专利名称：一种高强度、高密度陶粒支撑剂及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种石油、天然气井压裂工艺使用的支撑剂制备方法，特别是一种高强度、高密度陶粒支撑剂及其制备方法
背景技术：
石油压裂支撑剂(陶粒砂)是一种陶瓷颗粒产品，具有很高的压裂强度，主要用于油田井下支撑，以增加石油天然气的产量，属环保产品。此产品是天然石英砂、玻璃球、金属球等中低强度支撑剂的替代品，对增产石油天然气有良好效果。石油天然气深井开采时，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。用石油压裂支撑剂随同高压溶液进入地层充填 在岩层裂隙中，起到支撑裂隙不因应力释放而闭合的作用，从而保持高导流能力，使油气畅通，增加产量。实践证明，使用石油压裂支撑剂压裂的油井可提高产量30-50%，还能延长油气井服务年限，是石油、天然气低渗透油气井开采、施工的关键材料。产品应用于深井压裂施工时，将其填充到低渗透矿床的岩层裂隙中，进行高闭合压裂处理，使含油气岩层裂开，起到支撑裂隙不因应力释放而闭合，从而保持油气的高导流能力，不但能增加油气产量，而且更能延长油气井服务年限。在油气田勘探开发过程中，尤其是低渗、特低渗油气田，油开发和老油气井的改造中，压裂已成为增产与提高采收率的主要手段。支撑剂是油气深井、超深井压裂工艺的关键材料，对提高油气产量和延长油、气井的使用寿命起着重要作用。特别是86Mpa破碎率〈10%，视密度>3. 35的高强度、高密度陶粒支撑剂基本上是国外进口。另外该类产品大都采用经过600-100(TC焙烧后的铝矾土作基料，并且生产高强度、高密度陶粒支撑剂添加的辅料成分复杂，存在着制作成本高，能源消耗高，资源的利用率低等缺陷。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高强度、高密度陶粒支撑剂。本发明的目的在于提供一种强度、高密度陶粒支撑剂的制备方法。本发明在现有制造陶粒的方法基础上，采用未经焙烧的铝矾土生矿，通过改进原辅料的成分和配比，以及控制粉料的细度和烧结温度得到抗压强度高，密度高，圆球度好的的陶粒支撑剂。本发明的目的可以通过以下技术方案实现一种高强度、高密度陶粒支撑剂，其特征在于按重量份计，该支撑剂包括以下原料生帆土 100份、二氧化猛1-8份、错英砂O. 5-5份、氧化锁2_10份和锋粉2_10份。该配方中生矾土为基料，二氧化锰(Μη02)、锆英砂、氧化钡(BaO)和锌粉(Zn)为辅料。辅料中的氧化钡起降低酸溶的作用，锌粉起助熔作用，锆英砂起增加体积密度，降低破碎率的作用。所述生矾土中Al2O3的质量百分含量彡75%，所述的生矾土为未经煅烧的铝矾土。所述锆英砂为主要化学组成为ZrO2和SiO2的矿物，其中ZrO2的质量百分含量为60%飞6%。配方中的基料和辅料越细越好，但是使用过细的基料辅料会增加产品的成本。所以所述生矾土的粒度优选为325飞00目；二氧化锰的粒度优选为325飞00目；锆英砂的粒度优选为325 800目；氧化钡的粒度优选为325 800目；锌粉的粒度优选为325 800目。上述的高强度、高密度陶粒支撑剂，采用以下步骤制备(I)将生矾土、二氧化锰、锆英砂、氧化钡和锌粉混合均匀得到混合物料；(2)将混合物料投入到造粒机中制粒，得到陶粒坯体；使用喷雾法加水,加水量为混合物料重量的10% 20% ；(3)将陶粒坯体筛分后烘干，然后在1300-1400°C下煅烧保温O. 5^4小时，得到高强度、高密度陶粒支撑剂。
