[發明專利]以焦寶石為原料的低密高強陶粒支撐劑及其制備方法

有效

• 申請號: 201310439049.2
• 申請日: 2013-09-24
• 公開（公告）號: CN103468239A
• 公開（公告）日: 2013-12-25
• 發明（設計）人: 唐珂;孫洪巍;金寶文;高光輝
• 申請（專利權）人: 淄博嘉豐礦業有限公司
• 主分類號: C09K8/80
• 分類號: C09K8/80;C04B33/22
• 代理公司: 青島發思特專利商標代理有限公司 37212
• 代理人: 耿霞

技術領域

本發明涉及一種以焦寶石為原料的低密高強陶粒支撐劑及其制備方法。

背景技術

在石油天然氣深井開采時，高閉合壓力低滲透性礦床經壓裂處理后，使含油氣巖層裂開，油氣從裂縫形成的通道中匯集而出，此時需要流體注入巖石基層，以超過地層破裂強度的壓力，使井筒周圍巖層產生裂縫，形成一個具有高層流能力的通道，為保持壓裂后形成的裂縫開啟，油氣產物能順暢通過。用石油支撐劑隨同高壓溶液進入地層充填在巖層裂隙中，起到支撐裂隙不因應力釋放而閉合的作用，從而保持高導流能力，使油氣暢通，增加產量。

目前陶粒支撐劑的主要原料是鋁礬土，而采用鋁釩土陶粒工藝的陶粒支撐劑，密度高，球度好，耐腐蝕，耐高溫，耐高壓，同時成本可以得到較好的控制，因此越來越廣泛的被油氣田所采用。實踐證明，使用陶粒石油支撐劑壓裂的油井可提高產量30-50%，還能延長油氣井服務年限，是石油、天然氣低滲透油氣井開采、施工的關鍵材料，不但能增加油氣產量，而且更能延長油氣井服務年限。但是因為鋁礬土的鋁含量（60-80%）較高，生產的陶粒密度較高，也有用低品位鋁礬土生產低密陶粒，當密度低時，強度又不能保證，而石油支撐劑的性能要求：1、支撐劑要有足夠的抗壓強度和抗磨損能力，能耐受注入時的強大壓力和摩擦力，并有效地支撐人工裂縫。2、支撐劑顆粒相對密度要低，便于泵入井下。因此生產低密高強陶粒已成為陶粒支撐劑的發展趨勢。

硬質粘土是一種主要由高嶺土組成的沉積形成、微晶質晶體，破裂后呈現為貝殼狀斷口，在水中難以溶解礦物。焦寶石為優質硬質粘土熟料，主要化學成分為Al₂O₃和SiO₂，伴有少量Fe₂O和微量的Na₂O、K₂O，主要礦物為高嶺土。標準的焦寶石原礦Al₂O₃含量38%，煅燒后Al₂O₃含量為44%左右，Fe₂O₃<2%。成分穩定，質地均勻、結構致密，斷面呈貝殼狀，白色，用于生產優質粘土質耐火材料。

焦寶石的組成與成分較復雜，無固定結構和組成。焦寶石在水中不易分散，可塑性較低。我國目前已知的焦寶石多為高嶺石單礦物型的沉積粘土。也有迪開石或水云母類礦物伴生。其Al₂O₃和SiO₂含量的波動范圍較小。從化學組成看，它接近于高嶺石的理論組成(Al₂O₃/3SiO₂=0.85)，所含雜質除游離石英外，還有少量含鐵礦物和堿金屬氧化物。焦寶石經高溫煅燒后常見顏色有：純白、淡灰色、淡黃茶色，還有少量的褐色鐵皮料。焦寶石具有耐熱性和燒結性，焦寶石經高溫煅燒后具有體積穩定、強度大及吸水率小等特性。衡量焦寶石燒結程度的指標一般有真比重、體積密度、氣孔率、吸水率、燒縮率等。燒結程度好的焦寶石吸水率小于5%，體積密度大于2.55g/cm³。

同鋁礬土相比較，焦寶石鋁含量低、密度低，化學組成主要是高嶺石，屬于微晶質晶體，經過高溫煅燒二次莫來石化會形成縱橫交錯的柱狀莫來石網絡結構，強度較高。

發明內容

本發明的目的在于提供一種以焦寶石為原料的低密高強陶粒支撐劑及其制備方法，將焦寶石做成低密高強陶粒，解決了陶粒支撐劑密度和強度之間的矛盾，在密度低的同時具有較高的強度，產品具有低的視密度和體積密度，以及低的破碎率，質量穩定、常溫強度大，生產能耗低。制備方法簡單，配料簡單、操作方便。

本發明以焦寶石為原料的低密高強陶粒支撐劑，以重量百分比計，原料混合后組成含量為：

Al₂O₃：40-50%，SiO₂：45-55%，Fe₂O₃：0.5-3%，TiO₂：0.5-3%，CaO+MgO：0.1-2%，K₂O+Na₂O：0.1-1%和燒失。

以重量百分比計，原料混合后組成含量優選為：