CN100347405C - 一种固体支撑剂及制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明是关于对深层油、气井压裂工艺用固体支撑剂及制备方法的改进，其特征在于采用高岭土和红泥作粘土料，并增加其用量，使得在保证强度前提下，明显降低了产品视密度，不仅有利于压裂液携带施工，而且体积用量少，可以降低使用成本。采用转窑滚动动态烧成，产品受火均匀，受火时间短，生产周期短，而且无温差，产品质量和稳定性好，产能高，与隧道窑比同能耗产能增加一倍，节约能源，吨产品能耗省，物耗低，无需辅助材料，成本低。

Description

一种固体支撑剂及制造方法

技术领域

本发明涉及一种深层油、气井压裂工艺用固体支撑剂及制备方法。

背景技术

开发深层油、气井，提高产量，压裂工艺被广泛采用。为确保地下深层压裂缝的敞开，合适的支撑剂是必须的，它可增强地层导流能力，提高油或气的产量，是压裂工艺应用好坏的一个重要关键。烧结陶粒由于强度高，密度适中，是人们优选的压裂缝支撑剂，一直受到高度重视。中国专利89102544公开了一种由含氧化铝65-75％的贫铝矾土或铝矿下脚料为主要原料，以软质粘土和石英为辅助原料，按100∶15∶10混合，采用电熔喷吹法制备固体支撑剂，得到主要由莫来石相为主，含氧化铝60-70％，二氧化硅23-28％，视密度为2.8-3.0g/cm³的支撑剂。上述支撑剂的主要不足是：制得的支撑剂视密度较高，不仅影响压裂液携带能力，而且体积裂缝用量大，使用成本相对较高；其次，电熔喷吹法制备，需采用先烧成砖，冷却后再放入电弧炉熔融吹球，能耗较高，而且成球不可控，符合要求的产品得率低，且不符合要求的支撑剂不适合回用，浪费原料。

中国专利93111983则公开了一种以70-95％的含氧化铝65-95％的铝矾土，搭配5-30％由铁、镁、锰的氧化物和软质粘土，或锆英石、软质粘土和水或有机溶剂辅料，采用荸荠形成球机吸粉旋转成球，经筛分分选后放入盒钵静态烧结制备支撑剂的方法。所得支撑剂为以α-Al₂O₃刚玉微晶结构为主晶相，视密度仍然较高，为3.4g/cmu³，半干法生产浊度高，影响导流能力；其次，盒钵堆积静态烧结，不仅烧成周期长，能耗高，产能低，需占用盒钵、窑车等辅助材料多，而且堆积烧成上下温差大，制成产品稳定性差，质量波动大。

上述两种方法制得的支撑剂，共同缺陷是产品视密度均相对较高，不仅影响压力液携带，而且造成同体积重量大，使用成本高。其次，生产能耗高，产能低，成本大。因此仍有值得改的地方。

发明内容

本发明的目的在于克服上述已有技术的不足，提供一种既具有较高强度，且又有较低密度的固体支撑剂。

本发明的另一目的在于提供一种能耗及生产成本低，产能高，质量稳定的支撑剂制造方法。

本发明第一目的实现，主要改进是通过降低铝矾土的用量，以及选用合适的粘土料并提高其用量，使得烧结陶粒支撑剂在保证较高强度前提下，具有较低的视密度。具体说，本发明固体支撑剂，基本上由熟铝矾土、粘土料组成，其特征在于所说熟铝矾土为45-55％wt，所说粘土料为10-30％wt的高岭土，20-35％wt的红泥(宜兴产)。本发明中铝矾土主要促进支撑剂莫来石、钢玉相生成，保证烧结支撑剂有较高的强度；高岭土、红泥(宜兴产)，一是起到可塑作用，帮助成型，二是由于其内含有一定量的硅，起到了降低了密度作用。

