本发明涉及一种油田压裂支撑剂及其制备方法，尤其涉及一种含油田钻井固体废弃物的油田压裂支撑剂及其制备方法，属于油田环保技术领域。
背景技术：
国内油、气田在钻井过程中，利用油基钻井液润滑钻头、保护井壁、将钻屑等固体颗粒和粉末携带到地面。通过固控设备(振动筛、除砂器、除泥器、离心机等设备)将泥浆中携带出来的钻屑等地层物质从泥浆中分离出来。这些被分离出来的钻井岩屑以及夹杂在一起的废弃泥浆、钻井添加剂、石油类、高分子有机物、水分和盐分等混合物，称之为钻井固体废弃物。国内每钻一口油气井，钻井固体废弃物的总量大概为1500～2500立方米。我国油气田每年使用油基泥浆钻井2万口，则钻井固体废弃物的产生量为：近2千万立方米，加上以往常年积存的未经处理的泥浆，我国目前共计废弃油基泥浆和岩屑总量达到上亿立方米，急需按危废法对其进行环保无害化处理，并进行资源化综合利用或填埋处理，达到环保减量化、资源化、无害化的处理要求。
油田压裂支撑剂是使得地层深处的岩层裂缝保持开裂状态的高强度颗粒支撑物，其作用在于支撑已开裂的裂缝两壁，即使停止高压泵注，井底压力下降到小于岩层闭合压力时，通向地层中各个油气眼的裂缝仍保持张开状态，进而大大提高油气层的渗透性，增加油气田的产量。
目前使用的油田压裂支撑剂主要有三类:石英砂、树脂包砂和烧制陶粒支撑剂。石英砂因为强度低，并且破裂后的碎屑会堵塞裂缝，降低导流率，不能满足深井开采的要求；各种树脂包裹的腹膜砂解决了石英砂强度低的难题，但生产成本高，工艺复杂；陶粒支撑剂的发展始于上世纪70年代，美国研制出了烧结铝矾土和熔炼氧化锆支撑剂并成功应用于市场。我国的陶粒支撑剂是从80年代开始发展的，最早产品是喷吹的铝矾土高强度支撑剂。目前的陶粒压裂支撑剂一般是以铝矾土为原料，加以各种辅料，造粒后由回转窑烧结而成，按密度分为三种:低密度、中密度和高密度陶粒。烧结铝矾土和熔炼氧化锆陶粒支撑剂强度高，化学稳定性好，优越的性价比已被越来越多的油田广泛采用，但是其密度偏高，容易对压裂设备造成损害，尤其铝矾土是国家比较珍贵的矿物资源，目前每个省的高品位铝矾土矿的开采量规定仅为：100万吨/年。
技术实现要素：
本发明针对油田钻井固体废弃物环保无害化处理的需求以及目前的陶瓷烧制压裂支撑剂所存在的问题，提供一种包含钻井固体废弃物的油田压裂支撑剂、油田压裂支撑剂的制备方法以及制备油田压裂支撑剂的过程中使用到的复配的激发增强剂。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：
一种用于制备油田压裂支撑剂的激发增强剂，按质量分数计，包括如下组分：聚二甲基二烯丙基氯化铵5～10％、6wt％浓度的聚合氯化铝水溶液3～5％、聚氧乙烯月桂基醚0.1～0.2％、双氧水2～5％、铝酸钠4～8％、氧化钙20～30％、羟甲基纤维素钠5～10％、偏硅酸钠5～15％、环氧乙烷10～15％、二氧六环1～3％、8-羟基喹啉0.5～1.0％、乙二胺四乙酸10～15％、纤维素醚5～15％。
一种以油田钻井固体废弃物为原料且包含上述激发增强剂的油田压裂支撑剂，按质量分数计，包括如下组分：
