超低密度陶粒支撑剂及其制备方法pdf

  一种超低密度陶粒支撑剂的制备方法及由该方法制造的支撑剂。本发明的支撑剂在制备过程中，以铝矾土、粉煤灰、粘土为内芯，加入内芯造孔材料，铝矾土、粉煤灰和锰矿石粉为外壳，经成球烧结筛分得到超低密度陶粒支撑剂。本发明提供了一种低密度、较高强度支撑剂，在适应中高闭合压力地层的同时，有力的减少了油田辅助设备的运行成本，减少了压裂液的使用，减轻了压裂液对地层渗透率的伤害，为油田产生巨大的经济效益。

  1.一种超低密度陶粒支撑剂的制备方法，其特征是，包括如下的步骤：1)A料制作，其中A料所含成分为铝矾土、粉煤灰、粘土及增孔剂，按比例将四种成分经研磨混合后得到A料；2)B料制作，其中B料所含成分为铝矾土、粉煤灰和锰矿石，将三种成分研磨混合后得到B料；3)造粒，将A料加入盘式造粒机中，经喷雾法加水造粒，当粒径到达第一粒径范围之后，逐步在喷雾加水过程中加入B料，待粒径达到第二粒径范围之后，停止造粒；4)烘干、筛选，颗粒在干燥设备做烘干，之后取出，并筛选出第二粒径范围的颗粒；5)烧结，干燥后的颗粒放入马弗炉中进行烧结；6)冷却，将烧结后的颗粒取出，置于降温室内自然冷却到室温；7)按第三粒径范围筛选，获得超低密度陶粒支撑剂。 2.依据权利要求1的制备方法，其中A料中按质量比来说，铝矾土∶粉煤灰∶粘土∶增孔剂为10～40∶15～40∶30～45∶5～10，且研磨后粒径小于等于325目。 3.依据权利要求1的制备方法，其中B料中按质量比来说，铝矾土∶粉煤灰∶锰矿石为60～80∶10～30∶5～10，且研磨后粒径小于等于325目。 4.依据权利要求1的制备方法，其中所述第一粒径范围为：0.1-0.7mm；所述第二粒径范围为：0.2-0.9mm；所述第三粒径范围为：0.2-0.9mm。 5.依据权利要求4的制备方法，其中所述第一粒径包括如下规格：0.1-0.3mm，0.1-0.4mm或0.3-0.7mm。 6.依据权利要求4的制备方法，其中所述第二粒径包括如下规格：0.2-0.5mm，0.3-0.6mm或0.5-0.9mm；第三粒径包括如下规格：0.212-0.425mm，0.3-0.6mm或0.425-0.850mm。 7.依据权利要求1的制备方法，其中烧结时长为2.5-3小时，烧结温度为1200-1250℃。 8.依据权利要求1的制备方法，其中增孔剂为可在高温下燃烧的有机物粉体颗粒。 9.依据权利要求1的制备方法，其中烘干步骤中，烘干温度为100-200℃，烘干到颗粒含水率位于0.1％-8％即可。 10.根据权利要求1-7之一的方法所制备得到的支撑剂，其特征是，该支撑剂的体积密度≤1.20g/cm3，视密度≤2.00g/cm3，酸溶解度≤5％，52MPa条件下破碎率≤9％。

  本发明涉及一种油气压裂工艺中使用的支撑剂，特别地涉及一种超低密度陶粒支撑剂的 制备方法及由该方法制造的支撑剂。

  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，一定要采取压裂手段才可以获得经济油(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。

  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，便于施工泵送，但是石英砂的强度低、圆球度差、破碎率高，以此来降低了裂缝 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升，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，对泵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，超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，大大降低施工难度和采油成本。因此超低密度支 撑剂的开发成为支撑剂研究的方向。

  本发明旨在提供一种超低密度、较高强度支撑剂，在适应中高闭合压力地层的同时，有 力的减少了油田辅助设备的运行成本，减少了压裂液的使用，减轻了压裂液对地层渗透率的 伤害，为油田产生巨大的经济效益。

  本发明所采用的技术方案是：一种超低密度陶粒支撑剂的制备方法，包括如下的步骤：

  1)A料制作，其中A料所含成分为铝矾土、粉煤灰、粘土及增孔剂，按比例将四种成 分经研磨混合后得到A料；

  2)B料制作，其中B料所含成分为铝矾土、粉煤灰和锰矿石，将三种成分研磨混合后得 到B料；

  3)造粒，将A料加入盘式造粒机中，经喷雾法加水造粒，当粒径到达第一粒径范围之 后，逐步在喷雾加水过程中加入B料，待粒径达到第二粒径范围之后，停止造粒；

  4)烘干、筛选，颗粒在干燥设备做烘干，之后取出，并筛选出第二粒径范围的颗粒；

  进一步地，其中A料中按质量比来说，铝矾土∶粉煤灰∶粘土∶增孔剂为10～40∶15～ 40∶30～45∶5～10，且研磨后粒径小于等于325目。

  进一步地，其中B料中按质量比来说，铝矾土∶粉煤灰∶锰矿石为60～80∶10～30∶ 5～10，且研磨后粒径小于等于325目。

  进一步地，其中所述第一粒径范围为：0.1-0.7mm；所述第二粒径范围为：0.2-0.9mm；所 述第三粒径范围为：0.2-0.9mm。

  进一步地，其中烧结时长为2.5-3小时，烧结温度为1200-1250℃。

  进一步地，其中烘干步骤中，烘干温度为100-200℃，烘干到颗粒含水率位于0.1％-8％ 即可。

  本发明还保护一种依据上述制备方法所制得的支撑剂，该支撑剂的体积密度≤1.20 g/cm3，视密度≤2.00g/cm3，酸溶解度≤5％，52MPa条件下破碎率≤9％。

