专利名称：一种中密度陶粒支撑剂及其制备方法
技术领域：
本发明属于无机非金属陶瓷材料领域，具体涉及一种中密度陶粒支撑剂及其制备方法。
背景技术：
石油压裂支撑剂(陶粒砂)是一种陶瓷颗粒产品，具有很高的压裂强度， 主要用于油、气田井下支撑，以增加石油天然气的产量，属环保产品。此产品是天然石英砂、玻璃球、金属球等中低强度支撑剂的替代品，对增产石油天然气有良好效果。石油天然气深井开采时，高闭合压力低渗透性矿床经压裂处理后，使含油气岩层裂开，油气从裂缝形成的通道中汇集而出。用石油压裂支撑剂随同高压溶液进入地层充填在岩层裂隙中，起到支撑裂隙不因应力释放而闭合的作用，从而保持高导流能力，使油气畅通，增加产量。实践证明，使用石油压裂支撑剂压裂的油井可提高产量30-50%，还能延长油气井服务年限，是石油、天然气低渗透油气井开采、施工的关键材料。产品应用于深井压裂施工时，将其填充到低渗透矿床的岩层裂隙中，进行高闭合压裂处理，使含油气岩层裂开，起到支撑裂隙不因应力释放而闭合，从而保持油气的高导流能力，不但能增加油气产量，而且更能延长油气井服务年限。通常人们习惯将支撑剂密度划分为三种类别低密度、中密度和高密度，一般情况下以体积密度和视密度分别是I. 65 g/cm3以下和3. O g/cm3以下称为低密度支撑剂；1. 65g/cm3 I. 80 g/cm3 和 3. 00 g/cm3 3. 35g/cm3 为中密度支撑剂；I. 80g/cm3 以上和 3. 35g/cm3以上为高密度支撑剂。在中国的陶粒行业中，大部分企业采用以生铝矾土为主要原料的，加入助熔剂，依靠材料本身的粘结性，以水为揉合剂进行成球，然后再烘干、焙烧。这种方式的缺点一、在烘干时会产生大量粉尘；二、烘干过程很难把握，过干会脱粉，过湿会影响产品的分级，甚至堵塞设备影响产品的质量。
发明内容
本发明的目的在于提供一种中密度陶粒支撑剂。本发明的另一目的在于提供一种中密度陶粒支撑剂的制备方法。本发明的目的可以通过以下技术方案实现一种中密度陶粒支撑剂，按重量百分含量计，该支撑剂包括以下原料铝矾土87°/Γ95%、粘结剂O. 5°/Γ3%和锰粉4°/Γ Ο% ;各原料的重量百分含量之和为100%。所述的粘结剂为乙基纤维素、甲基纤维素或木质素；所述的粘结剂优选为木质素。所述铝矾土的粒径彡300目(O. 045mm),优选为300 600目；所述锰粉的粒径(300 目(O. 045mm)，优选为 300 600 目。所述铝矾土中主要化学成分的重量百分含量为=Al2含量659Γ78%，Si含量4%-12%、Fe含量1°/Γ7%、Ti含量2°/Γ4% ;所述锰粉中主要化学成分的重量百分含量为锰含量 55% 65%、Si 含量 25% 35%。上述的中密度陶粒支撑剂，其在于所述的粘结剂为乙基纤维素或甲基纤维素时，所述的中密度陶粒支撑剂采用以下步骤制备(I)按比例将铝矾土和锰粉混合均匀得到混合物料，将乙基纤维素或甲基纤维素用水调成糊状，然后均匀分散到制粒时需要加入的水中制成乙基纤维素或甲基纤维素分散液；(2)将混合物料投入到造粒机中采用喷雾法加乙基纤维素或甲基纤维素分散液制粒，得到陶粒坯体；制粒时需要加入的水的用量为铝矾土、锰粉和粘结剂总重量的59Γ9% ；(3)将陶粒坯体筛分烘干后，在128(T134(TC下煅烧保温2 4小时，得到中密度陶粒支撑剂。上述的中密度陶粒支撑剂，其在于所述的粘结剂为木质素时，所述的中密度陶粒支撑剂采用以下步骤制备(I)按比例将铝矾土、木质素和锰粉混合均匀得到混合物料；(2)将混合物料投入到造粒机中采用喷雾法加水制粒，得到陶粒坯体；制粒时需要加入的水的用量为混合物料重量的5°/Γ9% ；(3)将陶粒坯体筛分烘干后，在128(T134(TC下煅烧保温2 4小时，得到中密度陶粒支撑剂。