CN109852370A - 一种高强度石油压裂支撑剂及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种高强度石油压裂支撑剂及其制备方法。一种高强度石油压裂支撑剂有以下原料组成：铝矾土100份、蒙脱石40‑70份、氧化铁1‑10份、石墨烯5‑15份、锰矿10‑20份。发明的压裂支撑剂以蒙脱石和氧化铁及锰矿替代部分铝矾土，蒙脱石含有丰富的硅酸镁铝，高温添加下烧制成型过程中，容易形成金属氧化物、如氧化镁、氧化铝、氧化硅等，另外加入锰矿和氧化铁可以进一步提高强度，同时在体系中加入石墨烯，在高温氢气氛围内进行还原制备得到具备人造金刚石的强度，同时氢气还进一步能够还原氧化铁，使碳和铁混合后，强度进一步得到提高，石墨烯的加入能够进一步提高石油压裂支撑剂的抗破碎能力。
Description
技术领域
本发明属于是由压裂支撑剂技术领域，具体涉及一种高强度石油压裂支撑剂及制备方法。
背景技术
众所周知，石油是工业的血液，在人们的生活和工业发展中不可或缺。但是随着石油开采业的发展，目前剩下的已多是低渗透、高闭合压力的油田。为了提高油田的开采效率，目前国内外广泛应用水力压裂技术。该技术就是通过压裂操作使油气井下的岩层产生裂缝，同时将石油支撑剂与压裂液混合均匀并高压泵送到岩层裂缝中，起着支撑岩缝、平衡岩层闭合压力的作用。这样，岩层中的油气就能顺畅流出并汇集到油井底部，从而方便抽出。因此，石油支撑剂在低渗透油气开采中起着十分重要的作用，是水力压裂技术的关键材料之一。
石油支撑剂，其支撑岩缝、导流油气的能力，与其圆球度、体积密度、抗压强度等因素有关。目前，国内外生产的多位中高密度的支撑剂，但是这些中高密度的支撑剂容易在岩层裂缝端口处形成丘状堆积，从而阻碍携带支撑剂的压裂液进一步向岩缝深处流动，严重影响油气的开采效率，另一方面，国内大多采用压裂陶粒、石英砂，但是他们的强度比较低，只能用于浅层油井开采。如果将这些支撑剂用于深井中，很难承受岩层巨大的压力，或造成大量破碎，国内用于深井中的支撑剂都需要从国外进口，国内无法生产，这在无形中增加了生产的成本，因此国内迫切希望能够生产自己的高强度石油压裂支撑剂，用于深井油田的开采。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供一种高强度石油压裂支撑剂及其制备方法，本发明采用低成本的蒙脱石，石墨烯，氧化铁、锰石、铝矾土等为原料，制备得到石油压裂支撑剂，支撑剂具有密度小，开孔高、抗破碎能力强，而且成本低，能源消耗低，经济性好的特点。
本发明提供了一种高强度石油压裂支撑剂，由以下组分制备而成：
铝矾土 100份
蒙脱石 40-70份
氧化铁 1-10份
石墨烯 5-15份
锰矿 10-20份。
所述的铝矾土中铝含量为35wt%-75wt%。
所述的蒙脱石选自钠蒙脱石、钙蒙脱石中的至少一种。
所述的石墨烯为经过Hummers法制备的氧化石墨烯。
本发明的压裂支撑剂以蒙脱石和氧化铁及锰矿替代部分铝矾土，蒙脱石含有丰富的硅酸镁铝，高温添加下烧制成型过程中，容易形成金属氧化物、如氧化镁、氧化铝、氧化硅等，另外加入锰矿和氧化铁可以进一步提高强度，同时在体系中加入石墨烯，在高温氢气氛围内进行还原制备得到具备人造金刚石的强度，同时氢气还进一步能够还原氧化铁，使碳和铁混合后，强度进一步得到提高，石墨烯的加入能够进一步提高石油压裂支撑剂的抗破碎能力。
本发明还提供一种高强度石油压裂支撑剂的制备方法，具体实施步骤为：
S1：原料预处理：将铝矾土进行粉碎处理，使其力度达到500目之下；
S2：将预处理的铝矾土与其他辅助原料按照配比后进行混合；