上述的高强度、高密度陶粒支撑剂的制备方法，包括以下步骤(I)将生矾土、二氧化锰、锆英砂、氧化钡和锌粉混合均匀得到混合物料；(2)将混合物料投入到造粒机中制粒，得到陶粒坯体；使用喷雾法加水,加水量为混合物料重量的10% 20% ；(3)将陶粒坯体筛分后烘干，然后在1300-1400°C下煅烧保温O. 5^4小时，得到高强度、高密度陶粒支撑剂。 本发明中所述的基料和辅料市场有售，均可购买获得。本发明的有益效果与现有技术比较，本发明改进了原、辅料成分和配比，特别是采用了未经焙烧的铝矾土为原料，极大地降低了对能源和资源的浪费，提高了对资源的合理利用率，并且采用了较低的烧成温度范围，大大降低了能耗。制造出来的产品权威机构检测抗压强度达到在86Mpa闭合压力下成品破碎率〈10%，视密度>3. 35g/cm3，酸溶解度彡5%，具有产品抗压强度高、视密度高、圆球度好，工艺简单，制造成本低的特点。对合理利用资源，降低能耗起到了积极的作用。
具体实施例方式实施例I按重量份计，陶粒支撑剂的原料为生矾土 100份、二氧化锰4份、锆英砂2份、氧化钡6份和锌粉6份。所述生矾土中Al2O3的质量百分含量> 75%。所述锆英砂中ZrO2的质量百分含量为 65%。所述生矾土的粒度为325目；二氧化锰的粒度为400目；锆英砂的粒度为400目；氧化钡的粒度为400目；锌粉的粒度为400目。采用以下步骤制备(I)将生矾土、二氧化锰、锆英砂、氧化钡和锌粉在搅拌机中充分搅拌混合均匀得到混合物料；(2)将混合物料投入到造粒机中制粒，得到陶粒坯体(成型粒径为O. 45-0. 9mm,圆球度> O. 9);使用喷雾法加水，加水量为混合物料重量的15% ；(3)将陶粒坯体筛分后烘干，然后在1300°C下煅烧保温3小时，得到高强度、高密度陶粒支撑剂。实施例2 按重量份计，陶粒支撑剂的原料为生矾土 100份、二氧化锰7份、锆英砂4份、氧化钡9份和锌粉9份。所述生矾土中Al2O3的质量百分含量> 75%。所述锆英砂中ZrO2的质量百分含量为 65%。所述生矾土的粒度为325目；二氧化锰的粒度为400目；锆英砂的粒度为400目；氧化钡的粒度为400目；锌粉的粒度为400目。采用以下步骤制备(I)将生矾土、二氧化锰、锆英砂、氧化钡和锌粉在搅拌机中充分搅拌混合均匀得到混合物料；(2)将混合物料投入到造粒机中制粒，得到陶粒坯体(成型粒径为O. 45-0. 9mm,圆球度> O. 9);使用喷雾法加水，加水量为混合物料重量的15% ；(3)将陶粒坯体筛分后烘干，然后在1300°C下煅烧保温3小时，得到高强度、高密度陶粒支撑剂。实施例3按重量份计，陶粒支撑剂的原料为生矾土 100份、二氧化锰2份、锆英砂I份、氧化钡3份和锌粉3份。所述生矾土中Al2O3的质量百分含量> 75%。所述锆英砂中ZrO2的质量百分含量为 65%。所述生矾土的粒度为325目；二氧化锰的粒度为400目；锆英砂的粒度为400目；氧化钡的粒度为400目；锌粉的粒度为400目。采用以下步骤制备(I)将生矾土、二氧化锰、锆英砂、氧化钡和锌粉在搅拌机中充分搅拌混合均匀得到混合物料；(2)将混合物料投入到造粒机中制粒，得到陶粒坯体(成型粒径为O. 45-0. 9mm,圆球度> O. 9);使用喷雾法加水，加水量为混合物料重量的15% ；(3)将陶粒坯体筛分后烘干，然后在1360°C下煅烧保温3小时，得到高强度、高密度陶粒支撑剂。实施例4按重量份计，陶粒支撑剂的原料为生矾土 100份、二氧化锰2份、锆英砂5份、氧化钡7份和锌粉5份。所述生帆土中Al2O3的质量百分含量> 75%。所述错英砂中ZrO2的质量百分含量为 65%。所述生矾土的粒度为325目；二氧化锰的粒度为400目；锆英砂的粒度为400目；氧化钡的粒度为400目；锌粉的粒度为400目。采用以下步骤制备(I)将生矾土、二氧化锰、锆英砂、氧化钡和锌粉在搅拌机中充分搅拌混合均匀得到混合物料；
