新型超低密度复合支撑剂及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及油气田压裂开采领域，特别地涉及一种新型超低密度复合支撑剂及其制备方法。
【背景技术】
[0002]随着我国及世界油气资源日渐枯竭，人们不得不开发难于采收的低渗透油气藏。由于油气藏的地层渗透率低，必须采取压裂手段才能获得经济油(气)流，还必须用压裂液把支撑剂携入地层以防止地层重新闭合。
[0003]目前常用的压裂支撑剂有石英砂、陶粒及树脂覆膜颗粒等。其中石英砂的价格最便宜，相对密度低，便于施工栗送，但是石英砂的强度低、圆球度差、破碎率高，从而降低了裂缝的导流能力。石英砂用树脂覆膜后圆球度有所改善，抗破碎率能力大幅度提高，导流能力比石英砂好。以铝钒土为主料制造的陶粒支撑剂，圆球度、抗破碎能力和导流能力都比石英砂好，广泛的被深油气井所采用。但是陶粒的密度比石英砂大，对栗送条件及压裂液的性能都提出了更高的要求，加大了施工难度。相比之下，低密度支撑剂具有携带容易，能大大降低压裂液的粘度，减少对压裂设备的伤害，有效降低施工难度和采油成本。因此低密度支撑剂的开发成为支撑剂研究的方向。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于针对现有支撑剂密度大、悬浮性差对压裂液需求苛刻等不足，提供一种悬浮性好、低密高强的支撑剂及其制备方法。
[0005]本发明所采用的技术方案是:提供一种新型超低密度复合支撑剂，其特征在于，所述支撑剂的原料为粉煤灰、粘土、招钥^土和成孔剂，所述粉煤灰、粘土、成孔剂和招银土的质量比为I?40: 5?20: I?20: 10?40，且所述支撑剂通过将四种原料烧结成球，得到多孔的超低密度陶粒之后覆膜形成。
[0006]所述成孔剂为煤粉。
[0007]所述树脂膜与多孔的超低密度陶粒的重量之比为I?15: 100。
[0008]所述树脂膜选自酚醛树脂、环氧树脂、呋喃树脂。所述树脂膜为两层或更多层。
[0009]另外本发明还提供了一种制备新型超低密度复合支撑剂的方法，包括如下步骤:
[0010]I)粉料制作，其中以粉煤灰、粘土、铝钒土为原料，煤粉为成孔剂，按比例将四种成分经研磨为粒径不大于325目后，混合，得到粉料；
[0011]2)造粒，将粉料加入盘式造粒机中，经喷雾法加水造粒，待达到一定粒径后，停止造粒;
[0012]3)烘干、筛选，颗粒在干燥设备中经100-200°C加热到含水率位于0.1% -8%时，取出，筛选出一定粒径的颗粒；
[0013]4)烧结，干燥后的颗粒放入马弗炉中进行烧结，控制烧结温度为1050-1300°C ；
[0014]5)冷却，将烧结后的颗粒取出，置于降温室内自然冷却到室温；
[0015]6)按粒径筛选，获得超低密度陶粒骨料；
[0016]7)覆膜，在超低密度陶粒外覆树脂膜；
[0017]8)冷却，破碎、筛分，得到支撑剂。
[0018]所述树脂膜为两层，因此覆膜时树脂分两次加入，且两次加入的树脂相同或者不同，所述覆膜操作如下:加热超低密度陶粒到150?350°C之间，放入混料机中搅拌冷却到150?250°C时加入树脂搅拌10-60秒，加入固化剂继续搅拌15-120秒；再加入另外一份树脂搅拌10-60秒，再加入固化剂搅拌15-120秒，然后加入润滑剂继续搅拌直至物料完全分散，将物料冷却、破碎、过筛。所述树脂膜中的树脂选自酚醛树脂、环氧树脂、呋喃树脂，其中酚醛树脂选自热固性酚醛树脂和热塑性酚醛树脂。
[0019]使用热固性酚醛树脂时，选用热塑性酚醛树脂固化剂为固化剂，且热塑性酚醛树脂与固化剂质量比为3?20: 100。
[0020]使用环氧树脂时，环氧树脂环氧值为0.04?0.54eq/100g，选用改性胺类固化剂为固化剂，且所述环氧树脂与改性胺类固化剂质量比为3?20: 100。
[0021]本发明与现有技术相比:产品密度低，体密度小于1.20g/cm3，视密度小于2.0Og/cm3,从而实现悬浮性好，可大大降低压裂液中增稠剂的用量；表层覆膜使颗粒表面光滑，这样降低了对压裂设备的磨损，这就大大降低了压裂施工成本。新型超低密度复合支撑剂强度高，69MPa闭合压力下，破碎率小于4%。
【具体实施方式】
[0022]根据本发明的支撑剂，以粉煤灰、粘土、铝钒土为原料，煤粉为成孔剂烧结成多孔球，即得超低密度陶粒，所述粉煤灰、粘土、煤粉和铝钒土的质量比为I?40: 5?
