本發明涉及油氣井壓裂縫的支撐技術，特別是一種粉煤灰燒制成的油氣井壓裂支撐劑及其制備方法，所述粉煤灰是指煤燃燒后的煙氣中收捕下來的細灰，屬于工業廢渣。本發明的支撐劑既能夠有效利用工業廢渣粉煤灰，又能夠有利于燒成的陶粒同時具有較高強度和較低密度，以適應閉合壓力高、滲透能力低的深層油氣井壓裂縫的支撐。

背景技術：

為了進一步開發深層油、氣藏，提高單井產量，水力壓裂工藝被廣泛采用。為確保地下深層壓裂縫的通暢，使用支撐劑是必要的，它的加入可增強地層導流能力，提高油或氣的產量，是壓裂工藝應用成敗的一個重要關鍵。燒結陶粒由于強度高，密度較低，被作為首選的壓裂縫支撐劑，一直受到高度重視。中國專利02112746公開了一種適用于中深油氣井(例如4000米以下)用燒結陶粒支撐劑，其主要由熟鋁礬土及高嶺土、紅粘土組成，從而獲得具有較低的密度(體積密度1.5～1.65g/cm³，視密度2.65～2.85g/cm³)，抗壓強度52Mpa≤7％，導流能力60Mpa≥35μm²·cm。隨著油氣藏開采深度加深，油氣井地層裂縫閉合壓力隨之增大，滲透性能降低，壓裂工藝要求有強度更高(例如抗壓強度69Mpa≤10％)的陶粒支撐劑，使之適應高深油氣井的使用要求。中國專利89102544公開了一種視密度為2.8～3.0g/cm³的中密度支撐劑，它是以含氧化鋁65～75％(以重量計，下同)的貧瘠鋁礬土或鋁礦下角料為主要原料，輔以部分軟質粘土和石英為輔料，按100：15：10混合，采用電熔噴吹法制備，得到主要由莫來石相為主，氧化鋁含量為60～70％，二氧化硅含量為23～28％的陶粒支撐劑。該陶粒支撐劑的主要不足是：配料中的軟質粘土和石英，與鋁礬土主料高溫反應結合性不夠好，易造成產品質量的不穩定，質量波動大；其次，產品雖然主晶相呈莫來石相，但因原料中含有一定量的軟質粘土和石英，因而產品中存在較高的玻璃相，不適應目前壓裂工藝技術的要求，其產品實際已基本上不為油氣井所采用。中國專利93111983公開的一種鋁礬土高強度支撐劑，它是以70～95％的含氧化鋁65～95％的焙燒鋁礬土，搭配5～30％由鐵、鎂、錳多種氧化物和軟質粘土，或鋯英石、軟質粘土輔料，得到以α-Al₂O₃為主晶相形成的固熔體和玻璃相的結合體，視密度≤3.4g/cm³，體積密度≤2.1g/cm³。然而該陶粒支撐劑，不僅需要熟鋁礬土作原料，增加了制造成本，而且造成產品密度的提高，提高了使用成本，增加了壓裂難度。

本發明人認為，理想的油氣井壓裂用陶粒支撐劑，要求具有高的攜帶能力和高砂比，因此需要盡可能低的密度和盡可能高的強度，然而陶粒支撐劑強度與密度通常呈正相關關系，為此本發明人通過各種努力調整配方，尋找平衡，以盡可能滿足上述技術要求。

技術實現要素：

本發明針對現有技術中存在的缺陷或不足，提供一種粉煤灰燒制成的油氣井壓裂支撐劑及其制備方法，所述粉煤灰是指煤燃燒后的煙氣中收捕下來的細灰，屬于工業廢渣。本發明的支撐劑既能夠有效利用工業廢渣粉煤灰，又能夠有利于燒成的陶粒同時具有較高強度和較低密度，以適應閉合壓力高、滲透能力低的深層油氣井壓裂縫的支撐。

本發明的技術方案如下：

一種粉煤灰燒制成的油氣井壓裂支撐劑，其特征在于，所述支撐劑為陶瓷顆粒，所述陶瓷顆粒由粉煤灰陶瓷漿料燒制而成，所述粉煤灰陶瓷漿料是指陶瓷漿料的原料組分中包含粉煤灰，且粉煤灰含量≥30wt％。

