（使 用浆料）涂覆颗粒的其他混合器或设备可以被使用并且仍然在本发明的范围内。
[0037] 混合器的工具规格和设置在以下表5中示出：
[0038] 表5-混合器规格/设置
[0039]
[0040] 用于造粒原料的方案包括（i)原始成分加上水造粒以形成芯颗粒；以及（ii)使用 粉末状铝土矿（呈粉末形式亦或作为富含粉末的浆料喷雾添加）涂覆芯颗粒，在一些实施 例中，多于一个芯颗粒的涂层可能是令人希望的以增强涂层与芯颗粒的粘附性。
[0041 ] 通过使用多个涂层，各层涂层的组成可以有所不同。在一些实施例中，在连续层中 使用的涂覆材料可以含有不同量的铝土矿以提供从芯颗粒材料到铝土矿涂层的最外层的 组成的过渡。
[0042] 在一些实施例中最终处理涂覆的颗粒以增强圆度的附加步骤也可能是令人希望 的。
[0043] 参考以下表6中示出的步骤以及示出的混合器设置和时间，这样的方案在一些实 施例中是如以下讨论的实现的。
[0044] 表6-用于形成涂覆的颗粒的方案
[0045]
[0046] 将用于颗粒芯的干燥的、粉末状原料（粉煤灰、粘土、和铝土矿）在混合器中合并 (步骤1)。在这个实施例中，在步骤1中将以下量的粉末状原料加入到该混合器中：粉煤 灰-1，5228;粘土-3268;和铝土矿-3508。这将产生约70%粉煤灰、约15%铝土矿、和约 15%粘土的颗粒芯。将水作为喷雾平稳地添加至粉末状原料中当它们混合时以形成一种内 聚材料（步骤2-3)。优选地将水以两个步骤加入以最小化粉尘从混合器的逸出-在混合器 以低速度首先加入少量的水直至原料被浸湿，并且剩余的在混合器以较高的速度加入。在 原料和水已经混合之后，在该混合器中形成芯颗粒（步骤4-6)。首先，从原料和水混合物形 成微颗粒。这些微颗粒然后生长到希望的尺寸。在芯颗粒已经生长之后，这些颗粒接收一 个或多个涂层（步骤7-8)。在一些实施例中，可能希望的是在该混合器中最终处理涂覆的 颗粒以进一步增强圆度（步骤9)。
[0047] 在表6中描述的方案适合于制造在20-50目范围内的支撑剂，但使用适当的修 改可以用于制造在16-30目、40-70目、或甚至小于40-70目的范围内的支撑剂材料；几 乎任何商业上希望的尺寸范围是可行的。在此特定实施例中造粒之后的水分含量是在 13Ma. % -15Ma. %的范围内。应理解的是，取决于所使用的原料的组成，包括这些原料的相 对比例和它们单独的规格（例如，构成成分和杂质、粒径等），目标剩余水分含量可以变化。 通常，剩余水分含量应在l〇Ma. % _25Ma. %的范围内，并且优选在10Ma. % -20Ma. %的范围 内。通过水分含量、温度、和分配给微颗粒生长的时间的相对小的变化，可以实现不同的粒 径分布。
[0048] 对于该方法的扩大规模，有帮助的是适当控制边缘速度。尤其在造粒方法的第一 部分中，有必要使用较高的边缘速度以形成具有良好粒径分布的微颗粒。然后使用较低的 边缘速度这些微颗粒稍后可以生长成非常圆的颗粒。在不同步骤过程中的边缘速度在表6 中示出。
[0049] 在产生具有良好尺寸分布的微颗粒后，转子的边缘速度应该降低以确保颗粒的适 当生长。转子的速度仍需要相对高的值以确保良好的分布。如果速度是太低，可能在颗粒 上形成大块，这些大块可导致不良的分布和差的产率。颗粒的生长继续直至这些颗粒已经 达到所希望的尺寸。在此时，这些颗粒是适当尺寸的，但不是非常良好地圆形的。
