一种压裂支撑剂用石英砂及其制备方法和应用与流程

[0001]
本发明属于压裂支撑剂领域，具体涉及一种压裂支撑剂用石英砂及其制备方法和应用。


背景技术：

[0002]
压裂开采是油气田稳产增产的重要技术手段，对低渗透率及超深油气藏的开发尤为重要。压裂开采利用底面高压泵、通过井筒油层挤注具有较高粘度的压裂液。当注入压裂液的速度超过油层的吸收能力时，则在井底油层上形成很高的压力，当这种压力超过井底附近油层岩石的破裂压力时，油层将被压开并产生裂缝。继续向油层挤注压裂液，裂缝就会继续向油层内部扩张。为了保持压开的裂缝处于张开装填，接着向油层挤入带有压裂支撑剂的携砂液，携砂液进入裂缝之后，一方面可以使裂缝继续向前延伸，另一方面可以支撑已经压开的裂缝，使其不至于闭合。再接着注入顶替液，将井筒的携砂液全部顶替进入裂缝，用压裂支撑剂将裂缝支撑起来。最后，注入的高粘度压裂液将会自动降解排出井筒之外，在油层中留下一条或多条长、宽、高不等的裂缝，使油层与井筒之间建立起一条新的流体通道。
[0003]
压裂支撑剂是进行油气压裂开采的核心技术产品，其性能指标直接影响着压裂的效果。
[0004]
其中，石英砂是现有常用的压裂支撑剂，在世界范围内均存在天然的压裂用石英砂，分布主要集中在沙漠及其附近。天然石英砂主要组分为sio2，同时有少量的al2o3、fe2o3、k2o、na2o、cao、mgo等成分。石英砂的主要矿物成分是石英，含量通常在80％以上，在优质石英砂中含量高达98.5％以上，石英砂因石英含量较高而具有坚硬、耐磨、化学性能稳定等特点，仅溶于氢氟酸，不溶于其他酸。石英砂具有原料丰富、价格低，密度小(约 2.65g
·
cm-3
)、易泵送，破碎后仍有较好的导流能力等优势，对低闭合压力的油气井有一定的增产作用。而且石英砂做压裂剂成本低、操作便利、经河水冲刷后表面较为圆润，因此被广泛用作水力压裂支撑剂。
[0005]
但是，选用石英砂作为支撑剂也存在一些不足，例如石英砂不利于增大裂缝的渗透率，上述问题是本领域亟需解决的技术问题。


技术实现要素：

[0006]
本发明为了解决上述技术问题，提供了一种压裂支撑剂用石英砂制备方法。
[0007]
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种压裂支撑剂用石英砂制备方法，包括以下步骤：
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s1：破碎，收集采石场条石、条石废料或条石余料中的至少一种加入至破碎机中进行破碎，得到的石料；
[0009]
s2：粗选，选取二氧化硅含量高于90％的所述石料进行清洗，然后用制砂机对所述石料进行二次破碎得到原料；
[0010]
s3：除铁，将所述原料加入至磁选机中，除去所述原料中的磁性金属，得到粗制石英砂；
[0011]
s4：打磨，将所述粗制石英砂加入至打磨机中进行打磨，
[0012]
s5：水洗，对经过步骤s4打磨的后的所述粗制石英砂进行冲洗并烘干，得到石英砂；
[0013]
s6：将经过步骤s5并烘干的所述石英砂进行筛分，得到压裂支撑剂用石英砂。
[0014]
本申请的有益效果是：在本申请通过对石英砂进行打磨，使石英砂的圆球度得到提高，进而提高了本申请作为压力支撑剂的孔隙率并降低了破碎率，本申请解决约了石英砂自身圆球度差的问题，进而使得本申请制备的压裂用石英砂支撑剂相较于天然的石英砂更有利于增大裂缝的渗透率。
[0015]
进一步的是，所述步骤s3中，所述磁选机的磁场强度为1.5～1.7t。本申请采用1.5～1.7t的磁场强度，能够有效的取出金属杂质，提高sio2含量。
