[發明專利]一種頁巖氣開采用顆粒料及其制備方法

有效

• 申請號: 201410027040.5
• 申請日: 2014-01-21
• 公開（公告）號: CN103773356B
• 公開（公告）日: 2016-11-16
• 發明（設計）人: 陳慶;曾軍堂
• 申請（專利權）人: 成都新柯力化工科技有限公司
• 主分類號: C09K8/80
• 分類號: C09K8/80
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及頁巖氣開采領域，具體涉及一種頁巖氣開采用的顆粒料，并進一步涉及顆粒料的制備方法。

背景技術

頁巖氣是主體上以吸附或游離狀態存在于泥巖、高碳泥巖、頁巖及質巖類夾層中的天然氣，主要成分以甲烷為主，是一種替代常規石油天然氣的理想天然氣資源，是今后大規模應用的新型天然氣。由于頁巖氣成因復雜，造成其儲藏形式復雜，大約50%存在于裂縫、孔隙及其它儲集空間，大約50%以吸附狀態存在于粘土顆粒及孔隙表面，極少量以溶解狀態儲存于夾層狀的粉砂巖、粉砂質泥巖、泥質粉砂巖中。因此，頁巖氣儲集層滲透率低，氣流的阻力比常規天然氣大，造成頁巖氣開采技術難度非常大。但是，由于頁巖氣儲層的比表面比常規砂巖儲層大很多，其吸附氣量遠大于砂巖吸附氣量，頁巖氣能夠具有較長的穩產期、較高的累積產氣量和較好的開發價值。根據頁巖氣的成藏規律、儲集空間、滲流規律，通過對低滲透的頁巖壓裂可以開辟天然氣流通通道，從而達到開采收集頁巖氣的目的。因此壓裂技術成為頁巖氣開采的有效技術。

在頁巖氣壓裂開采技術中，壓裂支撐材料的消耗量較大，而且決定著頁巖氣開采的壽命和采氣量。因此，支撐材料的性能至關重要。目前頁巖氣開采常用的支撐材料主要有:?石英砂、陶粒和樹脂包砂。石英砂強度低并且破裂后的碎屑會堵塞裂縫，降低導流率，不能滿足高閉合壓力的頁巖氣開采；樹脂包砂提高了石英砂強度，但在高溫、高壓下易粘連，降低導流率，而且生產成本高，高分子樹脂對地下易造成污染；陶粒強度相對較高，但密度偏高，容易對壓裂設備造成損害，尤其是為了滿足高閉合壓力的頁巖氣開采，陶粒中要求有高氧化鋁含量的鋁礬土和氧化鋯等材料，不但成本高，而且密度大，如果減小氧化鋁含量通常會減小其密度，但支撐材料的抗壓強度往往會大幅降低。由于原料鋁礬土資源日漸緊張，無法大量供給用于頁巖氣開采，因此頁巖氣開采急需高抗壓強度、低密度、低成本的支撐材料。

中國發明專利公開號CN102352241?A公開了一種高強度陶粒支撐劑及其制備方法，由礬土85-92，硅微粉2-4，膨潤土3-6，白云石1-3，碳酸鋇0-5組成，通過加入碳酸鋇提高耐酸性，通過硅微粉促進燒結提高胚體的強度。使用大量礬土不但成本高，而且提高強度有限，難以適應頁巖氣開采是的高閉合壓力。

中國發明專利公開號CN?103145402?A公開了一種利用硼礦和鐵礦的尾礦制備的支撐劑及其制備方法，該發明利用硼礦尾礦、鐵礦尾礦等工業尾礦和軟質粘土為原料，通過高溫燒成，制成品的結合相是鎂橄欖石堇青石復合陶瓷相。該支撐劑只適合低壓力閉合時使用，一旦閉合壓力超過100MPa，會出現大量破碎。

中國發明專利公開號CN?103172354A公開了一種頁巖氣開采用壓裂支撐劑的制備方法，該方法以低品位鋁礬土為主要原料，通過對原料連續干磨+?連續濕磨，確保漿料中各原料的均勻性、穩定性，通過復合燒結助劑促進固相燒結，促進長柱狀莫來石的形成，通過柱狀莫來石提高強度，在69MPa閉合壓力下破碎率為5-7%。但存在的缺陷是成本高，工藝復雜，而且支撐劑的抗壓性能仍然有限。

中國發明專利公開號號CN?103484098?A公開了一種低密度高強度的陶粒支撐劑及其制備方法,原材料組成為：鋁礬土尾礦33-55?份，焦寶石27-43?份，石英砂7-18份，鐵紅粉1-7?份和氧化鋁粉1-12?份。該發明在69MPa壓力下破碎率6.5%?，難以適應頁巖氣高閉合壓力。

根據上述，通過對支撐劑原料的選擇，減少了對鋁礬土的依賴，但在高閉合壓力下的抗破碎能力沒有明顯提升，陶粒支撐劑在受到頁巖高閉合外力和溫度變化時，應力無法轉移，極易造成破碎。

發明內容

本發明針對頁巖氣開采對支撐材料的需求，提供一種抗壓能力強、破碎率低、成本低、密度低的顆粒料，該顆粒料以多孔納米粉體為成核生長劑，以復合礦物粉體為基礎材料，通過晶相誘導劑，在燒制中形成由球狀細小晶粒形成的顆粒料。

本發明進一步的目的是提供該頁巖氣開采用顆粒料的制備方法，該制備方法是選用多孔納米級氧化物，通過低溫預燒制得到多孔納米瓷粉，多孔納米瓷粉與礦物復合粉體、晶相誘導劑、粘結助劑經過混合、研磨、粘結、團粒、烘干、燒制得到一種頁巖氣開采用顆粒料。該顆粒料的優點在于：礦物復合粉體以多孔納米級的瓷粉為核進行生長，在晶相誘導劑作用下形成均勻細小的球狀晶粒，球狀細小晶粒組成的顆粒料當遇到外力超過晶粒之間的鍵合力時，以多孔納米瓷粉為核生長的晶粒進行彈性緩沖，誘發應力貫穿晶粒介孔，這樣使顆粒料在頁巖高閉合壓力時不發生破碎，極大地提高了顆粒料的抗壓強度。