所述陶瓷漿料的原料中包含的粉煤灰組分含量為30wt％～50wt％；所述粉煤灰的粒徑≤400目。

所述陶瓷漿料的原料中包含的二氧化鈦粉料組分含量為1wt％～10wt％。

所述陶瓷漿料的原料中包含的鋁礬土粉料組分含量為50wt％～70wt％；所述鋁礬土粉料的粒徑≤400目。

所述粉煤灰中的二氧化鈦含量≥3wt％。

所述鋁礬土粉料中的Al₂O₃含量為60wt％～80wt％。

所述陶瓷顆粒在煅燒中形成了以莫來石和剛玉相為主晶相；所述油氣井壓裂支撐劑產品包括如下化學成分及重量含量：Al₂O₃55～65％，Fe₂O₃0.8～5％，SiO₂15～25％，二氧化鈦1～6％，體積密度1.60～1.65g/cm³，視密度2.70～2.75g/cm³，抗破碎能力以SY/T 5108-2006標準為86Mpa≤6％，導流能力60Mpa≥70μm²·cm，濁度＜20FTU。

一種油氣井壓裂支撐劑的制備方法，其特征在于，包括配制陶瓷漿料、制粉、成球和燒成；所述陶瓷漿料的原料組分及含量如下：粉煤灰為30wt％～50wt％，二氧化鈦粉料為1wt％～10wt％，鋁礬土粉料為50wt％～70wt％；所述陶瓷漿料是將各原料組分投入球磨機中采用濕法球磨制得。

所述制粉包括將陶瓷漿料在噴霧干燥機中干燥，制成粉體；所述成球包括將所得粉體在成球機上成型，經篩分后得到不同粒徑的支撐劑生球；所述燒成包括將所得支撐劑生球干燥后，在陶瓷窯爐中于1300℃～1400℃的溫度下燒制，經除塵篩分后即得油氣井壓裂支撐劑產品。

所述陶瓷窯爐是回轉窯。

本發明的技術效果如下：本發明的一種粉煤灰燒制成的油氣井壓裂支撐劑，通過在陶瓷漿料的原料中加入粉煤灰30wt％以上、二氧化鈦礦物細粉1wt％以上，大大減少了鋁礬土的用量，有效利用了工業廢渣粉煤灰。本發明與已有技術相比，具有以下優點：原料種類少，配料簡單，二氧化鈦與粉煤灰、鋁礬土在高溫中反應更加完全，使玻璃相大大降低，莫來石相為主，產品質量穩定，同時有利于產物強度提高，密度降低，可較大幅度提高導流能力。本發明油氣井壓裂支撐劑體積密度1.60～1.65g/cm³，視密度2.70～2.75g/cm³，抗破碎能力(SY/T 5108-2006)86Mpa≤6％，最高可達100Mpa≤10％，導流能力60Mpa≥70μm²·cm，濁度＜20FTU。

具體實施方式

下面結合實施例對本發明進行說明。

本發明提供一種配方簡單，成本較低，質量穩定，具有較高強度，和相對較低密度，適應閉合壓力高、滲透能力低的深層油氣井壓裂用陶粒支撐劑。本發明目的實現，主要改進是陶粒支撐劑采用粉煤灰作主料，外加1～10wt％的二氧化鈦。具體說，本發明油氣井壓裂用陶粒支撐劑，是由粉煤灰、鋁礬土，外加1～10％(重量)的二氧化鈦組成。為平衡支撐劑強度(抗破碎能力)與密度，在確保產品強度前提下，盡可能降低產品密度，本發明使用粉煤灰主料，尤其采用含二氧化鈦較高(例如≥3％)的鋁礬土。高含量二氧化鈦可以提高燒成支撐劑的強度及穩定性，而又能有效降低密度。