  本发明的优点是：利用铝矾土、粉煤灰、粘土形成内核骨料，在烧制的过程中可以将 添加的煤粉燃烧掉从而形成空隙，这样做才能够有效的降低密度，在外面包覆铝矾土、粉煤灰和 锰矿石粉材料保证密度低的同时，可以大幅度提高颗粒强度，来提升支撑剂的抗破碎能力。

  1)A料制作，其中A料所含成分为铝矾土、粉煤灰、粘土及增孔剂，按比例将四种成 分经研磨混合后得到A料；

  2)B料制作，其中B料所含成分为铝矾土、煤粉灰和锰矿石，将三种成分研磨混合后得 到B料；

  3)造粒，将A料加入盘式成球机盘式造粒机中，经喷雾法加水造粒，当粒径到达第一 粒径范围，即0.1mm～0.7mm范围之后，比如包括如下规格：0.1-0.3mm，0.1-0.4mm或 0.3-0.7mm，逐步在喷雾加水过程中加入B料，待粒径达到第二粒径范围，即0.2mm～0.9mm 之后，比如包括如下规格：0.2-0.5mm，0.3-0.6mm或0.5-0.9mm；停止造粒；

  4)烘干、筛选，颗粒在干燥设备中经100-200℃加热到含水率位于0.1％-8％时，取出， 筛选出满足第二粒径范围的颗粒；

  5)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1200-1250℃；

  7)按第三粒径范围筛选，具体的，第三粒径范围最重要的包含如下规格：0.425-0.850mm， 0.3-0.6mm，0.212-0.425mm，获得超低密度陶粒支撑剂。

  其中所述增孔剂为可在高温下可燃烧的有机物粉体颗粒，优选地能选用煤粉，纤维素 粉体，淀粉类。其中，比如煤粉由原煤研磨加工至200目而获得，原煤能选用烟煤或者无 烟煤。煤粉加入到A料中，使得烧结期间，煤粉由于燃烧而在颗粒中形成了一定的孔洞。由 此获得的支撑剂密度低，便携性高。但是同时还保证了支撑剂的良好工作性能。

  将铝矾土2.5kg、粉煤灰3.0kg、粘土4.0kg、煤粉1.0kg磨成粒径不大于325目的混 合料，混合均匀为A料。

  铝矾土7kg、粉煤灰2.5kg和锰矿石粉0.5kg磨成粒径不大于325目的混合料，混合 均匀为B料。

  将A料缓慢加入成球机中，喷雾法加水造粒，控制粒径在0.2mm～0.4mm之间，接着 在喷雾加水的过程逐步加入B料，使球逐渐长大，粒径控制在0.5mm～0.9mm之间，颗粒 经100～200℃烘干、筛选后，进入坩埚中，在马弗炉中逐步升温，在1200-1250℃煅烧2.5 小时，自然冷却后，按照粒径规格筛分即可得低密度支撑剂。该制备方法所得到的支撑剂， 体积密度为1.15g/cm3，视密度不大于1.90g/cm3，酸溶解度为4.5％，52MPa条件下 破碎率为6.4％。

  将铝矾土2.5kg、粉煤灰2.5kg、粘土5.0kg、煤粉0.5kg磨成粒径不大于325目的混 合料，混合均匀为A料。

  铝矾土6kg、粉煤灰2.0kg和锰矿石粉1.0kg磨成粒径不大于325目的混合料，混合 均匀为B料。

  将A料缓慢加入成球机中，喷雾法加水造粒，控制粒径在0.3mm～0.7mm之间，接着 在喷雾加水的过程逐步加入B料，使球逐渐长大，粒径控制在0.5mm～0.9mm之间，颗粒 经100～200℃烘干、筛选后，进入坩埚中，在马弗炉中逐步升温，在1200-1250℃煅烧2.5 小时，自然冷却后，按照粒径规格筛分即可得低密度支撑剂。

  该制备方法所得到的支撑剂，体积密度为1.19g/cm3，视密度为1.98g/cm3，酸溶解 度为4.3％，52MPa条件下破碎率为5.3％。、

  本发明采用A，B料分别混合并在造粒步骤中逐步加入的方式，提高了制作的完整过程中，造 粒的均匀度，和可控制程度，相比于现存技术来说，所成型的支撑剂的结构更为均匀，工作 性能更好。

  以上所述，仅为本发明专利较佳的具体实施方式，但本发明专利的保护范围并不局限于 此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明专利揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或 替换，都应涵盖在本发明专利的保护范围之内。

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  一种超低密度陶粒支撑剂的制备方法及由该方法制造的支撑剂。本发明的支撑剂在制备过程中，以铝矾土、粉煤灰、粘土为内芯，加入内芯造孔材料，铝矾土、粉煤灰和锰矿石粉为外壳，经成球烧结筛分得到超低密度陶粒支撑剂。本发明提供了一种低密度、较高强度支撑剂，在适应中高闭合压力地层的同时，有力的减少了油田辅助设备的运行成本，减少了压裂液的使用，减轻了压裂液对地层渗透率的伤害，为油田产生巨大的经济效益。。