本发明为降低烧成温度，节约能源，以及增强内部结构致密度，和促进晶相(莫来石相、钢玉相)形成，还可外加少量例如0.5-5％wt的矿化剂，矿化剂可以采用钛、铁、锰金属氧化物一种或组合，可以用化学料，也可以用矿物料。本发明TiO₂的加入还有利于增强支撑剂的韧性，降低破碎率，保持高的导流能力。所述TiO₂可以采用钛白粉和/或二氧化钛原矿。

本发明另一目的实现，主要是采用先造粒，后成球的成球方式，以及采用转窑动态烧结，从而有利成球，产品烧结受火均匀，节约能源，温差小，有利于提高和稳定质量。具体说，本发明固体支撑剂制造方法，包括原料粉碎、混料、成球、烧结，其特征在于混料后先造粒，再成球，成球产品放入回转窑中动态烧成。为降低烧结产品浊度，提高导流能力，成球最好采用湿法生产，即在原料混和时一次加足成球所需水分，混料加水后先行造粒，再放入成球机中成球。

本发明支撑剂由于采用较低铝矾土，并加入适当高量的高岭土和红泥粘土，使石英相得到增加降低了密度，从而使得支撑剂在保证较高强度下，有较低视密度(2.65-2.85克/cm³)，较好解决了强度与密度矛盾，不仅有利于压裂施工中压裂液携带压入开裂缝中，而且裂缝体积用量少，可以降低使用成本。倾斜转窑滚动动态烧成，上进下出，自动化程度和产能高，与隧道窑比同能耗产能增加一倍；其次，产品烧成受火均匀，受火时间短，使烧结周期明显缩短，节约能源，吨产品能耗省；再就是，烧成基本无温差，产品质量和稳定性好，而且物耗低，无需辅助材料，因而生产成本低。混料时一次加足水分，湿法成球，产品浊度低，导流能力高。

以下结合几个具体实施方式，进一步说明本发明。

具体实施方式

实施例1：取熟铝矾土48％，高岭土28％，红泥(宜兴产)20％，Fe₂O₃ 4％，钛白粉0.5％(外加)。分别将各原料粉碎至300目细粉，混料拌和均匀，加足成球所需水分，拌成湿润土，经造粒后放入荸荠形成球机中旋转成球，筛分分选得粒径0.5-1mm的颗粒，送入回转窑经1230℃1.5小时烧结，出窑冷却分选除尘包装。

例2：取熟铝矾土55％，高岭土20％，红泥(宜兴产)22％，Fe₂O₃ 3％，钛白粉1.5％(外加)。经前述方法制备成球，送入回转窑经1250℃1.5小时烧结。

例3：取熟铝矾土52％，高岭土18％，红泥(宜兴产)30％，二氧化钛原矿2％(外加)，钛白粉0.7％(外加)。经前述方法制备成球，送入回转窑经1240℃ 1.5小时烧结。

上述实施例烧成后产品含Al₂O₃ 48-55％，Fe₂O₃ 3.5-5.5％，SiO₂ 29-35％，TiO₂ 1.5-5％，群体破碎率(SY/T5108-1997检测)＜10％，体积密度1.5-1.65克/cm³，视密度2.65-2.85克/cm³，抗压强度52Mpa≤7％，导流能力60Mpa≥35μm²-cm，浊度＜20度。

Claims (4)

1、一种固体支撑剂，基本上由熟铝矾土、粘土料组成，其特征在于所说熟铝矾土为45-55％wt，所说粘土料为10-30％wt的高岭土，20-35％wt的宜兴产红泥。

2、根据权利要求1所述固体支撑剂，其特征在于还加入0.5-5％wt的钛、铁、锰金属氧化物一种或组合矿化剂。

3、根据权利要求2所述固体支撑剂，其特征在于所说钛氧化物为钛白粉和/或二氧化钛原矿。

4、一种固体支撑剂的制备方法，包括原料粉碎、混料、成球、烧结，其特征在于混料后先造粒，再成球，成球产品放入回转窑中动态烧成。