[0016]
进一步的是，所述步骤s1中，所述石料的粒径为10～30cm。本申请通过一次破碎将石料破碎为10～30cm的小块颗粒，从而能够便于后续的二次破碎。
[0017]
进一步的是，所述步骤s2中，所述原料的粒径为200～800μm。本申请通过二次破碎得到原料，该原料粒径适中，适合作为压裂支撑剂使用。
[0018]
进一步的是，所述步骤s5中，所述烘干的条件为温度为80℃以上，所述粗制石英砂含水量小于1％。
[0019]
进一步的是，所述步骤s1与所述步骤s2之间还包括步骤除杂，所述除杂步骤包括：对所述石料进行溜槽分选，选取经过所述溜槽分选后位于石英砂区域的石料执行所述步骤s2。本申请通过溜槽分选，能够将石料按重力分层，其中底层为重质石料，上层为轻质石料和片状石料，由于石英砂含量较高的石料密度也相当，因此会集中在一个中间区域内，本申请将该区域定义为石英砂区，通过选取石英砂区的物料执行粗选步骤，能够有效降低粗选的难度和时间。
[0020]
进一步的是，所述步骤s4中，所述打磨步骤包括：将所述粗制石英砂放入pcs系统中，于3000～5000r/min转速下处理10～15min。本申请通过pcs 系统对粗制石英砂进行打磨，pcs系统利用高速气流冲击石英砂表面，在不过度的减小石英砂的粒径的同时，pcs系统还能够打磨去除石英砂的棱角，使石英砂的圆球度得到提高。
[0021]
进一步的是，所述打磨步骤在惰性气体氛围下进行。本申请通过在惰性气氛下对粗制石英砂进行打磨，能够防止设备过热氧化。
[0022]
本申请还提供了一种压裂支撑剂用石英砂，其通过上述方法制备得到。本申请制备的压裂支撑剂用石英砂相较天然石英砂能够有利于增大裂缝渗透率。
[0023]
本申请还提供了一种压裂支撑剂用石英砂作为压裂支撑剂的应用。本申请制备的压裂支撑剂用石英砂在相较天然石英砂作为压裂支撑剂时能够有利于增大裂缝渗透率。
具体实施方式
[0024]
以下结合实施例对本申请的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本申请，并非用于限定本申请的范围。
[0025]
在本说明书的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明
确具体的限定。
[0026]
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
[0027]
本说明书中使用的术语是考虑到关于本公开的功能而在本领域中当前广泛使用的那些通用术语，但是这些术语可以根据本领域普通技术人员的意图、先例或本领域新技术而变化。此外，特定术语可以由申请人选择，并且在这种情况下，其详细含义将在本公开的详细描述中描述。因此，说明书中使用的术语不应理解为简单的名称，而是基于术语的含义和本公开的总体描述。
[0028]
本申请中使用了文字来说明根据本申请的实施例所执行的操作步骤。应当理解的是，本申请实施例中的操作步骤不一定按照记载顺序来精确地执行。相反，根据需要，可以按照倒序或同时处理各种步骤。同时，也可以将其他操作添加到这些过程中，或从这些过程移除某一步或数步操作。
[0029]
下述公开了多种不同的实施所述的主题技术方案的实施方式或实施例。为简化公开内容，下面描述了各特征存在的一个或多个排列的具体实施例，但所举实施例不作为对本说明书的限定,在说明书中随后记载的第一特征与第二特征连接，即可以包括直接联系的实施方式，也可以包括形成附加特征的实施方式，进一步的，也包括采用一个或多个其他介入特征使第一特征和第二特征彼此间接连接或结合，从而第一特征和第二特征可以不直接联系。
