专利名称：低密高强石油压裂支撑剂陶粒及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种低密高强石油压裂支撑剂陶粒及其制备方法，属于油气开采领域。
背景技术：
石油压裂支撑剂被广泛使用于深层油、气的开采工艺之中，能提高油气的可采率及产量。合适的石油压裂支撑是提升压裂施工效率的重要因素，深层油气井的有效支撑增加地层的导流性，提高油或气的产量。目前，国内常用的压裂支撑剂石英砂价格便宜，相对密度较低，便于泵送施工。但是，石英砂强度低，圆度与球度差，破碎率高，从而降低了裂缝的导流能力，不适用于闭合压力高的深井。烧结陶粒强度高，圆球度好，是压裂支撑剂优选的品种，在逐渐地推广运用。但是，陶粒相对密度较高，对泵送条件和压裂工艺提出了更高的要求，加大了施工难度，在施工中容易造成在端口处的堆积，对导流不利，对后期出油效果影响较大。相比较而言，低密度支撑剂由于密度适中，悬浮性好，不易沉淀，便于泵送携带，能较大地降低压裂液的粘度，减小对泵的伤害，可以实现清洁压裂，有效地降低施工难度和成本。由于低密度支撑剂导流递减率较低，能提升采油效果，因此，低密高强度石油压裂支撑剂已成为研发方向。中国铝矾土的现状是中国铝土矿的质量比较差，在保有储量中，各级别的矿石所占比例如下
一级矿石(Al20360% 70%, Al /si 彡 12)只占 I. 5%
二级矿石(Al 20351% 71%, Al /si 彡 9)只占 17%
三级矿石(Al 20362% 69%，Al /si彡7)只占IL 3%
四级矿石(Al 203 > 62%, Al /si 彡 5)只占 27. 9%
五级矿石(Al 203 > 58%，Al /si彡4)只占18%
六级矿石(Al 203 > 54%，Al /si 彡 3)只占 8. 3%
七级矿石(Al 203 > 48%，Al /si彡6)只占L 5%
伴随着国内氧化铝产能的大规模释放，加之我国铝矾土资源相对稀缺，截止2008年，我国铝钒土储量为8. 7亿吨，仅占全球基础储量的2. 3%，产品占全世界的10%，按照现有储量及开采水平，国内铝土矿仅能唯持10年，铝土矿资源面临危机。中国现有使用铝矾土原材料生产石油压裂支撑剂的情况如下
中国专利CN108124315A支撑剂的制备所用铝矾土熟矿Al2O3彡94 %，生矾土 Al2O3 >
75% ；
中国专利891025448所使用铝矾土生矿Al2O3 65 75 % ；
中国专利CN101168660A所使用的原材料为废氧化铝吸附剂Al2O3彡75 % ；
中国专利CNOl 108604. I未烧铝矾土 Al2O3彡75 % ；
中国专利CN101560381A所用铝矾土生矿Al2O3彡70 % ；
中国专利CN108124315A所使用铝矾土熟矿Al2O3 90 98 %，生矾土 70 78% ；以上技术中对三氧化二铝的要求较高。目前，国内外生产高强度石油压裂用陶粒Al2O3^70 %;大多使用高品位铝矾土。如何使用低品位铝矾土生产高强度石油压裂用陶粒，充分而合理利用本国资源，已成为本领域急待解决的技术难题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，提供一种低密高强石油压裂支撑剂陶粒及其制备方法，能够制造具有低密高强特点的陶粒，适应闭合压力高、渗透能力低的深层油气井压裂之用途，以克服现有技术存在的所使用的高品位铝矾土原料匮乏等不足。本发明的低密高强石油压裂支撑剂陶粒所使用的原料为陶粒内芯所使用的原料重量比为以玻璃相富集的低铝矾土与棕刚玉粉尘废料的重量比为80 20 20 80 ;陶粒外壳所使用的原料重量比为以刚玉相富集的低铝矾土与棕刚玉收尘微粉、棕刚玉尾料、二氧化钛、四氧化三锰的重量比为70 80 :10 8 :10 12 :5 2 :5 3 ;所述的低铝矾土 中的Al2O3含量为60— 65% (重量含量)。铝矾土产地为贵州省黔东南地区。棕刚玉冶炼废料指在棕刚玉冶炼中产生的烟粉收集物，其主要成分为Al2O3 ,K2O,Na2OiSiO2和Fe2O3，每年每台棕刚玉冶炼炉有100吨收尘粉。棕刚玉收尘微粉指棕刚玉制粒生产过程中产生的，其主要含有棕刚玉细微度料和空气中的灰尘，该微粉Al2O3含量在80— 85 %之间，回收利用。棕刚玉尾料指棕刚玉制粒加工中剩余的含有较多杂质的-325目微分，其未除铁之前，该微粉Al2O3含量在72— 80 %之间，回收利用。本发明的低密高强石油压裂支撑剂陶粒的制作方法为它包含以下过程
