[发明专利]一种陶粒砂石油压裂支撑剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于石油压裂支撑剂技术领域。具体涉及一种陶粒砂石油压裂支撑剂及其制备方法。

背景技术

石油压裂支撑剂是石油开采行业中压裂作业的重要材料。油气开采中，高闭合压力低渗透性矿床经压裂处理后使含油气岩层裂开，油气从裂缝形成的通道中汇集而出，此时需要流体注入岩石基层，以超过地层破裂强度的压力，使井筒周围岩层产生裂缝，形成一个具有高层流能力的通道。支撑剂的使用是为了保持压裂后形成的裂缝开启，使油气产物能顺畅通过，达到增加石油天然气产量的目的。在支撑剂发展过程中，石英砂和陶粒砂是压裂操作过程中常用的两种压裂支撑剂。石英砂支撑剂存在易破碎、导流能力差和圆球度低等缺陷，在深层油气井压裂开采中难以得到应用。而陶粒砂具备强度高、圆球度好、酸溶解度低的优点，目前在石油压裂支撑剂领域获得了较大的发展。

近年来，大量研究者对石油压裂支撑剂进行了探索，开发出以铝矾土为原料通过烧结制成的陶粒砂支撑剂。该方法以铝矾土为主要原料，配以氧化镁、氧化锰等熔剂，通过成球、烧结、筛分等步骤制备而得。如“一种低密度陶粒支撑剂及其制备方法”（CN201210238884.5）专利技术，采用铝矾土并配入适量粘土、石英、白云石、软锰矿等，经造粒和焙烧，获得视密度为2.53g/cm³、体积密度为1.35g/cm³和40MPa条件下破碎率为7%的陶粒砂支撑剂。但是该方法提供的支撑剂的制备原料要求一级铝矾土和MnO₂含量高于50%的软锰矿等优质高等级原料，制备过程中原料的成本较高。

高海利等（高海利,天才,吴洪祥,娄元涛．高强石油压裂支撑剂的研制[J]．陶瓷，2006，(10)）以铝矾土、高钛炉渣等为原料，经研磨、成球和热处理等工序，制成了高强度石油压裂支撑剂，其成品在69MPa条件下破碎率为1.61％；该方法是铝矾土利用率大、焙烧温度在1400以上，存在较大的资源浪费和能源消耗。此外铝矾土是制备铝的重要资源，市场上优质铝矾土日益匮乏，因此利用其他廉价资源制备高性能陶粒砂支撑剂已经迫在眉睫。

目前，亦有用高铝粉煤灰来制备支撑剂的，如“一种以高铝粉煤灰为原料制备低密度陶粒支撑剂的方法”（CN201310252422.3）专利技术，将高铝粉煤灰破碎、还原焙烧后磁选除铁，再与其他辅助原料充分粉碎与混匀，经过造粒、烧结得到视密度为2.73g/cm³、体积密度为1.51g/cm³和52MPa条件下破碎率为4.7%的支撑剂；此技术要求粉煤灰必须是Al₂O₃高于37%的高铝粉煤灰，仅有山西平朔、内蒙古准格尔等部分煤田才能生产出这样的高铝粉煤灰，全国大部分地区的粉煤灰的Al₂O₃含量难以达到该方法的要求，并且该制备方法流程复杂，运用范围受限制。

粉煤灰是是从燃煤电厂烧煤后的烟气中收捕下来的细灰，是我国当前排量较大的工业废渣之一。我国现阶段粉煤灰排放量逐年增加，大量的粉煤灰不加处理，就会产生扬尘，污染大气；若排入水系会造成河流淤塞，而其中的有毒化学物质还会对人体和生物造成危害。给生态环境造成了巨大的破坏。当前对粉煤灰进行了开发利用，最长见的是用其代替粘土生产水泥或者制成粉煤灰砖用做建材等，但是这些利用途径的经济附加值低，利用技术水平低。

发明内容

本发明旨在克服现有技术存在的技术缺陷，目的在于提供一种资源化利用、工艺简单、生产成本低和环境友好的陶粒砂石油压裂支撑剂的制备方法，用该方法制备的陶粒砂石油压裂支撑剂具有低密度的特性。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案的步骤是：

步骤一、按粉煤灰为40~45wt%、铝矾土为45~50wt%、镁砂为5~10wt%、生石灰为2~4wt%和膨润土为1~3wt%，将所述粉煤灰、铝矾土、镁砂、生石灰和膨润土混合均匀，即得混合料。

步骤二、将所述混合料送入圆盘造球机，喷加雾状水滚动造球，水的喷加量为所述混合料的12~15wt%；成球后筛分，得到粒径为0.45~1.4mm的小球。

步骤三、将所述小球养护，干燥，焙烧，冷却，筛分，得到粒径为1.18~0.85mm和粒径小于0.85mm且大于等于0.425mm的陶粒砂石油压裂支撑剂。