所述激发增强剂按质量分数计，包括如下组分：聚二甲基二烯丙基氯化铵5～10％、6wt％浓度的聚合氯化铝水溶液3～5％、聚氧乙烯月桂基醚0.1～0.2％、双氧水2～5％、铝酸钠4～8％、氧化钙20～30％、羟甲基纤维素钠5～10％、偏硅酸钠5～15％、环氧乙烷10～15％、二氧六环1～3％、8-羟基喹啉0.5～1.0％、乙二胺四乙酸10～15％、纤维素醚5～15％，其中，所述的聚二甲基二烯丙基氯化铵的分子量不高于3万；
所述其他助剂包含水泥消泡剂、减水剂、浸润剂、纤维素和混凝土膨胀剂。
进一步，所述可溶性盐类早强剂为硫酸盐、盐酸盐、亚硝酸盐、甲酸盐或铬酸盐中的一种或几种的混合物。
进一步，所述减水剂为木质素磺酸盐减水剂、萘磺酸盐减水剂、聚羧酸系高性能减水剂中的一种或几种的混合物。
进一步，所述浸润剂为醋酸乙烯乳液、丙烯酸酯乳液、聚氨酯乳液或环氧树脂乳液中的任意一种。
本发明所述的油田钻井固体废弃物泛指所有油气田所产生的钻井固体废弃物，优选中国范围内的油气田所产生的钻井固体废弃物，例如东营胜利油田、大庆油田、华北油田和克拉玛依油田所产生的钻井固体废弃物。
本发明公开的激发增强剂的作用原理如下：
(1)激发增强剂中的钙、铝金属阳离子，可以替代泥浆中粘土的硅氧四面体和铝氧八面体结构中的钠离子和钾离子，改变了粘土的化学结构，释放出部分层间水分。同时，激发增强剂中有效成分的物理吸水及稠化性能，使得原本能够任意流动的泥浆和岩屑流动体物质，经过加入激发增强剂搅拌后，很快就变成可以转场拉运的固态不流动物质；
(2)激发增强剂中的有效化学成分，通过化学和物理作用，能够有效调整泥浆的酸碱度(ph值)，有效降低废弃泥浆中的cod，大大降低泥浆中的游离石油类物质的含量和降低ss色度，能够有效络合和螯合重金属元素(如pb、cu、cd、hg、ni、ba、cr等)离子，使得废弃泥浆中的重金属离子浓度达到环保排放标准，或者通过固化凝结硬化、封闭等化学物理反应，大大减少有害成分的淋滤浸出率，达到国家环保标准要求的无害化排放指标要求；
(3)激发增强剂中的增强成分可以直接与泥浆中的岩屑成分、粘土颗粒、其他沉淀絮凝物质相结合，形成具有一定矿物结晶体的具备一定力学承载力的性能的硬化物质。
本发明公开的油田压裂支撑剂的有益效果是：
(1)利用油田钻井固体废弃物，即脱油后的废渣为主要成分，首次成功制备出用于油田压裂工艺所大量需求且有重大经济价值的陶粒压裂支撑剂，利用压裂工艺又返回地层结构中去，进入地下。达到了良好的环保处理效果；
(2)本发明公开的油田压裂支撑剂的密度为1.2～1.3kg/l，耐压强度为52mpa和69mpa时，破碎率小于8％，完全满足了国内陶粒支撑剂的标准要求。
本发明还要求保护上述油田压裂支撑剂的制备方法，包括如下步骤：
1)将油田钻井废弃物(即脱油后的废渣)、激发增强剂和硅酸盐水泥按比例进行混合，搅拌均匀后，在堆放场中进行自然养护和干燥，干燥至能够进行粉磨的状态，后粉磨至250～400目；
2)向步骤1)所得粉末中按比例加入硫铝酸盐水泥、可溶性盐类早强剂和其他助剂，后进行无重力混料搅拌；
3)将步骤2)中所得的原料投入成球机中，间歇喷入水雾，当母球出现后间歇喷入水雾和干粉，使母球达到规定的尺寸；
4)将步骤3)所得的成球后的颗粒进行筛选，尺寸不合格的颗粒粉碎后再次投入成球机中成球，尺寸合格的颗粒进入养护车间进行养护，即得油田压裂支撑剂。