第一，将Al2O3含量为60 65%铝矾土生矿通过700°C煅烧保温3小时，自然冷却后破碎至彡O. 074mm，通过分筛获得O. 012 O. 074mm刚玉相较富集的铝矾土熟料研磨至彡350目作为A物料；
第二，( O. 012mm玻璃相较富集的铝矾土熟料研磨至彡350目作为B物料；
第三，以玻璃相富集的低铝矾土 B物料和棕刚玉冶炼废料混合料制作陶粒内芯，即将B物料和棕刚玉冶炼废料混合均匀，在成球机上喷水或硅酸钠水溶液成球形成O. 25-0. 3mm内芯，
第四，以刚玉相较富集的低铝矾土 A物料和棕刚玉收尘微粉、棕刚玉尾料、二氧化钛、四氧化三锰混合料制作陶粒外壳，即形成内芯后，在喷水或硅酸钠水溶液过程中加入A物料和二氧化钛，棕刚玉收尘微粉和棕刚玉尾料、四氧化三锰混合物料形成外壳，使球体增大到需要粒度，即为陶粒；
第五，将陶粒先在100-300°C下烘干，进入回转窑中升温至1300-1400°C焙烧2_4小时，水冷却至常温进入料仓后分筛得到各种规格陶粒。所述球体粒径为O. 6 O. 90 mm η所述内芯中铝矾土 B物料与标刚玉粉尘废料的重量比为80 20 20 :80。所述外壳中铝矾土 A物料与棕刚玉收尘微粉、棕刚玉尾料、二氧化钛、四氧化三锰的重量比为70 80 10 8 :10 12 :5 2 :5 3。所述成球机为盘式料水跟综自动成球机。
本发明的有益效果如下
①解决高强度陶粒往往密度高的不足；
②解决用低品位代替高品位铝矾土生产高强度石油压裂用陶粒；
③利用棕刚玉冶炼和棕刚玉磨料生产过程中产生的大量废料和尾料，对资源充分利用，减少棕刚玉收尘粉堆放对土地的占用和对环境的污染。④成功利用较 低品位铝矾土生产低密高强石油压裂支撑剂。一般情况下，低密度石油压裂支撑剂大多强度不高，陶粒破碎率高，很难适应深井对陶粒“低密高强”的要求。
具体实施例方式
具体实施例方式本发明的低密高强石油压裂支撑剂陶粒所使用的原料为陶粒内芯所使用的原料重量比为以玻璃相富集的低铝矾土与棕刚玉粉尘废料的重量比为80 20 20 80 ;陶粒外壳所使用的原料重量比为以刚玉相富集的低铝矾土与棕刚玉收尘微粉、棕刚玉尾料、二氧化钛、四氧化三锰的重量比为70 80 :10 8 :10 12 :5 2 :5 3 ;其中低铝矾土中的Al2O3含量为60— 65% (重量含量)。铝矾土产地为贵州省黔东南地区。棕刚玉冶炼废料指在棕刚玉冶炼中产生的烟粉收集物，其主要成分为Al2O3 ,K2O,Na2OiSiO2和Fe2O3，每年每台棕刚玉冶炼炉有100吨收尘粉。棕刚玉收尘微粉指棕刚玉制粒生产过程中产生的，其主要含有棕刚玉细微度料和空气中的灰尘，该微粉Al2O3含量在80— 85 %之间，回收利用。棕刚玉尾料指棕刚玉制粒加工中剩余的含有较多杂质的-325目微分，其未除铁之前，该微粉Al2O3含量在72— 80 %之间，回收利用。低密高强石油压裂支撑剂陶粒的制作方法的实施例一将8kg玻璃相富集低铝矾土和2kg棕刚玉冶炼废料(尘粉)在混料机中混合均匀后放入盘式成球机中旋转，缓慢喷入浓度为O. 2%的硅酸钠水溶液旋转成球，做成O. 25-0. 3mm内芯，接着在喷水过程中逐步加入刚玉相富集低铝矾土和棕刚玉收尘微粉、棕刚玉尾料、二氧化钛和四氧化三锰混合物料，(铝矾土 8kg、棕刚玉收尘微粉O. 8kg、刚玉尾料I. 2kg、二氧化钛O. 2kg、四氧化三锰O. 3kg)，使球体逐步增大，粒径控制在O. 6-0. 9mm之间的料粒,在100-300°C下烘干,放入碳化娃烧钵，在隧道窑中升温至1300-1400°C焙烧3小时，自然冷却后测其密度为I. 68g/cm3、视密度为2. 84g/cm3抗破碎能力69Mpa5%。低密高强石油压裂支撑剂陶粒的制作方法的实施例二 将7kg玻璃相富集铝矾土和3kg棕刚玉冶炼废料(尘粉)在混料机中混合均匀放入盘式成球机中旋转，缓慢喷入浓度为O. 3%的硅酸钠水溶液旋转成球，做成O. 25 O. 30mm内芯，接着在喷水过程中逐步加入刚玉相富集铝矾土和棕刚玉收尘微粉、棕刚玉尾料、二氧化钛和四氧化三锰混合物(铝矾土7kg棕刚玉收尘微粉1kg、棕刚玉尾料1kg、二氧化钛O. 5kg、四氧化三锰O. 5kg)使球体逐步增大，粒经控制在O. 6 O. 9mm之间的料粒,在100 300°C下烘干,放入碳化娃烧钵,在隧道窑中升温至1300 1400°C焙烧3小时，自然冷却后测其密度为I. 74g/cm3、视密度为2. 90g/cm3 抗破碎能力 69Mpa3%。
