[发明专利]一种低密度高强度陶粒支撑剂的制备方法

说明书

本发明涉及一种低密度高强度陶粒支撑剂的制备方法，属于支撑剂技术领域。本发明利用固废陶粒砂作为陶粒支撑剂的原料，固废陶粒砂中所包含的化学成分主要有Al₂O₃、SiO₂、Fe₂O₃及TiO₂，由于固废陶粒砂中大块体含量较高，使得单位量的固废陶粒砂中Fe₂O₃含量偏高，同时，固废陶粒砂经过高温烧结之后，Al₂O₃含量较铝矾土生料中的高，收缩性也比生料小；本发明采用酚醛树脂和碳纤维包覆陶粒支撑剂，碳纤维的轴向强度和模量高，密度低、比性能高，无蠕变，非氧化环境下耐超高温，耐疲劳性好，热膨胀系数小且具有各向异性，耐腐蚀性好；酚醛树脂包覆具有低密度、高强度等优点，也可作为密度调节剂，包覆的陶粒支撑剂密度低且强度高。

技术领域

本发明涉及一种低密度高强度陶粒支撑剂的制备方法，属于支撑剂技术领域。

背景技术

陶粒支撑剂是石油、天然气工业水力压裂过程中，随压裂液一起泵入到地层裂缝中起支撑裂缝、增大油气导流率的专用材料。在水力压裂总成本中，压裂支撑剂费用占整个作业费用的比例较大，不仅代表着油气井初期耗资的一大部分，而且决定着油气井或油田的经济寿命；水力压裂效果的成败，有效期的长短主要取决于支撑剂的质量。目前支撑剂主要有三类：陶粒、石英砂和树脂包砂。石英砂强度低并且破裂后的碎屑会堵塞裂缝，降低导流率，不能满足深井开采的要求，主要用于浅层油气井；各种树脂包砂解决了石英砂强度低的难题，但生产成本高，工艺复杂，所以很少使用；烧结陶粒因强度高、化学稳定性好、优越的性价比已被越来越多的油田广泛采用，主要用于深层油气井，但密度偏高，容易对压裂设备造成损害。80年代早期出现了莫来石与刚玉质中密度陶粒，内部晶须状的莫来石晶粒能起到补强增韧的效果，其具有相对密度较低和输送性能好的优点，填补了低强度石英砂和高强度烧结陶粒之间的空白。低密度陶粒由于密度适中，不易沉淀，便于泵送，降低了对压裂液粘度的要求，减少了对泵的伤害，有效地降低了施工难度和成本，所以研制低密陶粒支撑剂是十分必要的。通常人们习惯把体积密度和视密度分别是1.65g/cm3以下和3.0g/cm3以下的支撑剂称为低密度支撑剂。

随着油气井压裂作业的不断发展，对油气压裂支撑剂的需求也在不断地发生变化。目前国内能用作压裂支撑剂的天然石英砂性能要求基本满足14MPa和28MPa，但对于35MPa闭合压力下，其性能指标较差，尤其是破碎率不达标。使用高强度陶粒砂代替天然石英砂用于35MPa闭合压力下作业会造成材料浪费而增加成本，而且高强度陶粒砂密度较高需要使用偏贵的压裂携带液进行作业，从而又增加了施工成本。

中国专利（公开号：CN104592970A）提出了一种制备超低密度陶粒砂支撑剂的方法，该方法由紫砂土15～20%、硅石10～15%和生铝矿石65～75%为原料，经混合研磨、造粒、在回转窑1250～1300℃煅烧1～1.5小时制得，其体积密度小于1.5g/cm³；中国专利（公开号：CN104099082A）公开了一种新型低密度高强度陶粒压裂支撑剂的制备方法，该方法使用铝矾土、滑石、莫来石、偏高岭土、钾长石、钛白粉、锰粉、纳米碳酸钙就、三氧化二铁及原硅酸镁为原料制得，其体积密度为0.89～1.07g/cm³；中国专利（公开号：CN103992786A）提出了一种超低密度空心陶粒支撑剂的制备方法，该方法由35～45%的铝矾土、0.05～0.15%的锰粉、5～15%的煤粉经喷雾造粒、在1100～1500℃下烧结2～4小时制得，其体积密度为1.2g/cm³左右；中国专利（公开号：CN102899017A）公开了一种超低密度陶粒支撑剂的制备方法，该方法选用生矾土、硅藻土、轻质氧化镁和粘土为原料制得，其体积密度为1.52g/cm³左右；中国专利（公开号：CN102899015A）公开了一种利用粉煤灰制备低密度陶粒支撑剂的方法，该方法以铝矾土、粉煤灰和锰粉为原料制得，其体积密度在1.45～1.59g/cm³之间。