本發明支撐劑由于采用在生鋁礬土物料中外加較高含量的二氧化鈦，不僅原料種類少，配料簡單，生產易控制，并可控制密度的提高；而且二氧化鈦與主料生粉煤灰在高溫中反應更加完全，使玻璃相大大降低，產品質量穩定，同時有利于產品致密度提高，可較大幅度提高導流能力。粉煤灰中較高含量二氧化鈦，進一步控制了密度的增加。另外，二氧化鈦使用及增加還可降低支撐劑燒成溫度，不僅節約能源，而且還可以控制密度的增高。本發明僅在較小提高密度基礎上，使之強度大大提高。本發明支撐劑經煅燒形成以莫來石、剛玉相為主晶相，產品Al₂O₃55～65％，Fe₂O₃0.8～5％，SiO₂15～25％，二氧化鈦1～6％，體積密度1.60～1.65g/cm³，視密度2.70～2.75g/cm³，抗破碎能力(SY/T 5108-2006)86Mpa≤6％，最高可達100Mpa≤10％，導流能力60Mpa≥70μm²·cm，濁度＜20FTU。

一種粉煤灰燒制成的油氣井壓裂支撐劑，其特征在于，所述支撐劑為陶瓷顆粒，所述陶瓷顆粒由粉煤灰陶瓷漿料燒制而成，所述粉煤灰陶瓷漿料是指陶瓷漿料的原料組分中包含粉煤灰，且粉煤灰含量≥30wt％。所述陶瓷漿料的原料中包含的粉煤灰組分含量為30wt％～50wt％；所述粉煤灰的粒徑≤400目。所述陶瓷漿料的原料中包含的二氧化鈦粉料組分含量為1wt％～10wt％。所述陶瓷漿料的原料中包含的鋁礬土粉料組分含量為50wt％～70wt％；所述鋁礬土粉料的粒徑≤400目。所述粉煤灰中的二氧化鈦含量≥3wt％。所述鋁礬土粉料中的Al₂O₃含量為60wt％～80wt％。所述陶瓷顆粒在煅燒中形成了以莫來石和剛玉相為主晶相；所述油氣井壓裂支撐劑產品包括如下化學成分及重量含量：Al₂O₃55～65％，Fe₂O₃0.8～5％，SiO₂15～25％，二氧化鈦1～6％，體積密度1.60～1.65g/cm³，視密度2.70～2.75g/cm³，抗破碎能力以SY/T 5108-2006標準為86Mpa≤6％，導流能力60Mpa≥70μm²·cm，濁度＜20FTU。

一種油氣井壓裂支撐劑的制備方法，其特征在于，包括配制陶瓷漿料、制粉、成球和燒成；所述陶瓷漿料的原料組分及含量如下：粉煤灰為30wt％～50wt％，二氧化鈦粉料為1wt％～10wt％，鋁礬土粉料為50wt％～70wt％；所述陶瓷漿料是將各原料組分投入球磨機中采用濕法球磨制得。所述制粉包括將陶瓷漿料在噴霧干燥機中干燥，制成粉體；所述成球包括將所得粉體在成球機上成型，經篩分后得到不同粒徑的支撐劑生球；所述燒成包括將所得支撐劑生球干燥后，在陶瓷窯爐中于1300℃～1400℃的溫度下燒制，經除塵篩分后即得油氣井壓裂支撐劑產品。所述陶瓷窯爐是回轉窯。

實施例1：取二氧化鈦含量4.5wt％的粉煤灰4kg、Al₂O₃含量70wt％的生鋁礬土6kg，外加二氧化鈦650g，分別將兩種原料粉碎成400目細粉，混料拌和均勻，加足成粒所需水分拌成溫潤土，經造粒后放入成球機中旋轉成球，篩分選得粒徑0.2～1.0mm的顆粒，送入回轉窯經1350℃、2小時燒結，出窯冷卻分選除塵包裝。

實施例2：如實施例1，其中二氧化鈦外加1kg，1320℃、2.5小時燒結。

上述實施例燒成后產品含Al₂O₃ 60％，Fe₂O₃ 3.5％，SiO₂ 17％，二氧化鈦3.5％，體積密度1.65g/cm³，視密度2.75g/cm³，抗破碎能力(SY/T 5108-2006)69Mpa≤5.2％，導流能力60Mpa≥75μm²·cm，濁度＜20FTU。

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