上述的中密度陶粒支撑剂的制备方法，其在于所述的粘结剂为乙基纤维素或甲基纤维素时，包括以下步骤(I)按比例将铝矾土和锰粉混合均匀得到混合物料，将乙基纤维素或甲基纤维素用水调成糊状，然后均匀分散到制粒时需要加入的水中制成乙基纤维素或甲基纤维素分散液；(2)将混合物料投入到造粒机中采用喷雾法加乙基纤维素或甲基纤维素分散液制粒，得到陶粒坯体；制粒时需要加入的水的用量为铝矾土、锰粉和粘结剂总重量的59Γ9% ；(3)将陶粒坯体筛分烘干后，在128(T134(TC下煅烧保温2 4小时，得到中密度陶粒支撑剂。上述的中密度陶粒支撑剂的制备方法，其在于所述的粘结剂为木质素时，包括以下步骤(I)按比例将铝矾土、木质素和锰粉混合均匀得到混合物料；(2)将混合物料投入到造粒机中采用喷雾法加水制粒，得到陶粒坯体；制粒时需要加入的水的用量为混合物料重量的5°/Γ9% ；(3)将陶粒坯体筛分烘干后，在128(T134(TC下煅烧保温2 4小时，得到中密度陶粒支撑剂。粘结剂为乙基纤维素或甲基纤维素时，加入前需要先将乙基纤维素或甲基纤维素用水调成糊状，然后均匀分散到制粒时需要加入的水中制成乙基纤维素或甲基纤维素分散液；粘结剂为木质素时，可以直接加入，粉状木质素不需要用水调制成糊状分散到水中再加入，有利于简化反应工艺，降低用水量，且可显著增加陶粒坯球的强度；采用木质素作为粘结剂所制得的中密度陶粒支撑剂的破碎率显著降低。本发明所采用的乙基纤维素、甲基纤维素或木质素均可以在市场上购买获得。本发明的有益效果本发明的陶粒支撑剂采用陶瓷粘结剂，在半成品生产中预混入，用水量平均下降8%，产品合格率至少提高10%，而且坯体有一定强度，便于生产中储存运输，显著降低产品的破碎率，极大减轻了除尘系统的负载，节约资源，有较大的利用价值及社会价值。增加粘结剂提高陶粒的视密度，降低烧成温度；特别是直接采用木质素粉状粘结剂不需要水溶，简化反应工艺。且烘干过程不存在时间和温度难以控制的现象，不会出现产生粉尘或影响产品分级甚至堵塞设备影响产品的质量的现象。
具体实施例方式实施例I
中密度陶粒支撑剂包括以下原料招矾土 91%、乙基纤维素2%、锰粉7% ；所述铝矾土为生铝矾土，其中主要化学成分的重量百分含量为A12含量659Γ78%，Si含量4%-12%、Fe含量1% 7%、Ti含量2% 4% ;所述铝矾土的粒径为320目；所述猛粉中主要化学成分的重量百分含量为猛含量55% 65%、Si含量25%~35% ；所述锰粉的粒径320目。制备过程为(I)按比例将铝矾土和锰粉混合均匀得到混合物料，将乙基纤维素用水调成糊状，然后均匀分散到制粒时需要加入的水中制成乙基纤维素分散液，将乙基纤维素分散液加入到高压水泵储存罐中；(2)将混合物料投入到造粒机中采用喷雾法加乙基纤维素分散液制粒(粒径为O. 5-1. 0_)，得到陶粒坯体；制粒时需要加入的水的用量为铝矾土、锰粉和乙基纤维素总重量的7% ；(3)将陶粒坯体筛分后在100-120°C下，烘干8_12分钟，然后在1320°C下煅烧保温2. 5小时，然后降温冷却、过筛、质检、计量、成品包装。产品合格率达95%。实施例2中密度陶粒支撑剂包括以下原料铝矾土 90. 5%、甲基纤维素2%、锰粉7. 5% ；所述铝矾土为生铝矾土，其中主要化学成分的重量百分含量为A12含量659Γ78%，Si含量4%-12%、Fe含量1% 7%、Ti含量2% 4% ;所述铝矾土的粒径为320目；所述锰粉中主要化学成分的重量百分含量为锰含量55% 65%、Si含量25%~35% ；所述锰粉的粒径320目。制备过程为( I)按比例将铝矾土和锰粉混合均匀得到混合物料，将甲基纤维素用水调成糊状，然后均匀分散到制粒时需要加入的水中制成甲基纤维素分散液，将甲基纤维素分散液加入到高压水泵储存罐中；(2)将混合物料投入到造粒机中采用喷雾法加甲基纤维素分散液制粒(粒径为
