一种低密度陶瓷压裂支撑剂及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及陶瓷技术领域，特别涉及一种低密度陶瓷压裂支撑剂及其制备方法。
【背景技术】
[0002]压裂支撑剂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。其利用优质铝矾土等多种原材料，用陶瓷烧结而成，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。用陶粒支撑材料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，使用陶粒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。压裂支撑剂是石油页岩油、页岩气和煤层气开发过程中必需的压裂用填充介质，在世界范围内煤层气的开发尚处于起步阶段，因此对煤层气开发所用陶瓷压裂支撑剂的研宄成果较少。
[0003]目前国内外所用压裂支撑剂主要是基于石油页岩油和页岩气开发使用的高密度(体积密度3 1.5g/cm3)、高强度(闭合压力3 52MPa)产品，该产品的主要特点是密度大、强度高；缺点是由于密度大，导致其悬浮性能和导流性能较差，使得压裂闭合压力大、压裂面积小、施工成本高。
[0004]基于煤层气的开采深度比石油页岩油和页岩气浅的事实，其压裂闭合压力小(^ 42MPa)，因此其所需要的陶瓷支撑剂的强度相对较低，因此开发低密度的陶瓷压裂支撑剂可以降低压裂施工成本，增大压裂面积，提高压裂效率。
[0005]申请号为200880004784.8的中国专利申请公开一种低密度陶瓷支撑剂，其由轻质聚集体和陶瓷粘合材料组成，其中将天然矿物用作所述轻质聚集体，所述天然矿物在烧制时能够膨胀它在支撑剂颗粒中的体积，并且改变它的真密度和表观密度。所述天然矿物为蛭石、珍珠岩、水云母、天然沸石、烧结骨料、膨胀粘土，所述陶瓷粘合材料为氧化铝、高岭土、铝土矿或它们的组合物。
[0006]上述低密度陶瓷支撑剂的原料组成使其原料成本偏高，同时所述低密度陶瓷支撑剂的制备过程中，其烧成温度高、使得制备成本亦偏高。
【发明内容】
[0007]本发明所要解决的技术问题是:提供一种烧成温度低、且成本低的低密度陶瓷压裂支撑剂及其制备方法。
[0008]为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为:
[0009]一种低密度陶瓷压裂支撑剂，包括以下重量份的原料制备而成:高岭土 70-85份、稻壳类植物外壳8-20份和陶瓷添加剂5-15份，所述稻壳类植物外壳经过缺氧碳化处理。
[0010]本发明还公开一种上述的低密度陶瓷压裂支撑剂的制备方法，将所述高岭土、稻壳类植物外壳和陶瓷添加剂按上述比例混合后，依次进行粉碎、造粒、烧成、覆膜和固化，所述烧成的温度为1150-1250°C，时间为5-12h，所述覆膜中加入树脂，所述树脂的重量为所述高岭土、植物壳和陶瓷添加剂总重量的2-10%，所述固化的温度小于或等于170°C。
[0011]本发明的低密度陶瓷压裂支撑剂的有益效果在于:
[0012](I)本发明的低密度陶瓷压裂支撑剂采用高岭土和植物外壳作为原料，降低了原料成本；
[0013](2)本发明的低密度陶瓷压裂支撑剂的体积密度为1.05?1.18 (g/cm3)、视密度为1.50?1.80 (g/cm3)，产品体积密度、视密度与现有产品相比大幅度降低，导流能力提高，从而降低施工成本，提高压裂面积；
[0014](3)本发明的低密度陶瓷压裂支撑剂的抗破碎能力为:42MPa闭合压力下，40/60目产品破碎率<8% ； 16/40目产品破碎率< 12% ； 12/20目产品破碎率< 16%，具有产品破碎率低的有益效果，其已用于煤层气的开发与应用中，并取得了明显效果。
[0015]本发明的低密度陶瓷压裂支撑剂的制备方法的有益效果在于:
[0016](I)本发明的低密度陶瓷压裂支撑剂的制备方法的烧成温度为1150_1250°C，与现有陶瓷支撑剂产品相比，烧成温度得到有效降低，从而降低生产成本；
[0017](2)其制备出的低密度陶瓷压裂支撑剂的体积密度为1.05?1.18 (g/cm3)、视密度为1.50?1.80 (g/cm3)，产品体积密度、视密度与现有产品相比大幅度降低，导流能力提高，从而降低施工成本，提高压裂面积；同时，在42MPa闭合压力下，40/60目产品破碎率^ 8% ； 16/40目产品破碎率< 12% ； 12/20目产品破碎率< 16%，具有产品破碎率低的有益效果；
[0018](3)工艺简单易推广，可广泛用于煤层气的开发与应用中。
【具体实施方式】
[0019]为详细说明本发明的技术内容、所实现目的及效果，以下结合实施方式予以说明。
[0020]本发明最关键的构思在于:通过将高岭土和植物外壳作为原料，从而获得较低密度和破碎率的低密度陶瓷压裂支撑剂，并降低其成本。
[0021]本发明的一种低密度陶瓷压裂支撑剂，包括以下重量份的原料制备而成:高岭土70-85份、植物外壳8-20份和陶瓷添加剂5-15份，所述植物外壳经过缺氧碳化处理。
[0022]本发明的低密度陶瓷压裂支撑剂的有益效果在于:
[0023](I)本发明的低密度陶瓷压裂支撑剂采用高岭土和植物外壳作为原料，降低了原料成本；
[0024](2)本发明的低密度陶瓷压裂支撑剂的体积密度为1.05?1.18 (g/cm3)、视密度为1.50?1.80 (g/cm3)，产品体积密度、视密度与现有产品相比大幅度降低，导流能力提高，从而降低施工成本，提高压裂面积；
[0025](3)本发明的低密度陶瓷压裂支撑剂的抗破碎能力为:42MPa闭合压力下，40/60目产品破碎率<8% ； 16/40目产品破碎率< 12% ； 12/20目产品破碎率< 16%，具有产品破碎率低的有益效果，其已用于煤层气的开发与应用中，并取得了明显效果。
[0026]进一步的，所述原料还包括树脂，所述树脂的重量为原料总重量的2-10%。
[0027]进一步的，所述树脂为酚醛树脂和/或乙烯基树脂。
[0028]由上述描述可知，所述原料中还可以加入树脂，从性能、工艺复杂度和成本综合考虑，所述树脂优选为酚醛树脂和乙烯基树脂。
[0029]进一步的，所述原料的细度大于或等于300目。
[0030]由上述描述可知，原料细度会影响产品的微观结构，进而影响产品的强度等指标，本发明的原料的细度大于或等于300目，具有强度好的优点。
[0031]进一步的，由以下重量份的原料制备而成:高岭土 70-85份、稻壳类植物外壳8-20份和陶瓷添加剂5-15份，所述稻壳类植物外壳经过缺氧碳化处理。
[0032]本发明还公开一种上述的低密度陶瓷压裂支撑剂的制备方法，将所述高岭土、稻壳类植物外壳和陶瓷添加剂按上述比例混合后，依次进行粉碎、造粒、烧成、覆膜和固化，所述烧成的温度为1150-1250°C，时间为5-12h，所述覆膜中加入树脂，所述树脂的重量为所述高岭土、植物壳和陶瓷添加剂总重量的2-10%，所述固化的温度小于或等于170°C。
[0033]本发明的低密度陶瓷压裂支撑剂的制备方法的有益效果在于:
[0034](I)本发明的低密度陶瓷压裂支撑剂的制备方法的烧成温度为1150_1250°C，与现有陶瓷支撑剂产品相比，烧成温度得到有效降低，从而降低生产成本；
[0035](2)其制备出的低密度陶瓷压裂支撑剂的体积密度为1.05?1.18 (g/cm3)、视密度为1.50?1.80 (g/cm3)，产品体积密度、视密度与现有产品相比大幅度降低，导流能力提高，从而降低施工成本，提高压裂面积；同时，在42MPa闭合压力下，40/60目产品破碎率^ 8% ； 16/40目产品破碎率< 12% ； 12/20目产品破碎率< 16%，具有产品破碎率低的有益效果；
[0036](3)工艺简单易推广，可广泛用于煤层气的开发与应用中。
[0037]进一步的，所述高岭土、植物外壳、陶瓷添加剂和树脂的细度分别大于或等于300目。
[0038]本发明的