S3：球磨：将混合好的粉料倒入行星球磨机中干磨30min,目的是让原料更加均匀，细化；
S4:将S3中研磨好的粉料加入到热阻炉中，然后升温到400-600℃，通入高纯氢气还原，保持此氛围1-2小时后，对粉末进行快速冷却；
S5：将S4中热还原得到的粉喷入水溶液，然后进行混合均匀；
S6：将S5中混合料倒入到模具中用液压机在3-5Mpa下保压10秒钟，用粉料通过半压成制成试条；
S7:将S6制备的试条投入到电阻炉中进行煅烧；
S8:将S7中煅烧的试条进行自然冷却到室温，让其充分缓慢结晶完成后进行相关性能测试；
本发明制备的高强度石油压裂支撑剂通过添加石墨烯，然后在氢气氛围下进行还原，制备类似具备人造金刚石般强度的压裂剂，同时碳元素的加入，能够进一步提高金属或者金属氧化物的强度；另一方面在制备方法中，氢气还原后，进行快速冷却，避免金属或者金属氧化物形成结晶，这样可以防止单一金属的分离与不兼容，然后进行第二次煅烧，在进行缓慢冷却结晶，让金属或者无机氧化物进行充分缓慢的结晶，形成完整的结晶体，这样可以导致形成强度较高的压裂支撑剂。
本发明所提供的多孔石油压裂支撑剂，具有良好的外观形态，较低的体积密度和视密度，以及较高的抗破碎能力。
附图1：一种高强度石油压裂支撑剂制备步骤
具体实施方式
为了进一步理解本发明，下面结合具体的实施案例来阐释本发明。
石油支撑剂，其支撑岩缝、导流油气的能力，与其圆球度、体积密度、抗压强度等因素有关，国内用于深井中的支撑剂都需要从国外进口，国内无法生产，这在无形中增加了生产的成本，因此国内迫切希望能够生产自己的高强度石油压裂支撑剂，用于深井油田的开采。
本发明提供一种高强度石油压裂支撑剂及其制备方法，本发明采用低成本的蒙脱石，石墨烯，氧化铁、锰石、铝矾土等为原料，制备得到石油压裂支撑剂，支撑剂具有密度小，开孔高、抗破碎能力强，而且成本低，能源消耗低，经济性好的特点。
除此之外，本发明提供一种高强度石油压裂支撑剂的制备方法：主要将原料进行研磨、还原、快速冷却、半压干、煅烧等过程，制备高强度的石油压裂支撑剂。
实施例1
铝矾土 100份
蒙脱石 40份
氧化铁 1份
石墨烯 5份
锰矿 10份
上述石油压裂支撑剂的制备方法为：
S1：原料预处理：将铝矾土进行粉碎处理，使其力度达到500目之下；
S2：将预处理的铝矾土与其他辅助原料按照配比后进行混合；
S3：球磨：将混合好的粉料倒入行星球磨机中干磨30min,目的是让原料更加均匀，细化；
S4:将S3中研磨好的粉料加入到热阻炉中，然后升温到400-600℃，通入高纯氢气还原，保持此氛围1-2小时后，对粉末进行快速冷却；
S5：将S4中热还原得到的粉喷入水溶液，然后进行混合均匀；
S6：将S5中混合料倒入到模具中用液压机在3-5Mpa下保压10秒钟，用粉料通过半压成制成试条；
S7:将S6制备的试条投入到电阻炉中进行煅烧；
S8:将S7中煅烧的试条进行自然冷却到室温，让其充分缓慢结晶完成后进行相关性能测试；
制备的石油压裂支撑剂的体积密度1.6 g/cm3,视密度2.8 g/ cm3,在86MPa的闭合压力下，破碎率≤5%。
实施例2
铝矾土 100份
蒙脱石 50份
氧化铁 5份
石墨烯 10份
锰矿 15份
上述石油压裂支撑剂的制备方法为：
S1：原料预处理：将铝矾土进行粉碎处理，使其力度达到500目之下；
S2：将预处理的铝矾土与其他辅助原料按照配比后进行混合；
S3：球磨：将混合好的粉料倒入行星球磨机中干磨30min,目的是让原料更加均匀，细化；
S4:将S3中研磨好的粉料加入到热阻炉中，然后升温到400-600℃，通入高纯氢气还原，保持此氛围1-2小时后，对粉末进行快速冷却；
S5：将S4中热还原得到的粉喷入水溶液，然后进行混合均匀；