(2)将混合物料投入到造粒机中制粒，得到陶粒坯体(成型粒径为O. 45-0. 9mm,圆球度> O. 9);使用喷雾法加水，加水量为混合物料重量的15% ；(3)将陶粒坯体筛分后烘干，然后在1350°C下煅烧保温2小时，得到高强度、高密度陶粒支撑剂。比较例I按重量份计，陶粒支撑剂的原料为煅烧后的铝矾土 95份和二氧化锰5份。煅烧后的铝矾土的粒度为325目；二氧化锰的粒度优选为400目。采用以下步骤制备 ( I)将熟矾土、二氧化锰在搅拌机中充分搅拌混合均匀得到混合物料；(2)将混合物料投入到造粒机中制粒，得到陶粒坯体(成型粒径为O. 45-0. 9mm,圆球度> O. 9);使用喷雾法加水，加水量为混合物料重量的15% ；(3)将陶粒坯体筛分后烘干，然后在1360°C下煅烧保温3小时，得到陶粒支撑剂。表I实施例1-4和比较例I的支撑剂产品质量检测结果。
检测项目I实施例I I实施例2 I实施例3 I实施例4 I比较例I
体积密度 g/cm3 ' I. 94 I. 96 I 93 ~98 I. 8686MPa 破碎率 _7.81 7. 35 8. 15 7 23 9.84圆度、0.9 >0.9 >0.9 >0.9 >0.9
球度_>0.9 >0.9 >0.9 >0.9 >0.9
浊度 NTV'45. 3 45.2 45.4 45. I 61.0
酸溶度％_4.91 4. 76 5~82 7.01
视密度 g/cm3 丨3· 45 丨3· 46 丨3· 44 丨3· 48 丨3· 3权利要求
1.一种高强度、高密度陶粒支撑剂，其特征在于按重量份计，该支撑剂包括以下原料生帆土 100份、二氧化猛1-8份、错英砂O. 5-5份、氧化锁2_10份和锋粉2_10份。
2.根据权利要求I所述的高强度、高密度陶粒支撑剂，其特征在于所述生矾土中Al2O3的质量百分含量彡75% ;所述锆英砂中ZrO2的质量百分含量为60°/Γ66%。
3.根据权利要求I所述的高强度、高密度陶粒支撑剂，其特征在于所述生矾土的粒度为325飞00目；二氧化锰的粒度为325飞00目；锆英砂的粒度为325 800目；氧化钡的粒度为325 800目；锌粉的粒度为325 800目。
4.根据权利要求1-3中任意一项所述的高强度、高密度陶粒支撑剂，其特征在于采用以下步骤制备 (1)将生矾土、二氧化锰、锆英砂、氧化钡和锌粉混合均匀得到混合物料； (2)将混合物料投入到造粒机中制粒，得到陶粒坯体；使用喷雾法加水，加水量为混合物料重量的10% 20% ； (3)将陶粒坯体筛分后烘干，然后在1300-1400°C下煅烧保温O.5 4小时，得到高强度、高密度陶粒支撑剂。
5.权利要求1-4中任意一项所述的高强度、高密度陶粒支撑剂的制备方法，其特征在于包括以下步骤 (1)将生矾土、二氧化锰、锆英砂、氧化钡和锌粉混合均匀得到混合物料； (2)将混合物料投入到造粒机中制粒，得到陶粒坯体；使用喷雾法加水，加水量为混合物料重量的10% 20% ； (3)将陶粒坯体筛分后烘干，然后在1300-1400°C下煅烧保温O.5^4小时，得到高强度、高密度陶粒支撑剂。
全文摘要
本发明公开了一种高强度、高密度陶粒支撑剂及其制备方法。该支撑剂包括以下原料生矾土100份、二氧化锰1-8份、锆英砂0.5-5份、氧化钡2-10份和锌粉2-10份。与现有技术比较，本发明改进了原、辅料成分和配比，特别是采用了未经焙烧的铝矾土为原料，极大地降低了对能源和资源的浪费，提高了对资源的合理利用率，并且采用了较低的烧成温度范围，大大降低了能耗。制造出来的产品权威机构检测抗压强度达到在86MPa闭合压力下成品破碎率<10%，视密度>3.35g/cm3，酸溶解度≤5%，具有产品抗压强度高、视密度高、圆球度好，工艺简单，制造成本低的特点。对合理利用资源，降低能耗起到了积极的作用。
文档编号C09K8/80GK102899018SQ201210433449
公开日2013年1月30日 申请日期2012年11月1日 优先权日2012年11月1日
发明者黄锡明 申请人:宜兴市腾飞陶粒制造有限公司