[發(fā)明專利]一種高密度高強(qiáng)度油氣井壓裂支撐劑及其制備方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201010595801.9
• 申請日: 2010-12-20
• 公開（公告）號: CN102061159A
• 公開（公告）日: 2011-05-18
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 丁書強(qiáng)
• 申請（專利權(quán)）人: 中鋼集團(tuán)洛陽耐火材料研究院有限公司
• 主分類號: C09K8/80
• 分類號: C09K8/80
• 代理公司: 洛陽明律專利代理事務(wù)所 41118
• 代理人: 盧洪方

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種高密度高強(qiáng)度油氣井壓裂支撐劑及其制備方法，屬于壓裂支撐劑領(lǐng)域。

背景技術(shù)

壓裂支撐劑是在石油和天然氣的開采過程中用來支撐地下巖層裂縫的固體顆粒物質(zhì)。天然石英砂和人造陶粒是目前最常用的油氣井壓裂支撐劑。由于資源分布廣闊、價格低廉，石英砂在石油天然氣的壓裂開采中被廣泛使用，然而石英砂具有較低的強(qiáng)度和圓球度，從而決定它不能用于高壓力條件下深層油氣井的壓裂開采。二十世紀(jì)九十年代以來，許多國家跟據(jù)各自的原料資源特點(diǎn)先后開發(fā)出一系列的人造陶粒，它們具有遠(yuǎn)高于石英砂的強(qiáng)度、密度和導(dǎo)流能力。使用人造陶粒作為壓裂支撐劑不僅使人們能夠?qū)Ω顚拥挠蜌饩M(jìn)行壓裂開采，同時也大大提高了油氣井的開采效率和產(chǎn)量。

很多國家的鋁礬土資源儲量豐富，而且鋁礬土支撐劑的強(qiáng)度也較高，因此人造陶粒壓裂支撐劑的生產(chǎn)主要以鋁礬土作為原料。鋁礬土陶粒支撐劑的制備方法繁多，根據(jù)素坯加熱方式的不同可以分為電熔陶粒和燒結(jié)陶粒，中國石油勘探局采油工藝研究所在1989年發(fā)明了以鋁礬土為原料進(jìn)行電弧熔融噴吹成球來制備鋁礬土熔融陶粒壓裂支撐劑的方法(中國專利CN89102544.8)。按造粒成型的方法分類可分為：濕法造粒和干法造粒。中國專利CN200580030252.8公布了一種采用濕法造粒制備鋁礬土陶粒壓裂支撐劑的方法，首先制備鋁礬土漿料，然后噴霧造粒，最后進(jìn)行燒結(jié)，從而得到粒徑大于200微米、體積密度大于1.40g/cm³、視密度大于2.60g/cm³的陶粒。目前工業(yè)生產(chǎn)中，采用最廣泛的陶粒支撐劑制備方法是以鋁礬土作為原料、采用干法造粒成球、然后進(jìn)行燒結(jié)的方法。早在1978年，US?Patent?4068718公開了一種采用煅燒的鋁礬土作為原料制備燒結(jié)鋁礬土陶粒壓裂支撐劑的方法，通過使鋁礬土粉體聚集形成小球，然后燒結(jié)，可以得到視密度不小于3.50g/cm³、粒徑為12微米左右的鋁礬土燒結(jié)陶粒。美國諾頓公司通過向鋁礬土原料中添加一定比例的氧化鋯粉制備出能夠抵抗地下巖層應(yīng)力侵蝕的支撐劑陶粒(US?Patent?4639427)。卡博陶粒公司在1989年公開了一種制備鋁礬土陶粒支撐劑的詳細(xì)方法(US?Patent?4879181)，該發(fā)明采用不同比例的粘土和鋁礬土作為原料，制備出視密度在2.75～3.40g/cm³之間且強(qiáng)度性能優(yōu)異的一系列產(chǎn)品，博陶粒公司在以后幾十年內(nèi)發(fā)展成為全球最大的石油壓裂支撐劑供應(yīng)商，卡博陶粒公司生產(chǎn)的陶粒壓裂支撐劑也以其優(yōu)異的性能深受世界各石油服務(wù)公司的推崇。

國內(nèi)支撐劑生產(chǎn)商從二十世紀(jì)九十年代以來就開始了高密度高強(qiáng)度鋁礬土陶粒壓裂支撐劑的研究與開發(fā)。1993年公開的中國專利CN93111983.9以焙燒后氧化鋁含量65-95％的鋁礬土為主要原料，并加入氧化鐵、氧化鎂和氧化錳輔料和軟質(zhì)粘土，經(jīng)過松解、成球、篩分、燒結(jié)、拋光和再次篩分，制備出了高強(qiáng)度的鋁礬土陶粒壓裂支撐劑。中國專利CN01108604.1以煅燒后氧化鋁含量不小于75％的鋁礬土作為基料，并加入膨潤土、鑭系金屬氧化物、二氧化錳和氧化鎂作為輔料，基料和輔料按照一定比例混合，經(jīng)過成球、燒結(jié)后，得到圓球度好的高強(qiáng)度鋁礬土陶粒，產(chǎn)品在69MPa下的破碎率小于10％。中國專利CN200410010272.6以鋁礬土為原料，并添加其它金屬氧化物，通過控制支撐劑中的化學(xué)組成：74～80％Al₂O₃、5.5～10.5％SiO₂、2.5～3.5％TiO₂、4～9％Fe₂O₃，采用水汽噴霧轉(zhuǎn)動成球和隧道窯燒結(jié)，從而得到高強(qiáng)度的燒結(jié)鋁礬土支撐劑。中國專利CN200710191558.2公開了一種高密度高強(qiáng)度壓裂支撐劑的制備方法，其特征是采用Al₂O₃≥75％的未煅燒鋁礬土100份、氧化錳3～8份、氧化鋯1～5份，成球燒成后產(chǎn)品的視密度為3.40～3.55g/cm³，86MPa壓力下的抗破碎能力小于5％(20/40目)，該發(fā)明中采用了氧化鋯作為添加劑，這將大大提高生產(chǎn)成本，不利于大規(guī)模的工業(yè)生產(chǎn)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種高密度高強(qiáng)度油氣井壓裂支撐劑，以滿足高壓力條件下深層油氣井的壓裂開采需要。本發(fā)明的另一個目的是提供該壓裂支撐劑的制備方法。

本發(fā)明采取下述技術(shù)方案完成其發(fā)明任務(wù)：