O.5-1. 0_)，得到陶粒坯体；制粒时需要加入的水的用量为铝矾土、锰粉和乙基纤维素总重量的7% ；(3)将陶粒坯体筛分后在100-120°C下，烘干8_12分钟，然后在1320°C下煅烧保温3小时，然后降温冷却、过筛、质检、计量、成品包装。产品合格率达95%。实施例3中密度陶粒支撑剂包括以下原料铝矾土 90. 5%、木质素2%、锰粉7. 5% ；所述铝矾土为生铝矾土，其中主要化学成分的重量百分含量为A12含量659Γ78%，Si含量4%-12%、Fe含量1% 7%、Ti含量2% 4% ;所述铝矾土的粒径为320目；所述锰粉中主要化学成分的重量百分含量为锰含量55% 65%、Si含量25%~35% ；所述锰粉的粒径320目。·制备过程为(I)按比例将铝矾土、木质素粉(市售，山东泉林化工有限公司)和锰粉混合均匀得到混合物料；( 2 )将混合物料投入到造粒机中采用喷雾法加水制粒，得到陶粒坯体(粒径为O. 5-1. Omm);制粒时需要加入的水的用量为混合物料重量的7% ；(3)将陶粒坯体筛分后在100°C下烘干10分钟，然后在1320°C下煅烧保温3小时，然后降温冷却、过筛、质检、计量、成品包装。产品合格率达98%。实施例4中密度陶粒支撑剂包括以下原料铝矾土 88%、木质素3%、锰粉9% ；所述铝矾土为生铝矾土，其中主要化学成分的重量百分含量为A12含量659Γ78%，Si含量4%-12%、Fe含量1% 7%、Ti含量2% 4% ;所述铝矾土的粒径为320目；所述猛粉中主要化学成分的重量百分含量为猛含量55% 65%、Si含量25% 35% ；所述锰粉的粒径320目。制备过程为(I)按比例将铝矾土、木质素粉和锰粉混合均匀得到混合物料；( 2 )将混合物料投入到造粒机中采用喷雾法加水制粒，得到陶粒坯体(粒径为O. 5-1. Omm);制粒时需要加入的水的用量为混合物料重量的7% ；(3)将陶粒坯体筛分后在100°C下烘干10分钟，然后在1320°C下煅烧保温3小时，然后降温冷却、过筛、质检、计量、成品包装。产品合格率达98%。实施例5中密度陶粒支撑剂包括以下原料铝矾土 92%、木质素1%、锰粉7% ；所述铝矾土为生铝矾土，其中主要化学成分的重量百分含量为A12含量659Γ78%，Si含量4%-12%、Fe含量1% 7%、Ti含量2% 4% ;所述铝矾土的粒径为320目；所述猛粉中主要化学成分的重量百分含量为猛含量55% 65%、Si含量25% 35% ；所述锰粉的粒径320目。制备过程为(I)按比例将铝矾土、木质素粉和锰粉混合均匀得到混合物料；( 2 )将混合物料投入到造粒机中采用喷雾法加水制粒，得到陶粒坯体(粒径为O. 5-1. Omm);制粒时需要加入的水的用量为混合物料重量的7% ；(3)将陶粒坯体筛分后在100°C下烘干10分钟，然后在1320°C下煅烧保温3小时，然后降温冷却、过筛、质检、计量、成品包装。产品合格率达99%。比较例I :
中密度陶粒支撑剂包括以下原料铝矾土 92%、锰粉8% ；所述铝矾土为生铝矾土，其中主要化学成分的重量百分含量为A12含量659Γ78%，Si含量4%-12%、Fe含量1% 7%、Ti含量2% 4% ;所述铝矾土的粒径为320目；所述猛粉中主要化学成分的重量百分含量为猛含量55% 65%、Si含量25%~35% ；所述锰粉的粒径320目。制备过程为( I)按比例将铝矾土和锰粉混合均匀得到混合物料；( 2 )将混合物料投入到造粒机中采用喷雾法加水制粒，得到陶粒坯体(粒径为 O.5-1. Omm);加水量为混合物料重量的16% ；(3)将陶粒坯体筛分后烘干，在250_280°C，烘干20_30分钟，然后在1320°C下煅烧保温3小时，然后降温冷却、过筛、质检、计量、成品包装。产品合格率达85%。表I实施例1-5和比较例I的中密度陶粒支撑剂产品质量检测结果
权利要求
