專利名稱：低密高強石油壓裂支撐劑陶粒及其制備方法
技術領域：
本發明涉及一種低密高強石油壓裂支撐劑陶粒及其制備方法，屬于油氣開采領域。
背景技術：
石油壓裂支撐劑被廣泛使用于深層油、氣的開采工藝之中，能提高油氣的可采率及產量。合適的石油壓裂支撐是提升壓裂施工效率的重要因素，深層油氣井的有效支撐增加地層的導流性，提高油或氣的產量。目前，國內常用的壓裂支撐劑石英砂價格便宜，相對密度較低，便于泵送施工。但是，石英砂強度低，圓度與球度差，破碎率高，從而降低了裂縫的導流能力，不適用于閉合壓力高的深井。燒結陶粒強度高，圓球度好，是壓裂支撐劑優選的品種，在逐漸地推廣運用。但是，陶粒相對密度較高，對泵送條件和壓裂工藝提出了更高的要求，加大了施工難度，在施工中容易造成在端口處的堆積，對導流不利，對后期出油效果影響較大。相比較而言，低密度支撐劑由于密度適中，懸浮性好，不易沉淀，便于泵送攜帶，能較大地降低壓裂液的粘度，減小對泵的傷害，可以實現清潔壓裂，有效地降低施工難度和成本。由于低密度支撐劑導流遞減率較低，能提升采油效果，因此，低密高強度石油壓裂支撐劑已成為研發方向。中國鋁礬土的現狀是中國鋁土礦的質量比較差，在保有儲量中，各級別的礦石所占比例如下
一級礦石(Al20360% 70%, Al /si 彡 12)只占 I. 5%
二級礦石(Al 20351% 71%, Al /si 彡 9)只占 17%
三級礦石(Al 20362% 69%，Al /si彡7)只占IL 3%
四級礦石(Al 203 > 62%, Al /si 彡 5)只占 27. 9%
五級礦石(Al 203 > 58%，Al /si彡4)只占18%
六級礦石(Al 203 > 54%，Al /si 彡 3)只占 8. 3%
七級礦石(Al 203 > 48%，Al /si彡6)只占L 5%
伴隨著國內氧化鋁產能的大規模釋放，加之我國鋁礬土資源相對稀缺，截止2008年，我國鋁釩土儲量為8. 7億噸，僅占全球基礎儲量的2. 3%，產品占全世界的10%，按照現有儲量及開采水平，國內鋁土礦僅能唯持10年，鋁土礦資源面臨危機。中國現有使用鋁礬土原材料生產石油壓裂支撐劑的情況如下
中國專利CN108124315A支撐劑的制備所用鋁礬土熟礦Al2O3彡94 %，生礬土 Al2O3 >
75% ；
中國專利891025448所使用鋁礬土生礦Al2O3 65 75 % ；
中國專利CN101168660A所使用的原材料為廢氧化鋁吸附劑Al2O3彡75 % ；
中國專利CNOl 108604. I未燒鋁礬土 Al2O3彡75 % ；
中國專利CN101560381A所用鋁礬土生礦Al2O3彡70 % ；
中國專利CN108124315A所使用鋁礬土熟礦Al2O3 90 98 %，生礬土 70 78% ；以上技術中對三氧化二鋁的要求較高。目前，國內外生產高強度石油壓裂用陶粒Al2O3^70 %;大多使用高品位鋁礬土。如何使用低品位鋁礬土生產高強度石油壓裂用陶粒，充分而合理利用本國資源，已成為本領域急待解決的技術難題。

發明內容
本發明要解決的技術問題是，提供一種低密高強石油壓裂支撐劑陶粒及其制備方法，能夠制造具有低密高強特點的陶粒，適應閉合壓力高、滲透能力低的深層油氣井壓裂之用途，以克服現有技術存在的所使用的高品位鋁礬土原料匱乏等不足。本發明的低密高強石油壓裂支撐劑陶粒所使用的原料為陶粒內芯所使用的原料重量比為以玻璃相富集的低鋁礬土與棕剛玉粉塵廢料的重量比為80 20 20 80 ;陶粒外殼所使用的原料重量比為以剛玉相富集的低鋁礬土與棕剛玉收塵微粉、棕剛玉尾料、二氧化鈦、四氧化三錳的重量比為70 80 :10 8 :10 12 :5 2 :5 3 ;所述的低鋁礬土 中的Al2O3含量為60— 65% (重量含量)。鋁礬土產地為貴州省黔東南地區。棕剛玉冶煉廢料指在棕剛玉冶煉中產生的煙粉收集物，其主要成分為Al2O3 ,K2O,Na2OiSiO2和Fe2O3，每年每臺棕剛玉冶煉爐有100噸收塵粉。棕剛玉收塵微粉指棕剛玉制粒生產過程中產生的，其主要含有棕剛玉細微度料和空氣中的灰塵，該微粉Al2O3含量在80— 85 %之間，回收利用。棕剛玉尾料指棕剛玉制粒加工中剩余的含有較多雜質的-325目微分，其未除鐵之前，該微粉Al2O3含量在72— 80 %之間，回收利用。本發明的低密高強石油壓裂支撐劑陶粒的制作方法為它包含以下過程