S6：将S5中混合料倒入到模具中用液压机在3-5Mpa下保压10秒钟，用粉料通过半压成制成试条；
S7: 将S6制备的试条投入到电阻炉中进行煅烧；
S8: 将S7中煅烧的试条进行自然冷却到室温，让其充分缓慢结晶完成后进行相关性能测试；
制备的石油压裂支撑剂的体积密度1.4 g/cm3,视密度2.5 g/ cm3,在86MPa的闭合压力下，破碎率≤4%。
实施例3
铝矾土 100份
蒙脱石 70份
氧化铁 10份
石墨烯 15份
锰矿 20份
上述石油压裂支撑剂的制备方法为：
S1：原料预处理：将铝矾土进行粉碎处理，使其力度达到500目之下；
S2：将预处理的铝矾土与其他辅助原料按照配比后进行混合；
S3：球磨：将混合好的粉料倒入行星球磨机中干磨30min,目的是让原料更加均匀，细化；
S4:将S3中研磨好的粉料加入到热阻炉中，然后升温到400-600℃，通入高纯氢气还原，保持此氛围1-2小时后，对粉末进行快速冷却；
S5：将S4中热还原得到的粉喷入水溶液，然后进行混合均匀；
S6：将S5中混合料倒入到模具中用液压机在3-5Mpa下保压10秒钟，用粉料通过半压成制成试条；
S7:将S6制备的试条投入到电阻炉中进行煅烧；
S8:将S7中煅烧的试条进行自然冷却到室温，让其充分缓慢结晶完成后进行相关性能测试；
制备的石油压裂支撑剂的体积密度1.2g/cm3,视密度2.1g/ cm3,在86MPa的闭合压力下，破碎率≤3%。
Claims (5)
1.一种高强度石油压裂支撑剂，其特征是，由以下组分制备而成：
铝矾土 100份
蒙脱石 40-70份
氧化铁 1-10份
石墨烯 5-15份
锰矿 10-20份。
2.根据权利要求1所述的一种高强度石油压裂支撑剂，其特征是，所述的铝矾土中铝含量为35wt%-75wt%。
3.根据权利要求1所述的一种高强度石油压裂支撑剂，其特征是，所述的蒙脱石选自钠蒙脱石、钙蒙脱石中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的一种高强度石油压裂支撑剂，其特征是，所述的石墨烯为经过Hummers法制备的氧化石墨烯。
5.本发明还提供一种高强度石油压力支撑剂的制备方法：
S1：原料预处理：将铝矾土进行粉碎处理，使其力度达到500目之下；
S2：将预处理的铝矾土与其他辅助原料按照配比后进行混合；
S3：球磨：将混合好的粉料倒入行星球磨机中干磨30min,目的是让原料更加均匀，细化；
S4: 将S3中研磨好的粉料加入到热阻炉中，然后升温到400-600℃，通入高纯氢气还原，保持此氛围1-2小时后，对粉末进行快速冷却；
S5：将S4中热还原得到的粉喷入水溶液，然后进行混合均匀；
S6：将S5中混合料倒入到模具中用液压机在3-5Mpa下保压10秒钟，用粉料通过半压成制成试条；
S7: 将S6制备的试条投入到电阻炉中进行煅烧；
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| 屈炜佳等: "石墨烯在石油行业中的应用与展望", 《油田化学》 * |
| 沈自材等主编: "《航天材料工程学》", 31 August 2016, 国防工业出版社 * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112958109A (zh) * | 2021-02-26 | 2021-06-15 | 上海大学材料基因组工程(萍乡)研究院 | 一种高效催化载体的制备和使用方法 |
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