[發明專利]一種超低密度空心陶粒支撐劑及其制備方法

在審

• 申請號: 201410167985.7
• 申請日: 2014-04-24
• 公開（公告）號: CN103992786A
• 公開（公告）日: 2014-08-20
• 發明（設計）人: 符凱輝
• 申請（專利權）人: 河南省西峽縣星達耐火材料有限責任公司
• 主分類號: C09K8/80
• 分類號: C09K8/80
• 代理公司: 北京聯瑞聯豐知識產權代理事務所(普通合伙) 11411
• 代理人: 張清彥

技術領域

本發明涉及油氣井用支撐劑領域，特別涉及一種超低密度空心陶粒支撐劑及其制備方法。?

背景技術

煤層氣，是指存在煤層中以甲烷為主要成分，是吸附在煤基質顆粒表面為主、部分游離于煤孔隙中或溶解于煤層水中的烴類氣體，是煤的伴生礦產資源，屬非常規天然氣，是近一二十年在國際上崛起的潔凈、優質能源和化工原料。熱值是通用煤的2～5倍，1立方米純煤層氣的熱值相當于1.13kg汽油、1.21kg標準煤，其熱值與天然氣相當，可以與天然氣混輸混用，而且燃燒后很潔凈，幾乎不產生任何廢氣，是上好的工業、化工、發電和居民生活燃料。?

煤層氣作為氣體能源家族三大成員之一，與天然氣、天然氣水合物的勘探開發一樣，日益受到世界各國的重視。全球埋深淺于2000米的煤層氣資源約為240萬億立方米。美國是目前世界上煤層氣商業化開發最成功的國家，從1983年到1995年的12年間，煤層氣年產量從1.7億立方米猛增至250億立方米，2005年煤層氣產量達到500億立方米。預計2020年至2030年前后，燃氣在世界能源結構中的比重將趕上和超過煤炭和石油。專家預測，2010年我國燃氣缺口將達300億立方米；2020年將達到1000億立方米。在中國目前的一次性能源消費結構中，煤炭約占74.6％，石油占17.6％，天然氣僅占2％，遠低于23％的世界平均水平。隨著終端能源需求逐步向優質高效潔凈能源轉化，天然氣的需求迅速增長。開發利用煤層氣可將燃氣在能源消費構成中的比重逐年增加。?

頁巖氣，是從頁巖層中開采出來的天然氣，是一種重要的非常規天然氣資源。頁巖氣常分布在盆地內厚度較大、分布廣的頁巖烴源巖地層中，分布范圍廣、厚度大，且普遍含氣，這使得頁巖氣井能夠長期地以穩定的速率產氣。2012年3月中國公布發現可采資源潛力為25.1萬億立方米頁巖氣可供中國使用近200年。?

頁巖氣主體位于暗色泥頁巖或高碳泥頁巖中，頁巖氣是主體上以吸附或游離狀態存在于泥巖、高碳泥巖、頁巖及粉砂質巖類夾層中的天然氣，它可以生成于有機成因的各種階段天然氣主體上以游離相態(大約50％)存在于裂縫、?孔隙及其它儲集空間。極少量以溶解狀態儲存于干酪根、瀝青質及石油中天然氣也存在于夾層狀的粉砂巖、粉砂質泥巖、泥質粉砂巖、甚至砂巖地層中為天然氣生成之后，在源巖層內的就近聚集表現為典型的原地成藏模式，與油頁巖、油砂、地瀝青等差別較大。與常規儲層氣藏不同，頁巖既是天然氣生成的源巖，也是聚集和保存天然氣的儲層和蓋層。因此有機質含量高的黑色頁巖、高碳泥巖等常是最好的頁巖氣發育條件。?

頁巖亦屬致密巖石，故也可歸入致密氣層氣。它起始于阿巴拉契亞盆地的泥盆系頁巖，為暗褐色和黑色，富有機質，可大量生氣。儲集空間以裂縫為主并可以吸附氣和水溶氣形式賦存，為低(負)壓、低飽和度(30％左右)，因而為低產。但在裂縫發育帶可獲較高產量，井下爆炸和壓裂等改造措施效果也好。?

頁巖氣開發具有開采壽命長和生產周期長的優點－大部分產氣頁巖分布范圍廣、厚度大，且普遍含氣，使得頁巖氣井能夠長期地穩定產氣。但頁巖氣儲集層滲透率低，開采難度較大。隨著世界能源消費的不斷攀升，包括頁巖氣在內的非常規能源越來越受到重視。?

從全世界范圍看，泥、頁巖約占全部沉積巖的60％，頁巖氣資源前景巨大。主要分布在北美、中亞和中國、拉美、中東和北非、前蘇聯。加拿大西部地區大約有550萬至860萬億立方英尺頁巖氣儲量。美國頁巖氣地質儲量約28萬億立方米。2007年美國頁巖氣總產量500億立方米，占當年美國天然氣總量的8％以上。中國的頁巖氣儲量超過其它任何一個國家，可采儲量有36萬億立方米。按當前的消耗水平，這些儲量足夠中國使用300多年。?

煤層氣與頁巖氣的重要開采方法包括鉆井開采和水力壓裂法開采(或稱壓裂法)。煤氣壓裂改造可有效地將井孔與煤層天然裂隙連通起來，從而在排水采氣時，更廣泛地分配井孔附近的壓降，增加產能，增大氣體解吸速率。因此，在煤層氣勘探開發中，水力壓裂法作為一種重要措施，已得到普遍應用。?

在典型的水力壓裂處理中，包含固體支撐劑和壓裂液，在足以產生或者擴大煤層或者頁巖層中的裂縫的壓力下被注入到井筒中。該支撐劑在裂縫中沉積以支撐裂縫，這使得煤層氣或頁巖氣從地層移向井筒中。支撐劑在水力壓裂中起到非常關鍵的作用。現在在煤層氣壓裂中主要用的是天然石英砂，在頁巖氣壓裂中主要用的是燒結陶粒和石英砂，燒結陶粒和石英砂的相對密度為1.6～3.0。?