[0030]
实施例1
[0031]
本实施例公开了一种压裂支撑剂用石英砂制备方法，包括以下步骤：
[0032]
s1：破碎，收集采石场条石余料加入至破碎机中进行破碎，在本实施例中，所采用的破碎机可以采用鄂式破碎机，例如型号为pf-1315的颚式破碎机，通过该颚式破碎机从而将石场条石余料破碎为粒径为10cm的小块的石料。
[0033]
s2：粗选，选取二氧化硅含量为90％的石料进行清洗，然后用制砂机对石料进行二次破碎得到原料，在该步骤中，制砂机可以采用德国生产的 vi系列制砂机，通过制砂机将经过步骤s1破碎后的小块的石料进一步破碎为粒径200～800μm的原料，由于制砂机粒径难以精准控制，因此实际生产中，破碎粒径为范围值。
[0034]
s3：除铁，将原料加入至磁选机中，除去原料中的磁性金属，得到粗制石英砂，具体的，在该步骤中，磁选机可以设定磁场强度为1.5t，将原料加入磁选机进行磁性，经过磁选后，可有效去除原料中的金属杂质，经过本步骤，原料中二氧化硅的含量可以到91％～92％。
[0035]
s4：打磨，将粗制石英砂加入至打磨机中进行打磨，具体的在该步骤中，通过pcs系统(颗粒复合系统)对原料进行打磨，设定pcs系统转速为 3000r/min，处理15min，完成打磨，在此过程中，为了防止打磨是产生高温导致设备氧化，该步骤优选的在惰性气氛下进
行，例如可以在n2气氛为下对石英砂进行打磨。在本申请公开的实施例中，采用的pcs系统具体的结构和原理可以参考《pcs系统及应用》，第十一届全国粉体工程学术会暨相关设备,产品交流会论文，本申请对其结构和原理不再赘述。
[0036]
s5：水洗，对经过步骤s4打磨的后的粗制石英砂进行冲洗并烘干，去除粗制石英砂表面颗粒，在本步骤中，烘干温度为80℃，烘干5h，测试含水率小于1％。
[0037]
s6：将经过步骤s5并烘干的粗制石英砂进行筛分，具体的，筛分可以通过圆筒筛、六角筛、八角筛或振动圆盘筛进行，从而将对不同颗粒的石英砂分离归类，得到不同粒径的压裂支撑剂用石英砂。
[0038]
通过筛分选取由本实施例制备得到的粒径为200～300μm的压裂支撑剂用石英砂，在69mpa闭合压力下测试破碎率。
[0039]
实施例2
[0040]
本实施例公开了一种压裂支撑剂用石英砂制备方法，包括以下步骤：
[0041]
s1：破碎，收集采石场条石废料加入至破碎机中进行破碎，将条石废料破碎为粒径为25cm的小块的石料。
[0042]
s101：除杂，对石料进行溜槽分选，选取经过溜槽分选后中间区域的石料执行下一步，具体的，溜槽分选可以采用螺旋溜槽，通过螺旋溜槽，能够将石料按重力分层，其中底层为重质石料，上层为轻质石料和片状石料，由于石英砂含量较高的石料密度也相当，因此会集中在一个中间区域，本申请将该区域定义为石英砂区，通过选取石英砂区的物料执行粗选步骤，能够有效降低粗选的难度和时间。
[0043]
s2：粗选，选取二氧化硅含量为92％的石料进行清洗，然后用制砂机对石料进行二次破碎得到原料，通过制砂机将经过步骤s1破碎后的小块的石料进一步破碎为粒径200～800μm的原料。
[0044]
s3：除铁，将原料加入至磁选机中，除去原料中的磁性金属，得到粗制石英砂，具体的，在该步骤中，磁选机可以设定磁场强度为1.6t，将原料加入磁选机进行磁性，经过磁选后，可有效去除原料中的金属杂质，经过本步骤，原料中二氧化硅的含量可以到93％～94％。
[0045]
s4：打磨，通过pcs系统对原料进行打磨，设定pcs系统转速为 4000r/min，处理13min，完成打磨。