1.一种中密度陶粒支撑剂，其特征在于按重量百分含量计，该支撑剂包括以下原料铝矾土 87°/Γ95%、粘结剂O. 5°/Γ3%和锰粉4% 10% ;所述的粘结剂为乙基纤维素、甲基纤维素或木质素。
2.根据权利要求I所述的中密度陶粒支撑剂，其特征在于所述的粘结剂为木质素。
3.根据权利要求I所述的中密度陶粒支撑剂，其特征在于所述铝矾土的粒径<300目；所述锰粉的粒径< 300目。
4.根据权利要求I所述的中密度陶粒支撑剂，其特征在于所述铝矾土中主要化学成分的重量百分含量为Α12含量65% 78%，Si含量4%-12%、Fe含量1% 7%、Ti含量2% 4% ;所述锰粉中主要化学成分的重量百分含量为锰含量55%飞5%、Si含量25% 35%。
5.根据权利要求I所述的中密度陶粒支撑剂，其特征在于所述的粘结剂为乙基纤维素或甲基纤维素时，所述的中密度陶粒支撑剂采用以下步骤制备 (1)按比例将铝矾土和锰粉混合均匀得到混合物料，将乙基纤维素或甲基纤维素用水调成糊状，然后均匀分散到制粒时需要加入的水中制成乙基纤维素或甲基纤维素分散液； (2)将混合物料投入到造粒机中采用喷雾法加乙基纤维素或甲基纤维素分散液制粒，得到陶粒坯体；制粒时需要加入的水的用量为铝矾土、锰粉和粘结剂总重量的59Γ9% ； (3)将陶粒坯体筛分烘干后，在128(T134(TC下煅烧保温2 4小时，得到中密度陶粒支撑剂。
6.根据权利要求I所述的中密度陶粒支撑剂，其特征在于所述的粘结剂为木质素时，所述的中密度陶粒支撑剂采用以下步骤制备 (1)按比例将铝矾土、木质素和锰粉混合均匀得到混合物料； (2)将混合物料投入到造粒机中采用喷雾法加水制粒，得到陶粒坯体；制粒时需要加入的水的用量为混合物料重量的59Γ9% ； (3)将陶粒坯体筛分烘干后，在128(T134(TC下煅烧保温2 4小时，得到中密度陶粒支撑剂。
7.权利要求I所述的中密度陶粒支撑剂的制备方法，其特征在于所述的粘结剂为乙基纤维素或甲基纤维素时，包括以下步骤 (1)按比例将铝矾土和锰粉混合均匀得到混合物料，将乙基纤维素或甲基纤维素用水调成糊状，然后均匀分散到制粒时需要加入的水中制成乙基纤维素或甲基纤维素分散液； (2)将混合物料投入到造粒机中采用喷雾法加乙基纤维素或甲基纤维素分散液制粒，得到陶粒坯体；制粒时需要加入的水的用量为铝矾土、锰粉和粘结剂总重量的59Γ9% ； (3)将陶粒坯体筛分烘干后，在128(T134(TC下煅烧保温2 4小时，得到中密度陶粒支撑剂。
8.权利要求I所述的中密度陶粒支撑剂的制备方法，其特征在于所述的粘结剂为木质素时，包括以下步骤 (1)按比例将铝矾土、木质素和锰粉混合均匀得到混合物料； (2)将混合物料投入到造粒机中采用喷雾法加水制粒，得到陶粒坯体；制粒时需要加入的水的用量为混合物料重量的59Γ9% ； (3)将陶粒坯体筛分烘干后，在128(T134(TC下煅烧保温2 4小时，得到中密度陶粒支撑剂。
全文摘要
本发明公开一种中密度陶粒支撑剂及其制备方法，按重量百分含量计，该支撑剂包括以下原料铝矾土87%~95%、粘结剂0.5%~3%和锰粉4%~10%；所述的粘结剂为乙基纤维素、甲基纤维素或木质素。本发明的陶粒支撑剂在半成品生产中预混入粘结剂，用水量平均下降8%，产品合格率至少提高10%，而且坯体有一定强度，便于生产中储存运输，显著减少破碎率，极大减轻了除尘系统的负载，节约资源。增加粘结剂提高陶粒的视密度，降低烧成温度；特别是直接采用木质素粉状粘结剂不需要水溶，简化反应工艺。且烘干过程不存在时间和温度难以控制的现象，不会出现产生粉尘或影响产品分级甚至堵塞设备影响产品的质量的现象。
文档编号C09K8/80GK102952537SQ201210352728
公开日2013年3月6日 申请日期2012年9月20日 优先权日2012年9月20日
发明者黄锡明 申请人:宜兴市腾飞陶粒制造有限公司