权利要求
1.一种低密高强石油压裂支撑剂陶粒，其特征在于陶粒内芯所使用的原料重量比为以玻璃相富集的低铝矾土与棕刚玉粉尘废料的重量比为80 20 20 80 ;陶粒外壳所使用的原料重量比为以刚玉相富集的低铝矾土与棕刚玉收尘微粉、棕刚玉尾料、二氧化钛、四氧化三锰的重量比为70 80 :10 8 :10 12 :5 2 :5 3 ;所述的低铝矾土中的Al2O3 含量为 60— 65%。
2.根据权利要求I所述的低密高强石油压裂支撑剂陶粒，其特征在于棕刚玉冶炼废料主要成分为 Al2O3、K20、Na2O'SiO2 和 Fe2O3。
3.根据权利要求I所述的低密高强石油压裂支撑剂陶粒，其特征在于棕刚玉收尘微粉中的Al2O3含量在80— 85 %之间。
4.根据权利要求I所述的低密高强石油压裂支撑剂陶粒，其特征在于棕刚玉尾料中的Al2O3含量在72—80 %之间。
5.一种如权利要求I所述的低密高强石油压裂支撑剂陶粒的制作方法，其特征在于它包含以下过程 第一，将Al2O3含量为60 65%铝矾土生矿通过700°C煅烧保温3小时，自然冷却后破碎至彡O. 074mm，通过分筛获得O. 012 O. 074mm刚玉相较富集的铝矾土熟料研磨至彡350目作为A物料； 第二，( O. 012mm玻璃相较富集的铝矾土熟料研磨至彡350目作为B物料； 第三，以玻璃相富集的低铝矾土 B物料和棕刚玉冶炼废料混合料制作陶粒内芯，即将B物料和棕刚玉冶炼废料混合均匀，在成球机上喷水或硅酸钠水溶液成球形成O. 25-0. 3mm内芯， 第四，以刚玉相富集的低铝矾土 A物料和棕刚玉收尘微粉、棕刚玉尾料、二氧化钛、四氧化三锰混合料制作陶粒外壳，即形成内芯后，在喷水或硅酸钠水溶液过程中加入A物料和二氧化钛，棕刚玉收尘微粉和棕刚玉尾料、四氧化三锰混合物料形成外壳，使球体增大到需要粒度，即为陶粒； 第五，将陶粒先在100-300°C下烘干，进入回转窑中升温至1300-1400°C焙烧2_4小时，水冷却至常温进入料仓后分筛得到各种规格陶粒。
6.根据权利要求5所述的低密高强石油压裂支撑剂陶粒的制作方法，其特征在于所述球体粒径为O. 6 O. 90 mm η
7.根据权利要求5所述的低密高强石油压裂支撑剂陶粒的制作方法，其特征在于所述内芯中铝矾土 B物料与标刚玉粉尘废料的重量比为80 20 20 80ο
8.根据权利要求5所述的低密高强石油压裂支撑剂陶粒的制作方法，其特征在于所述外壳中铝矾土 A物料与棕刚玉收尘微粉、棕刚玉尾料、二氧化钛、四氧化三锰的重量比为70 80 10 8 :10 12 :5 2 :5 3。
9.根据权利要求5所述的低密高强石油压裂支撑剂陶粒的制作方法，其特征在于所述成球机为盘式料水跟综自动成球机。
全文摘要
本发明公开了一种低密高强石油压裂支撑剂陶粒及其制备方法。所使用的原料为陶粒内芯所使用的原料重量比为以玻璃相富集的低铝矾土与棕刚玉粉尘废料的重量比为80～202080；陶粒外壳所使用的原料重量比为以刚玉相富集的低铝矾土与棕刚玉收尘微粉、棕刚玉尾料、二氧化钛、四氧化三锰的重量比为70～8010～810～125～25～3；其中低铝矾土中的Al2O3含量为60—65%。棕刚玉冶炼废料主要成分为Al2O3、K2O、Na2O、SiO2和Fe2O3。棕刚玉收尘微粉中的Al2O3含量在80—85%之间。棕刚玉尾料中的Al2O3含量在72—80%之间。
文档编号C04B35/10GK102618251SQ20121006830
公开日2012年8月1日 申请日期2012年3月15日 优先权日2012年3月15日
发明者李丹阳, 龚亚云 申请人:龚亚云