专利名称：一种低密度高强度碳化硅质压裂支撑剂的制作方法
技术领域：
本发明涉及的是油气井水力压裂使用的防止地层重新闭合的支撑剂，属于采油 (气)助剂领域。
背景技术：
随着我国及世界油气资源日渐枯竭，人们不得不开发难于采收的低渗透油气藏。 由于油气藏的地层渗透率低，必须采取压裂手段才能获得经济油(气)流，还必须用压裂液把支撑剂携入地层以防止地层重新闭合。根据支撑剂的作用，人们对支撑剂提出多项技术要求，这包括支撑剂的粒度，圆度和球度，表面光滑度，浊度，酸溶解度，碱溶解度，视密度， 体积(堆积)密度，抗压强度和破碎率。当然也有价格要求。目前使用的支撑剂主要有三大类天然石英砂，人造铝矾土烧结陶粒和酚醛树脂包层砂。天然石英砂的主要缺点是抗压强度低和破碎率高，破碎后将大大降低裂缝导流能力，而且受嵌入，微粒运移，堵塞等影响，裂缝导流能力可降低到原来的十分之一或更低。铝矾土烧结陶粒虽然抗压强度有所提高，但当闭合压力升高时，其破碎率也可达到10 30%，而且陶粒的视密度和体积密度都较高，这带来两个问题一是支撑剂视密度较高时，要求压裂液含胶量增加，对地层污染加重，即对地层天然的渗透率是一种损害；二是支撑剂体积密度较高时，对于压裂缝中同一填充体积，需要更多质量的支撑剂，增加施工成本；树脂包层砂的优点是当石英砂破碎时，其碎屑仍然保留在树脂包层中，对导流能力的降低趋势稍有改善，但不能明显改善原砂性能。为了改进支撑剂性能人们在努力探寻一种低密度高强度的支撑剂，希望其它技术指标也有优越表现，性价比超过现有产品。
发明内容
碳化硅是仅次于金刚石的高强度材料，它的硬度远高于石英砂(SiO2),也高于刚玉(a-Al2O3),陶粒的硬度和强度缘于其中的α-Al2O3，当然也高于陶粒。碳化硅比石英砂和陶粒有更高的化学稳定性。碳化硅的烧结温度很高，须添加烧结助剂来降低烧结温度，这样所得的产物并非纯碳化硅，而是碳化硅陶瓷，它同样具有很高的强度。本发明是这样实现的将碳化硅、氧化铝、钾长石、高岭土、膨润土按一定比例配成浆液，用氧化锆球作为磨料，在磨浆机中磨浆，经烘干，制粉得到粉料，再将粉料分成A、B两部分。取聚合物微球与A混合，在造粒机中喷洒磷酸二氢铝和羧甲基纤维素钠胶液，造粒， 得到芯料。芯料与B混合，用同样的胶液再次造粒，得到素坯。素坯在一定的烧结温度曲线下，烧结出成品。在600 800°C以前，缓慢升温，聚合物微球逐渐分解气化，此后，应快速升温至1200°C以上，以防止孔结构塌陷。烧结温度的确定，与碳化硅含量有关。在烧结温度下保温2小时，自然降温，即得到产品。本发明产品的特征是多孔碳化硅芯体微球外包覆着封闭球形碳化硅陶瓷壳体，降低了支撑剂的视密度和体积密度，同时保障了支撑剂的抗压强度，为油田油气井压裂工艺提供一种低密度高强度支撑剂，在适应中高闭合压力地层的同时，缓解了泵送条件，降低了压裂液用胶量，减轻了压裂液对地层渗透率的伤害，减少了支撑剂的用量(重量)，降低了压裂成本。
图中1多孔碳化硅芯体2封闭球形碳化硅陶瓷壳体。 具体实施方案按碳化硅48%、氧化铝24%、钾长石14%、高岭土 10%、膨润土 2%的比例配成浆料，浆料浓度为80%。其中碳化硅用W5 (D50 = 3. 26um)，用Φ 20氧化锆球作为磨料，在磨浆机中混料2小时，然后将混合后的浆料烘干制粉，得到粉料。将粉料分成Α、Β两部分。取泡沫聚苯乙烯微球(Φ0. 010 Φ0. 03mm)与A部分混合，微球与A部分的体积比为3 1 4 :1。混勻后，用羧甲钠(CMC)和6%磷酸二氢铝溶液作为粘结剂对混合物造粒，造粒在造粒机上完成，粒度控制在Φ0. 1 Φ0. 6间，这就是芯料。以芯料为核心，在造粒机上借助上述胶液将B部分包覆在芯料上，完成第二次造粒，得到素坯。素坯的粒度控制在Φ 0.4 Φ1. 2 间。最后，将素坯放在电阻炉中烧结。在烧成过程中，有2个重要阶段，即低温阶段(室温 600°C )和高温阶段(800 1200°C )。在低温阶段，应缓慢升温，控制在2V /min,以使有机聚合物泡沫微球分解气化而不破坏闭孔结构。在高温阶段，由于坯体已变得较为疏松，为防止塌陷，应快速升温。在1400°C保温2小时。自然冷却，得到产品。
权利要求
1.一种碳化硅质压裂支撑剂，其特征是具有封闭球形碳化硅陶瓷壳体的多孔碳化硅微球。
2.根据权利要求1所述的产品，其特征是将碳化硅、氧化铝、钾长石、高岭土、膨润土、 配成浆料，经磨浆、烘干、制粉得到粉料，再将粉料分为A、B两部分。
3.根据权利要求1所述的产品，其特征是将聚合物微球与A部分混合造粒，得到芯料。
4.根据权利要求1所述的产品，其特征是用芯料与B部分再次造粒，得到待烧结的素坯。
全文摘要
本发明涉及一种油气井压裂支撑剂，这种支撑剂以碳化硅为主要原料，将其设计并制造成带有封闭球形壳体的多孔碳化硅微球。多孔结构降低了支撑剂的视密度和体积密度，球形壳体结构保障了支撑剂的抗压强度。将碳化硅、氧化铝、钾长石、高岭土、膨润土按一定比例配成浆料，经磨浆、烘干、制粉得到粉料，再将粉料分成A、B两部分。取聚合物微球与A混合，喷洒磷酸二氢铝和羧甲基纤维素钠胶液，造粒，得到芯料。芯料再与B混合，用同样的胶液造粒，得到素坯。素坯在一定的烧成温度曲线控制下，烧结出成品。本发明为油气井压裂工艺提供一种低密度、高强度支撑剂，在适应中高闭合压力地层的同时，缓解了泵送条件，降低了压裂液用胶量，减轻了压裂液对地层渗透率的伤害，减少了支撑剂用量。
文档编号C04B35/565GK102220125SQ201010150658
公开日2011年10月19日 申请日期2010年4月19日 优先权日2010年4月19日
发明者袁新 申请人:袁新