[0050] 为了更好地使颗粒变圆，降低转子速度并且使这些颗粒变圆持续一段相对短的时 间段。该时间应尽可能的短，但只要必要得到适度地圆形颗粒。如果时间太长，这些颗粒将 在低转子速度下开始再次生长。
[0051] 第一涂覆步骤确保了颗粒的尺寸保持相同。在这个实施例中，因为芯颗粒会被涂 覆两次，将约l〇〇g的粉末状铝土矿（总干成分重量的约4% )加入到该混合器中以停止颗 粒的生长并允许颗粒在该混合器中进一步变圆。在60秒的变圆之后，涂覆的颗粒是很好地 圆形的并存在涂覆材料在颗粒上的良好的粘附性。
[0052] 在第二粉末涂覆步骤中，将约150g的粉末状铝土矿（总干成分重量的约6% )加 入到该混合器中。芯颗粒、第一层粉末涂层、以及第二层粉末涂层的组成的差异可以提供这 些层中的材料组成的良好的过渡，这促进了涂层与芯的良好的粘附性。在其他实施例中，可 以使用更多层或具有不同组成的层，但两层铝土矿粉末涂层提供了在涂层与芯颗粒的粘附 性上超过单层涂层的显著改进。
[0053] 在其中芯颗粒被涂覆两次（S卩，两层涂层）的一些实施例中，这些颗粒接收等于干 成分的总重量的约2% -10%、优选3 % -6%、更优选4% -5 %的粉末状铝土矿的第一涂层 以停止颗粒的生长并允许混合器中的颗粒进一步变圆持续延长的时间。这些颗粒然后接收 等于干成分的总重量的约4% -15%、优选5% -10%、更优选6% -8%的粉末状铝土矿的第 二涂层。
[0054] 如以上所指出，在一些实施例中涂覆步骤可以通过用富含粉末状铝土矿的浆料喷 雾颗粒而不是加入呈干燥形式的粉末状铝土矿完成。在使用富铝土矿的浆料涂覆颗粒的一 些实施例中，PVA或另一种合适的粘合剂包括在该浆料中（PVA充当乳化剂和粘合剂二者）。 如果该涂层作为浆料而不是作为粉末施加，则将浆料中的粉末状铝土矿的重量加入到干成 分重量为了测定在此提及的总干成分重量的目的。
[0055] 在一个或多个铝土矿涂层已经被加入到芯之后，可以筛分这些颗粒。
[0056] 这些涂覆的颗粒的生坯强度是非常好的-不难筛分并且使用标准方法煅烧 生坯材料。然后将这些颗粒在合适的窑，例如旋转窑中，在约900°C-115 0 °C，优选 950°C-1150°C，更优选1050°C-1080°C的温度下煅烧约2-60分钟，优选10-30分钟，或最优 选15-20分钟。旋转窑的温度典型地是稍高于窑管内部的烧结床的实际烧结温度（可以通 过热电偶读取），所以取决于窑，窑温度可以是约1050°C-1350°C的量级。材料在过高温度 下的煅烧可以导致结晶水和其他挥发性物质释放过快，这可以导致生坯材料的破裂这进而 会削弱支撑剂材料的结构并且限制其最大强度。
[0057] 然后将这些煅烧的颗粒在合适的窑，例如旋转窑中，在至少1200°C的温度下（再 次，窑温度可以稍高于烧结床的烧结温度）烧结。通过使用这种制造方法，其中芯颗粒是从 粉煤灰、铝土矿和粘土的混合物形成的，并且随后使用铝土矿涂覆，最大烧结温度可增加至 约1240°C -1280°C而没有在烧结过程中颗粒彼此的显著粘附（再次，窑温度可以稍高于烧 结床的烧结温度，可以在约1380Γ的量级，取决于该窑）。
[0058] 应理解的是，以上所述的煅烧和烧结步骤可以在分开的窑中或随着材料穿过该窑 在同一窑的不同区段中进行。
