锰矿粉和1％～5％的白云石放入滚筒球磨机中进行均匀和细化处理后得到组份2混合料；

3)、将组份1混合料放入强力混合机内进行搅拌，在搅拌过程中每次向强力混合机中以喷雾方式加入少量水，填加若干次直到球粒表面没有毛刺、球形匀称为止，其中总加水量为混合物料重量的10％～18％，制得内核坯体；

4)、制得的内核坯体烘干后进行一次筛分，得到粒径为180～250μm的内核坯球；

5)、将上述内核坯球和组份2混合料一同加入糖衣机中，在750r/min转速下翻滚8～10min，在翻滚过程中每次以喷雾方式向糖衣机内加入少量水，填加若干次直到球粒表面没有毛刺、球形匀称为止，制得陶粒坯体；

6)、制得的陶粒坯体烘干后进行二次筛分，得到直径为380～830μm的陶粒坯球；

7)、将上述陶粒坯球在1150～1250℃下进行烧结1～2h，冷却后进行三次筛分，即可得到低密度粉煤灰陶粒支撑剂。

本发明中融入了复合材料理念，所述陶粒支撑剂具有复合层状结构；采用了化工原料碳酸钠、碳酸氢钠和碳酸钾等作为助熔剂，可以更精确的控制物料组成及烧结温度，从而达到对所得陶粒支撑剂性能更好的调控；在没有大幅增加制备工艺复杂程度的基础上可有效的协调陶粒支撑剂的性能和成本满足不同的应用领域需求。

与现有技术相比，本发明具有性能好、工艺过程简单、操作方便等优点。

具体实施方式