[发明专利]一种以刚玉-钙长石为主晶相的压裂支撑剂及制备方法

说明书

一种以刚玉‑钙长石为主晶相的压裂支撑剂及制备方法，其主晶相由刚玉和钙长石构成，并由II级铝矾土、支撑剂废品料和复合添加剂烧制而成，复合添加剂为普通铝酸钙水泥和硅灰石按照等重量比混合而成。本发明避免了常规的昂贵矿化剂氧化锰粉的使用，既促进了大量低密度、高强度钙长石晶相的形成，获得了优良的综合性能，也降低了烧成温度，缩短保温时间，同时，成型加水量少，半成品含水率低，既降低了支撑剂的干燥能耗，同时还确保了支撑剂生料球的强度和表面硬度，继而防止了生料球在输送和干燥过程中产生脱粉，导致表面粗糙、圆球度降低等弊病，另外，支撑剂废品料的利用实现了固体废物的资源化，降低了生产原料成本。

技术领域

本发明涉及到油气井压裂技术用的烧结型固体陶粒支撑剂，具体的说是一种以刚玉-钙长石为主晶相的压裂支撑剂及制备方法。

背景技术

水力压裂技术目前已被广泛应用于石油天然气的开采作业中。在该技术的实施过程中，为了防止形成的岩层裂缝在地层压力下重新闭合，阻塞油气流经通道，需要将高强度的颗粒状支撑剂由压裂液带入油井岩层裂缝，使之将裂缝撑开，从而形成具有一定导流能力的油气流通道。因此，作为实施水力压裂技术的关键基础材料之一，压裂支撑剂(以下简称支撑剂)对于保持岩层裂缝的导流能力、提高油气井的产量和开采效益至关重要。

支撑剂按体积密度和破碎率大致可分为以下几类，即低密度中等强度支撑剂、中密度中等强度支撑剂、中密度高强度支撑剂和高密度高强度支撑剂，如附图1所示，各类支撑剂可以被选择性地应用于相应地质条件下的油气井开采作业中。但是，随着油气开采地质条件和支撑剂市场竞争形势的变化，用户和市场对支撑剂的品质和生产工艺创新提出了越来越高的要求。一方面，出于降低油气开采成本，延长油气井寿命，提高油气开采效益等考虑，油气开采企业无不希望支撑剂具有尽可能低的视密度和体积密度，以及尽可能高的耐压强度(或抗破碎能力)。因此，在保持足够高强度的前提下，尽量降低支撑剂的密度已成为各支撑剂生产企业努力追求的目标。另一方面，为了降低生产成本、提高经济效益，支撑剂生产企业又无不尽可能地追求采用性价比高的生产原料和简短易控的工艺过程，以及实现尽可能低的烧成温度和尽可能短的烧成周期，等等。

另外，长期以来高强度烧结型陶粒支撑剂都是采用优质高铝矾土(Al₂O₃含量＞70％)作为主要原料生产的。然而随着优质铝矾土资源的日益减少，以及国家产业政策的调整和市场竞争的日趋激烈，陶粒支撑剂生产企业不再允许使用、也不再用得起高品位的优质铝矾土原料资源，因此只能更多地采用中低品位的铝矾土，甚至一些工业固体废弃物作为主要原料来生产陶粒支撑剂。

虽然目前国内开发的支撑剂已是种类繁多，涵盖了附图1所示的各种类型，但就高强度支撑剂而言，大多是属于高密度型的，极少见有中低密度的高强度支撑剂。而且即使属于中低密度的高强度支撑剂，也存在各种问题，诸如：或所用原料种类多、价格贵，或生产工艺过程复杂、电耗大，或烧成温度较高、烧成周期较长、单位产品能耗大等等。

例如，发明专利CN103525396A公布的一种中密度、高强度支撑剂制备方法，虽然采用了中低品位的铝矾土原料进行生产，但是该方法的弊病也很突出：一是采用的原料种类较多，包括用量为2-6％的价格昂贵的氧化锰粉；二是生产工艺较为复杂，需先将铝矾土原料在800-1100℃下保温1-3h进行预烧；三是制品的烧成温度也偏高(达1320-1360℃)，再加之将铝矾土进行预烧处理，因此使得单位产品的能耗太大；四是配合料的粉磨细度要求达到600目，势必造成粉磨加工的电耗很大；五是支撑剂的体积密度(1.67-1.79g/cm³)和视密度(3.15-3.30g/cm³)偏大。