[0059] 对于使用褐煤粉煤灰制成的支撑剂，烧结温度可以更低。例如，如果使用褐煤粉煤 灰，则组合煅烧/烧结步骤可以在约1080°C-1100°C的温度下使用。
[0060] 如果使用旋转窑，则可存在与窑管的少量粘附，但不应该过度。
[0061] 以上述方式生产的支撑剂材料的抗碎测试指示抗压强度超过10, 000镑/平方英 寸。支撑剂材料的抗压强度很大程度上依赖于粒度。以上所述的实施例实现了对于20/40 目的支撑剂材料超过11，〇〇〇镑/平方英寸的抗压强度，而使本发明具体化的30/50目的支 撑剂材料实现了超过13, 000镑/平方英寸的抗压强度。
【主权项】
1. 一种圆形的支撑剂材料，包含： 一个包含褐煤粉煤灰和粘土的芯；以及 一个包含围绕所述芯的铝土矿的涂层。2. -种圆形的支撑剂材料，包含： 一个包含粉煤灰、铝土矿、以及粘土的芯；以及 一个包含围绕所述芯的铝土矿的涂层。3. 如权利要求2所述的支撑剂，所述芯包含约70 %粉煤灰、约15 %铝土矿、以及约 15% 粘土。4. 如权利要求2所述的支撑剂，所述粘土包含高岭土粘土。5. 如权利要求2所述的支撑剂，其中该粉煤灰的氧化铁含量是12%或更少。6. 如权利要求2所述的支撑剂，其中该粉煤灰的氧化铁含量是约7%或更少。7. 如权利要求2所述的支撑剂，其中该粉煤灰的氧化铁含量是约4%或更少。8. 如权利要求2所述的支撑剂，其中所述涂层具有多于一个层。9. 一种用于制造圆形支撑剂材料的方法，该方法包括以下步骤： 形成包含褐煤粉煤灰和粘土的圆形颗粒； 用包含铝土矿的涂层涂覆所述圆形颗粒以形成涂覆的圆形颗粒； 加热所述涂覆的圆形颗粒到至少1080°C的温度。10. -种用于制造圆形支撑剂材料的方法，该方法包括以下步骤： 形成包含粉煤灰、铝土矿、以及粘土的圆形颗粒； 用包含铝土矿的涂层涂覆所述圆形颗粒以形成涂覆的圆形颗粒； 煅烧所述涂覆的圆形颗粒；并且 在至少约1200°C的温度下烧结所述涂覆的圆形颗粒。11. 如权利要求10所述的方法，其中所述包含铝土矿的涂层以多于一个层施加。12. 如权利要求10所述的方法，其中所述涂层以粉末形式施加。13. 如权利要求10所述的方法，其中所述涂层以含有粉末状铝土矿的浆料的形式施 加。14. 如权利要求10所述的方法，其中所述涂层以包含粉末状铝土矿和粘合剂的浆料的 形式施加。15. 如权利要求14所述的方法，其中所述粘合剂包含聚乙烯醇。16. 如权利要求11所述的方法，其中所述涂层的层中的至少一个含有比先前施加的层 更大的铝土矿总量。17. 如权利要求10所述的方法，其中所述涂覆的圆形颗粒在约1240°C-1280°C的温度 下烧结。18. 如权利要求10所述的方法，其中所述圆形支撑剂材料具有至少10, 000镑/平方英 寸的抗压强度。
【专利摘要】一种相对低密度、高强度的圆形支撑剂材料，该材料具有(i)由粉煤灰和粘土或，在一些情况下，粉煤灰、粘土、以及铝土矿的烧结混合物制成的一个圆形芯；和(ii)由烧结的铝土矿制成的一个外壳，以及其制造方法。这些支撑剂材料可以用在油气井的水力压裂操作中。
【IPC分类】C23F11/18
【公开号】CN105358738
【申请号】CN201480038639
【发明人】拉尔夫·恩德勒
【申请人】艾普罗普有限公司
【公开日】2016年2月24日
【申请日】2014年8月13日
【公告号】CA2919706A1, EP3036354A1, US20150057198, WO2015026585A1