20: I ?20: 10 ?40。
[0023]粉煤灰、粘土、粉煤和铝钒土的粉碎成粒径为不大于325目的颗粒，经混料、成球，并在1050?1300°C烧结。
[0024]所述树脂膜与多孔的超低密度陶粒的重量之比为I?15:1OO0
[0025]所述树脂膜选自酚醛树脂、环氧树脂、呋喃树脂中的一种或者多种。
[0026]其特征在于所述树脂膜为两层或更多层，有效提高支撑剂的表面光滑度、抗破碎能力、酸溶解度。
[0027]根据本发明的新型超低密度复合支撑剂的方法，包括如下步骤:
[0028]I)粉料制作，其中以粉煤灰、粘土、铝钒土为原料，煤粉为成孔剂，按比例将四种成分经研磨为粒径为不大于325目后，混合，得到粉料；
[0029]2)造粒，将粉料加入盘式造粒机中，经喷雾法加水造粒，待达到第一粒径范围后，停止造粒；其中第一粒径范围为0.2-1.2mm，具体地，生产中常用的包括以下规格:0.6-1.2mm、0.45-0.85mm.0.3-0.6mm 或 0.2-0.45mm。
[0030]3)烘干、筛选，颗粒在干燥设备中经100-200°C加热到含水率位于0.1% -8%时，取出，筛选出一定粒径的颗粒；
[0031]4)烧结，干燥后的颗粒放入马弗炉中进行烧结，控制烧结温度为1050-1300°C ；
[0032]5)冷却，将烧结后的颗粒取出，置于降温室内自然冷却到室温；
[0033]6)按第二粒径范围筛选，获得超低密度陶粒骨料；其中第二粒径范围为0.2-1.2mm，实际生产中常用的产品规格包括:0.60-1.18mm，0.425-0.850mm, 0.3-0.6mm，0.212—0.425mm。
[0034]7)覆膜，在超低密度陶粒外覆树脂膜；
[0035]8)冷却，破碎、筛分，得到支撑剂。
[0036]覆膜操作的特点在于，所选择的树脂分两次加入进行覆膜，两次加入的树脂可以为相同树脂或者不同树脂，具体操作如下:加热超低密度陶粒到150?350°C之间，放入混料机中搅拌冷却到150?240°C时加入树脂搅拌10-60秒，加入固化剂继续搅拌15-120秒；再加入另外一份树脂搅拌10-60秒，再加入固化剂搅拌15-120秒，然后加入润滑剂继续搅拌直至物料完全分散，将物料冷却、破碎、过筛。树脂分两次加入，可以在超低密度陶粒的表面覆两层膜。如果需要多层膜，同理应该多次加入树脂以及对应的树脂固化剂。其中所加入的树脂总重量与多孔的超低密度陶粒的重量之比为I?15: 100。覆膜过程中每次所加入树脂的重量决定了每层树脂膜的厚度。
[0037]树脂膜中的树脂选自酚醛树脂、环氧树脂、呋喃树脂，其中酚醛树脂选自热固性酚醛树脂或热塑性酚醛树脂。
[0038]进一步地，使用热塑性酚醛树脂时，其中热塑性酚醛树脂与固化剂质量比为10?20: 100。
[0039]进一步地，使用环氧树脂时，环氧树脂环氧值为0.04?0.54eq/100g，选用改性胺类固化剂为固化剂，且所述环氧树脂与改