具体实施方式
以下结合实例对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
一、用于制备油田压裂支撑剂的激发增强剂
实施例1：
一种用于制备油田压裂支撑剂的激发增强剂，按质量分数计，包括如下组分：聚二甲基二烯丙基氯化铵7.4％、6wt％浓度的聚合氯化铝水溶液4％、聚氧乙烯月桂基醚0.1％、双氧水3％、铝酸钠6％、氧化钙25％、羟甲基纤维素钠7.5％、偏硅酸钠10％、环氧乙烷13％、二氧六环2％、8-羟基喹啉1.0％、乙二胺四乙酸12％、纤维素醚9％。
实施例2：
一种用于制备油田压裂支撑剂的激发增强剂，按质量分数计，包括如下组分：聚二甲基二烯丙基氯化铵10％、6wt％浓度的聚合氯化铝水溶液3％、聚氧乙烯月桂基醚0.1％、双氧水2.4％、铝酸钠4％、氧化钙20％、羟甲基纤维素钠5％、偏硅酸钠15％、环氧乙烷10％、二氧六环3％、8-羟基喹啉0.5％、乙二胺四乙酸15％、纤维素醚15％。
实施例3：
一种用于制备油田压裂支撑剂的激发增强剂，按质量分数计，包括如下组分：聚二甲基二烯丙基氯化铵5％、6wt％浓度的聚合氯化铝水溶液5％、聚氧乙烯月桂基醚0.2％、双氧水5％、铝酸钠8％、氧化钙30％、羟甲基纤维素钠10％、偏硅酸钠5％、环氧乙烷15％、二氧六环1％、8-羟基喹啉0.8％、乙二胺四乙酸10％、纤维素醚5％。
将实施例1所得的激发增强剂加入到东营胜利油田的钻井固体废弃物中，激发增强剂的加入量为钻井固体废弃物重量的1/8，将混合固化后所得的混合物和单独的东营胜利油田的钻井固体废弃物进行了如下测试，结果如表1所示。
表1固化后的混合物与单独的钻井固体废弃物的各项测试结果对比
单位：mg/l。
二、以油田钻井固体废弃物为原料的油田压裂支撑剂
实施例4：
一种油田压裂支撑剂，按质量分数计，包括如下组分：
实施例5：
一种油田压裂支撑剂，按质量分数计，包括如下组分：
实施例6：
一种油田压裂支撑剂，按质量分数计，包括如下组分：
实施例7：
一种油田压裂支撑剂，按质量分数计，包括如下组分：
实施例4～7的油田压裂支撑剂的制备方法如下：
1)将油田钻井固体废弃物(即脱油后的废渣)、激发增强剂和硅酸盐水泥按比例进行混合，搅拌均匀后，在堆放场中进行自然养护和干燥，干燥至能够进行粉磨的状态，后粉磨至250～400目；
2)向步骤1)所得粉末中按比例加入硫铝酸盐水泥、早强剂和其他助剂，后进行无重力混料搅拌；
3)将步骤2)中所得的原料投入成球机中，间歇喷入水雾，当母球出现后间歇喷入水雾和干粉，使母球达到规定的尺寸；
4)将步骤3)所得的成球后的颗粒进行筛选，尺寸不合格的颗粒粉碎后再次投入成球机中成球，尺寸合格的颗粒进入养护车间进行养护，即得油田压裂支撑剂。
将实施例4～7的油田压裂支撑剂分别筛选出20～40目和40～70目的颗粒，分别在52mpa和69mpa下进行破碎率测试，密度测试，泡水浊度测试以及耐酸碱性测试，平均测试结果如下：
测试压力52mpa，破碎率5％；
测试压力69mpa，破碎率7％；
密度1.2～1.4g/cm3；
泡水浊度合格；
耐酸碱腐蚀。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。