[發明專利]低密度陶粒支撐劑及其制備方法

有效

• 申請號: 201010136972.5
• 申請日: 2010-03-31
• 公開（公告）號: CN101787270A
• 公開（公告）日: 2010-07-28
• 發明（設計）人: 李占剛;馬曉娟;郝景華
• 申請（專利權）人: 陽泉市長青石油壓裂支撐劑有限公司
• 主分類號: C09K8/80
• 分類號: C09K8/80
• 代理公司: 北京海虹嘉誠知識產權代理有限公司 11129
• 代理人: 胡敬紅

技術領域

本發明涉及本發明涉及石油、天然氣開采領域，特別是涉及一種低密度陶粒支撐劑及其 制備方法。

背景技術

開發深層油、氣井，提高產量，壓裂工藝被廣泛采用。為確保地下深層壓裂縫的有效撐 開，合適的支撐劑是必須的，它可增加地層的導流能力，提高油或氣的產量，是壓裂工藝應 用好壞的一個重要因素。目前國內常用的壓裂支撐劑為石英砂和陶粒。其中石英砂的價格便 宜，相對密度低，便于施工泵送，但是石英砂的強度低、圓球度差、破碎率高，從而降低了 裂縫的導流能力，特別不適用于閉合壓力高的深井。燒結陶粒由于強度高，圓球度好，為人 們優先選擇的壓裂支撐劑，一直受到高度重視。但是陶粒的密度比石英砂大，對泵送條件及 壓裂液的性能都提出了更高的要求，加大了施工難度；在應用中容易堆積在裂縫的端口處， 對導流極其不利，從而影響后期出油效果。相比之下，低密度支撐劑由于密度小，攜帶更容 易，能大大降低壓裂液的粘度，減少對地層和泵的傷害，甚至可以實現清潔壓裂，有效降低 施工難度和采油成本；另外低密度支撐劑導流遞減率比較低，能產生好的采油效果。因此低 密度支撐劑的開發成為支撐劑研究的方向。

中國95106126.7號專利申請公開了一種硅藻土為主要原料，以酸性火山玻璃質巖、粘土、 煤粉和腐植酸作為輔料生產的硅藻土陶粒；中國96109554.7號專利申請公開了一種淤泥為主 要原料，添加純堿、芒硝、煤矸石等材料生產淤泥陶粒；中國00110161.7號專利申請公開了 一種以粉煤灰為主要原料，外加粘結劑生產輕質粉煤灰陶粒；中國1440953A號專利申請公開 了一種廢石料和海泥生產的輕質陶粒。以上這些專利都是生產輕質陶粒，但是強度都很低， 不能滿足支撐裂縫的要求。

發明內容

本發明目的在于解決目前陶粒密度高的不足和工業廢料煤矸石的利用。提供一種配方簡 單，質量穩定、具有較高強度和密度低，適應閉合壓力高，滲透能力低的深層油氣井壓裂用 陶粒支撐劑。

低密度陶粒支撐劑的制備方法，以鋁礬土和煤矸石內芯，以鋁礬土和四氧化三錳為外殼， 成球燒結，即得低密度陶粒。

所述成球的方法為先將鋁礬土和煤矸石混均，在成球機上噴水或硅酸鈉水溶液成球，形 成內芯；接著在噴水或硅酸鈉水溶液過程中逐步加入鋁釩土和四氧化三錳的混合物形成外殼， 使球體逐步長大。

所述內芯的直徑為0.2～0.3mm，所述球體粒徑為0.6～0.95mm。

所述內芯中鋁礬土與煤矸石的重量比為20～80∶80～20；所述外殼中鋁礬土與四氧化三 錳的重量比為90～97∶10～3。

所述成球機為盤式成球機。

所述鋁釩土為陽泉鋁礬土。

所述燒結溫度為1300～13800℃。

上述方法得到的低密度陶粒支撐劑。

山西陽泉鋁礬土礦是我國最大的高鋁礬土生產基地，該礦屬水鋁石-高嶺石型，主要由一 水硬鋁石和高嶺石組成。除含Al2O3外，還含有Si、Fe、Ti、Zr等雜質，這些元素可能主要以 類質同象形式替換了水鋁石中的Al，其中SiO2占2～5％，Fe2O3占3～7％，TiO2占2～5％，該鋁礬 土礦適合制造高強度陶粒支撐劑。

煤矸石是采煤過程中排出的含碳量較少的黑色廢石，是我國排放量最大的固體廢棄物， 其排放與堆積不僅占用大量耕地，同時對地表、大氣造成了很大污染。煤矸石的化學成分與 粘土比較相似，煤矸石含有較高的碳及硫，燒失量較大。

本發明目的實現，主要改進支撐劑的原料和成球工藝：采用陽泉鋁礬土和煤矸石為主料， 內芯鋁礬土用量占粉料總重量的20～80％，煤矸石用量占粉料總重量的20～80％；外殼鋁礬土 用量占粉料總重量的90～97％，四氧化三錳為輔料，用量占粉料總重量的3～10％。具體說，本 發明油氣井壓裂用固體支撐劑，其特征是先將磨細的鋁礬土和煤矸石在混料機中混合均勻后， 加入盤式旋轉成球機中，噴水成球，直徑控制在0.2～0.3mm之間；接著在噴水過程中逐步加 入鋁釩土和四氧化三錳的混合物，使球體逐步長大，粒徑控制在0.6～0.95mm之間；在回轉窯 中燒結而成高強低密陶粒支撐劑。