第一，將Al2O3含量為60 65%鋁礬土生礦通過700°C煅燒保溫3小時，自然冷卻后破碎至彡O. 074mm，通過分篩獲得O. 012 O. 074mm剛玉相較富集的鋁礬土熟料研磨至彡350目作為A物料；
第二，( O. 012mm玻璃相較富集的鋁礬土熟料研磨至彡350目作為B物料；
第三，以玻璃相富集的低鋁礬土 B物料和棕剛玉冶煉廢料混合料制作陶粒內芯，即將B物料和棕剛玉冶煉廢料混合均勻，在成球機上噴水或硅酸鈉水溶液成球形成O. 25-0. 3mm內芯，
第四，以剛玉相較富集的低鋁礬土 A物料和棕剛玉收塵微粉、棕剛玉尾料、二氧化鈦、四氧化三錳混合料制作陶粒外殼，即形成內芯后，在噴水或硅酸鈉水溶液過程中加入A物料和二氧化鈦，棕剛玉收塵微粉和棕剛玉尾料、四氧化三錳混合物料形成外殼，使球體增大到需要粒度，即為陶粒；
第五，將陶粒先在100-300°C下烘干，進入回轉窯中升溫至1300-1400°C焙燒2_4小時，水冷卻至常溫進入料倉后分篩得到各種規格陶粒。所述球體粒徑為O. 6 O. 90 mm η所述內芯中鋁礬土 B物料與標剛玉粉塵廢料的重量比為80 20 20 :80。所述外殼中鋁礬土 A物料與棕剛玉收塵微粉、棕剛玉尾料、二氧化鈦、四氧化三錳的重量比為70 80 10 8 :10 12 :5 2 :5 3。所述成球機為盤式料水跟綜自動成球機。
本發明的有益效果如下
①解決高強度陶粒往往密度高的不足；
②解決用低品位代替高品位鋁礬土生產高強度石油壓裂用陶粒；
③利用棕剛玉冶煉和棕剛玉磨料生產過程中產生的大量廢料和尾料，對資源充分利用，減少棕剛玉收塵粉堆放對土地的占用和對環境的污染。④成功利用較 低品位鋁礬土生產低密高強石油壓裂支撐劑。一般情況下，低密度石油壓裂支撐劑大多強度不高，陶粒破碎率高，很難適應深井對陶粒“低密高強”的要求。
具體實施例方式
具體實施例方式本發明的低密高強石油壓裂支撐劑陶粒所使用的原料為陶粒內芯所使用的原料重量比為以玻璃相富集的低鋁礬土與棕剛玉粉塵廢料的重量比為80 20 20 80 ;陶粒外殼所使用的原料重量比為以剛玉相富集的低鋁礬土與棕剛玉收塵微粉、棕剛玉尾料、二氧化鈦、四氧化三錳的重量比為70 80 :10 8 :10 12 :5 2 :5 3 ;其中低鋁礬土中的Al2O3含量為60— 65% (重量含量)。鋁礬土產地為貴州省黔東南地區。棕剛玉冶煉廢料指在棕剛玉冶煉中產生的煙粉收集物，其主要成分為Al2O3 ,K2O,Na2OiSiO2和Fe2O3，每年每臺棕剛玉冶煉爐有100噸收塵粉。棕剛玉收塵微粉指棕剛玉制粒生產過程中產生的，其主要含有棕剛玉細微度料和空氣中的灰塵，該微粉Al2O3含量在80— 85 %之間，回收利用。棕剛玉尾料指棕剛玉制粒加工中剩余的含有較多雜質的-325目微分，其未除鐵之前，該微粉Al2O3含量在72— 80 %之間，回收利用。低密高強石油壓裂支撐劑陶粒的制作方法的實施例一將8kg玻璃相富集低鋁礬土和2kg棕剛玉冶煉廢料(塵粉)在混料機中混合均勻后放入盤式成球機中旋轉，緩慢噴入濃度為O. 2%的硅酸鈉水溶液旋轉成球，做成O. 25-0. 3mm內芯，接著在噴水過程中逐步加入剛玉相富集低鋁礬土和棕剛玉收塵微粉、棕剛玉尾料、二氧化鈦和四氧化三錳混合物料，(鋁礬土 8kg、棕剛玉收塵微粉O. 8kg、剛玉尾料I. 2kg、二氧化鈦O. 2kg、四氧化三錳O. 3kg)，使球體逐步增大，粒徑控制在O. 6-0. 9mm之間的料粒,在100-300°C下烘干,放入碳化娃燒缽，在隧道窯中升溫至1300-1400°C焙燒3小時，自然冷卻后測其密度為I. 68g/cm3、視密度為2. 84g/cm3抗破碎能力69Mpa5%。低密高強石油壓裂支撐劑陶粒的制作方法的實施例二 將7kg玻璃相富集鋁礬土和3kg棕剛玉冶煉廢料(塵粉)在混料機中混合均勻放入盤式成球機中旋轉，緩慢噴入濃度為O. 3%的硅酸鈉水溶液旋轉成球，做成O. 25 O. 30mm內芯，接著在噴水過程中逐步加入剛玉相富集鋁礬土和棕剛玉收塵微粉、棕剛玉尾料、二氧化鈦和四氧化三錳混合物(鋁礬土7kg棕剛玉收塵微粉1kg、棕剛玉尾料1kg、二氧化鈦O. 5kg、四氧化三錳O. 5kg)使球體逐步增大，粒經控制在O. 6 O. 9mm之間的料粒,在100 300°C下烘干,放入碳化娃燒缽,在隧道窯中升溫至1300 1400°C焙燒3小時，自然冷卻后測其密度為I. 74g/cm3、視密度為2. 90g/cm3 抗破碎能力 69Mpa3%。
