[发明专利]压裂支撑剂组合物和压裂支撑剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及石油压裂液支撑剂领域，具体涉及一种压裂支撑剂组合物，采用该组合物制备压裂支撑剂的方法，以及以该方法制备得到的压裂支撑剂。

背景技术

早期的压裂支撑剂大都采用天然的固体颗粒物质，如石英砂、核桃壳等。但随着油气井深度的增加，这些支撑剂的强度、圆球度等性能越来越难以满足水力压裂环境的苛刻要求。人造压裂支撑剂具有较高的强度和圆球度，这使得人造压裂支撑剂在水力压裂过程中具有较高的导流能力，从而极大地提高了油气的产率和开采效率。

人造压裂支撑剂分为烧结陶粒支撑剂和树脂包裹支撑剂两种。目前，用量最大的人造压裂支撑剂是烧结陶粒压裂支撑剂，该支撑剂大多以天然铝矾土作为主要原料，经过破碎、研磨、制粒成球、干燥、烧结、筛分等工序，从而得到高强度、高圆球度的陶瓷颗粒压裂支撑剂。而树脂包裹支撑剂是在天然压裂支撑剂或烧结陶粒压裂支撑剂表面包覆一层树脂材料，以减缓水力压裂过程中支撑剂在地壳岩层中的嵌入、减少油气排出时与支撑剂表面的阻力，从而提高采油效率。低密度、高强度的压裂支撑剂是未来发展的方向。

CN105086991A公开了一种低密度石油压裂支撑剂及其制备方法，按质量比例计算，原料包括铝矾土生料30-60份、熟料10-20份，粘土5-20份，辅助添加剂1-20份，且铝矾土中的Al₂O₃为35-65％。采用以上原料按照特定的比例进行三段混合后，通过挤压、成球工艺及回转窑多管燃烧器烧成石油压裂支撑剂。该支撑剂的原料配方和制备方法复杂，而且采用不可再生的铝矾土等矿物为主要原料，原料成本较高。

CN103805160A公开了一种高掺量粉煤灰陶粒支撑剂的制备方法，包括以下步骤：将20-65wt％的铝矾土，30-75wt％的粉煤灰，0-5wt％的方解石粉，0-10wt％的滑石粉，1-5wt％的二氧化钛，0-20wt％的软质耐火粘土和1-5wt％的重晶石粉混合均匀，得到原料；将原料在球磨机中后置于封闭式搅拌混合机中进行造粒，造粒的同时分多次加入质量浓度为10％的硅酸钠水溶液，得到陶粒坯体；烘干所述陶瓷坯体，然后在造粒机中自磨圆整后进行筛分，得到生料球；将所述生料球升温烧制后随炉冷却，即得所述高掺量粉煤灰陶粒支撑剂。该方法的原料配方中含有二氧化钛、硅酸钠等工业材料，会大大提高支撑剂的制备成本。

CN104371703A公开了一种以高铝粉煤灰为原料制备石油压裂支撑剂的方法，该方法以高铝粉煤灰为原料，经预处理、配料、球磨、造粒、烧结得到石油压裂支撑剂。该方法虽然采用高铝粉煤灰为原料较低了原料成本，但后续的粉煤灰处理较为复杂，其中的预处理包括：加入碱进行预脱硅反应，再加入酸进行活化反应，最后再水洗、过滤，这导致工艺成本较高。

由上可见，现有的压裂支撑剂存在原料配方成本高、制备工艺复杂等问题，因此，仍有必要开发新的压裂支撑剂及其制备方法。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有压裂支撑剂存在的上述问题，从而提供一种压裂支撑剂组合物，采用该组合物制备压裂支撑剂的方法，以及以该方法制备得到的压裂支撑剂。

为了实现上述目的，根据本发明的第一方面，本发明提供了一种压裂支撑剂组合物，该组合物包含粉煤灰和膨润土；所述粉煤灰包含35重量％以上的Al₂O₃，30重量％以上的SiO₂，且烧失量小于5重量％；所述膨润土包含总含量在70重量％以上的Al₂O₃和SiO₂，且烧失量为10-20重量％；以所述压裂支撑剂组合物的总重量为基准，所述粉煤灰的含量为60-99.5重量％，所述膨润土的含量为0.5-40重量％。

根据本发明的第二方面，本发明提供了一种压裂支撑剂的制备方法，该制备方法包括：将组合物研磨，然后与水混合并制粒成球，其中，所述组合物为本发明第一方面所述的压裂支撑剂组合物。

根据本发明的第三方面，本发明提供了由本发明第二方面所述制备方法制得的压裂支撑剂。

本发明提供的压裂支撑剂组合物具有配方简单、成本低廉的特点，以该组合物为原料能够制得低密度压裂支撑剂，而且，组合物中采用工业固体废弃物粉煤灰为原料，避免了粉煤灰直接排放对环境造成的污染。采用所述组合物的本发明的制备方法也具有工艺简单的特点，便于大规模工业生产。另外，以该制备方法制得的压裂支撑剂的密度低、强度高且酸溶解度低，可用于石油、天然气、页岩气、煤气层等的水力压裂开采。

附图说明