[0046]
s5：水洗，对经过步骤s4打磨的后的粗制石英砂进行冲洗并烘干，去除粗制石英砂表面颗粒，在本步骤中，烘干温度为90℃，烘干2h，测试含水率小于1％。
[0047]
s6：将经过步骤s5并烘干的粗制石英砂进行筛分，从而将对不同颗粒的石英砂分离归类，得到不同粒径的压裂支撑剂用石英砂。
[0048]
通过筛分选取由本实施例制备得到的粒径为200～300μm的压裂支撑剂用石英砂，在69mpa闭合压力下测试破碎率。
[0049]
实施例3
[0050]
本实施例公开了一种压裂支撑剂用石英砂制备方法，包括以下步骤：
[0051]
s1：破碎，收集采石场条石废料加入至破碎机中进行破碎，将条石废料破碎为粒径为30cm的小块的石料。
[0052]
s2：粗选，选取二氧化硅含量为95％的石料进行清洗，然后用制砂机对石料进行二
次破碎得到原料，通过制砂机将经过步骤s1破碎后的小块的石料进一步破碎为粒径200～800μm的原料。
[0053]
s3：除铁，将原料加入至磁选机中，除去原料中的磁性金属，得到粗制石英砂，具体的，在该步骤中，磁选机可以设定磁场强度为1.7t，将原料加入磁选机进行磁性，经过磁选后，可有效去除原料中的金属杂质，经过本步骤，原料中二氧化硅的含量可以到95％～96％。
[0054]
s4：打磨，通过pcs系统对原料进行打磨，设定pcs系统转速为 5000r/min，处理10min，完成打磨。
[0055]
s5：水洗，对经过步骤s4打磨的后的粗制石英砂进行冲洗并烘干，去除粗制石英砂表面颗粒，在本步骤中，烘干温度为150℃，烘干0.5h，测试含水率小于1％。
[0056]
s6：将经过步骤s5并烘干的粗制石英砂进行筛分，从而将对不同颗粒的石英砂分离归类，得到不同粒径的压裂支撑剂用石英砂。
[0057]
通过筛分选取由本实施例制备得到的粒径为200～300μm的压裂支撑剂用石英砂，在69mpa闭合压力下测试破碎率。
[0058]
在上述基础上，本申请还准备了一组对照例，该对照例为川南地区直接购买天然石英砂，其sio2含量在95％左右，粒径为230～300μm，采用该对照例在在69mpa闭合压力下测试破碎率。
[0059]
具体的测试结果如下表所示：
[0060][0061]
在本申请中，破碎率基于sy/t 5108-2014标准进行测试，圆球度基于计算得到。
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结论：通过上表可以看出，采用本申请制备的压力支撑剂用石英砂，在69mpa闭合压力下破碎率均低于40％，且圆球度均高于0.6，本申请提供的实施例破碎率平均降低了5.5％，由此可见采用本申请方法制备的压裂用石英砂支撑剂的能够有效的降低破碎率，这是由于，在本申请中，通过pcs 系统对石英砂进行打磨，pcs系统利用高速气流冲击石英砂表面，在不过度的减小石英砂的粒径的同时，pcs系统还能够打磨去除石英砂的棱角，使得石英砂颗粒能够趋于球型、圆球度得到提高，再由于破碎率、球度和渗透率三者有着密不可分的联系，通常，圆球度差会导致支撑剂面积增大，孔隙度小，进而导致破碎率高，破碎率高的支撑剂在闭合应力下容易破碎导致尺寸减小，进一步减小孔隙度，从而降低渗透率，本申请解决约了石英砂作为压裂支撑剂圆球度差的问题，使得本申请制备的压裂用石英砂支撑剂相较于天然的石英砂更有利于增大裂缝的渗透率。
[0063]
以上所述仅为本申请的较佳实施例，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。