權利要求
1.一種低密高強石油壓裂支撐劑陶粒，其特征在于陶粒內芯所使用的原料重量比為以玻璃相富集的低鋁礬土與棕剛玉粉塵廢料的重量比為80 20 20 80 ;陶粒外殼所使用的原料重量比為以剛玉相富集的低鋁礬土與棕剛玉收塵微粉、棕剛玉尾料、二氧化鈦、四氧化三錳的重量比為70 80 :10 8 :10 12 :5 2 :5 3 ;所述的低鋁礬土中的Al2O3 含量為 60— 65%。
2.根據權利要求I所述的低密高強石油壓裂支撐劑陶粒，其特征在于棕剛玉冶煉廢料主要成分為 Al2O3、K20、Na2O'SiO2 和 Fe2O3。
3.根據權利要求I所述的低密高強石油壓裂支撐劑陶粒，其特征在于棕剛玉收塵微粉中的Al2O3含量在80— 85 %之間。
4.根據權利要求I所述的低密高強石油壓裂支撐劑陶粒，其特征在于棕剛玉尾料中的Al2O3含量在72—80 %之間。
5.一種如權利要求I所述的低密高強石油壓裂支撐劑陶粒的制作方法，其特征在于它包含以下過程 第一，將Al2O3含量為60 65%鋁礬土生礦通過700°C煅燒保溫3小時，自然冷卻后破碎至彡O. 074mm，通過分篩獲得O. 012 O. 074mm剛玉相較富集的鋁礬土熟料研磨至彡350目作為A物料； 第二，( O. 012mm玻璃相較富集的鋁礬土熟料研磨至彡350目作為B物料； 第三，以玻璃相富集的低鋁礬土 B物料和棕剛玉冶煉廢料混合料制作陶粒內芯，即將B物料和棕剛玉冶煉廢料混合均勻，在成球機上噴水或硅酸鈉水溶液成球形成O. 25-0. 3mm內芯， 第四，以剛玉相富集的低鋁礬土 A物料和棕剛玉收塵微粉、棕剛玉尾料、二氧化鈦、四氧化三錳混合料制作陶粒外殼，即形成內芯后，在噴水或硅酸鈉水溶液過程中加入A物料和二氧化鈦，棕剛玉收塵微粉和棕剛玉尾料、四氧化三錳混合物料形成外殼，使球體增大到需要粒度，即為陶粒； 第五，將陶粒先在100-300°C下烘干，進入回轉窯中升溫至1300-1400°C焙燒2_4小時，水冷卻至常溫進入料倉后分篩得到各種規格陶粒。
6.根據權利要求5所述的低密高強石油壓裂支撐劑陶粒的制作方法，其特征在于所述球體粒徑為O. 6 O. 90 mm η
7.根據權利要求5所述的低密高強石油壓裂支撐劑陶粒的制作方法，其特征在于所述內芯中鋁礬土 B物料與標剛玉粉塵廢料的重量比為80 20 20 80ο
8.根據權利要求5所述的低密高強石油壓裂支撐劑陶粒的制作方法，其特征在于所述外殼中鋁礬土 A物料與棕剛玉收塵微粉、棕剛玉尾料、二氧化鈦、四氧化三錳的重量比為70 80 10 8 :10 12 :5 2 :5 3。
9.根據權利要求5所述的低密高強石油壓裂支撐劑陶粒的制作方法，其特征在于所述成球機為盤式料水跟綜自動成球機。
全文摘要
本發明公開了一種低密高強石油壓裂支撐劑陶粒及其制備方法。所使用的原料為陶粒內芯所使用的原料重量比為以玻璃相富集的低鋁礬土與棕剛玉粉塵廢料的重量比為80～202080；陶粒外殼所使用的原料重量比為以剛玉相富集的低鋁礬土與棕剛玉收塵微粉、棕剛玉尾料、二氧化鈦、四氧化三錳的重量比為70～8010～810～125～25～3；其中低鋁礬土中的Al2O3含量為60—65%。棕剛玉冶煉廢料主要成分為Al2O3、K2O、Na2O、SiO2和Fe2O3。棕剛玉收塵微粉中的Al2O3含量在80—85%之間。棕剛玉尾料中的Al2O3含量在72—80%之間。
文檔編號C04B35/10GK102618251SQ20121006830
公開日2012年8月1日 申請日期2012年3月15日 優先權日2012年3月15日
發明者李丹陽, 龔亞云 申請人:龔亞云