一种超低密陶粒支撑剂及其制备方法与流程

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  1.本发明属于陶粒支撑剂制造领域，涉及一种超低密陶粒支撑剂及其制备方法。

  2.支撑剂是石油、天然气低渗透油气进开采压裂施工的关键材料，应用于探井压裂隙中，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的作用，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。陶粒支撑剂是一种应用广泛的支撑剂，一般是以铝矾土为原料，加以各种辅料，造粒后由回转窑烧结而成的。陶粒支撑剂与石英砂、树脂包砂相比具有破碎率低、耐腐蚀、导流能力好且性能好价格低的特点，已经被慢慢的变多的油田所采用。理想的陶粒支撑剂颗粒均匀，球度、圆度接近于1，有充足大的抗住压力的强度，在保证高强度的同时密度应该尽可能低，以便降低泵送的难度和减少陶粒对设备的磨损及压裂费用，并且在地层高温下不能与压裂液及储层流体反应，这样才可以抵消裂缝的闭合应力，使裂缝有充足大的导流能力。

  3.目前，深层低渗透油井压裂对高密度超高强度石油压裂陶粒支撑剂有着较大需求，而高强度低密度支撑剂的应用也是提高深油井石油产量的重要措施。视密度大的支撑剂容易在压裂产生的裂缝端口处产生丘状的堆积，对导流极其不利；体积密度大则会增加填充地层裂缝所需支撑剂的质量，增加压裂作业的成本。高强度低密度陶粒支撑剂的研制，不仅仅可以满足深井压裂的要求，而且有助于提高产层的导流能力并增产增效。cn104592970a公开了一种超低密度陶粒砂支撑剂及其制备方法，以重量百分比表示，所述超低密度陶粒砂支撑剂是由紫砂土15～20％、硅石10～15％和生铝矿石65～75％制成。其烧制过程复杂，杂质的成分波动很大，造成生产的基本工艺极难稳定控制，每次需要投入大量人力财力调试配方，而难以进一步提升产品质量。

  4.超低密度陶粒支撑剂是指视密度小于2.8，其他性能满足压裂施工要求的支撑剂。在石油开采的裂缝中，超低密度支撑剂沉降速度慢，能够得到更大的裂缝有效支撑面积，提高储层的动用程度和导流能力。超低密度支撑剂在纵向非均质严重的致密储层，增产效果十分显著。超低密度陶粒支撑剂优点是耐温，但强度对比普通支撑剂降低较大，限制了应用。国内油气资源圈盖构造的特殊性，高产油气资源的开发具有高温、高压、高腐蚀的“三高”特点。由此，开发出一种起始颗粒较细，具有高强度和高温抗侵蚀的能力的超低密陶粒支撑剂，对石油开发具有较大的意义。

  5.为解决以上问题，本发明旨在提供一种起始颗粒较细，具有高强度和高温抗侵蚀的能力的超低密陶粒支撑剂及其制备方法。

  6.一方面，本发明提供了一种超低密陶粒支撑剂，其制备原料以质量百分比计，包含：焦宝石30％～50％；烧滑石20％～30％；红胶泥10％～20％；铝矾土矿10％～30％。

  7.进一步地，本发明提供的超低密陶粒支撑剂中，以质量百分比计，所述焦宝石包含

  8.进一步地，本发明提供的超低密陶粒支撑剂中，以质量百分比计，所述烧滑石包含39-41％氧化硅。

  9.进一步地，本发明提供的超低密陶粒支撑剂中，以质量百分比计，所述红胶泥包含20-22％氧化铝。

  10.进一步地，本发明提供的超低密陶粒支撑剂中，以质量百分比计，所述铝矾土矿包含60-62％氧化铝。

  11.另一方面，本发明还提供了超低密陶粒支撑剂的制备方法，包括：将各原料过筛并按比例混合，额外添加水分制成半成品，于高温下烧制。

  12.进一步地，本发明提供的超低密陶粒支撑剂的制备方法中，原料细度为600目。

  13.进一步地，本发明提供的超低密陶粒支撑剂的制备方法中，以质量比计，所述额外添加水分的量为所述原料总质量的8％～12％。

  14.进一步地，本发明提供的超低密陶粒支撑剂的制备方法中，所述烧制的温度为1380-1420℃。

  15.本发明提升了原料细粉料的细度，更利于颗粒成形成核，同时，提高了烧结效率，降低了烧结温度，降低了莫来石相形成的温度。本发明制得的超低密陶粒支撑剂作为石油支撑剂表现优异。由此，本发明进一步请求保护一种石油支撑剂，其包含上述的陶粒支撑剂。

  16.通过上述技术方案结合实施例，本发明所述陶粒支撑剂至少具有下述有益效果或优点：

  17.1)本发明提供的陶粒支撑剂提升了原料细度，既有利于颗粒成形成核，还提高了烧结效率，降低了烧结温度，降低了莫来石相形成的温度。

  18.2)本发明提供的陶粒支撑剂体积密度可低至1.40g/cm3，69mpa下破碎率低于8％。

  19.3)本发明提供的陶粒支撑剂原料中的红胶泥、烧滑石有细晶化和片状化的特性，更利于半成品胚体的成形。

  21.5)本发明提供的陶粒支撑剂原料中含有氧化钾、氧化钙、氧化铁、氧化钛等少量杂质，既降低了原料的熔化温度又扩大了原料的熔化范围。

  26.下面，结合实施例对本发明的技术方案进行说明，但是，本发明并不限于下述的实施例。

  29.本实施制备超低密陶粒支撑剂所用原料，以质量比计，焦宝石、烧滑石、红胶泥、铝矾土矿的配比为5：3：1∶1，额外添加水分12％，烧制温度为1380℃。

  30.本实施例所使用的焦宝石产地为山西省，其余原料均来自陕西蒲城。焦宝石以质量百分比计含46.56％氧化铝，1.35％氧化铁，48.24％氧化硅，2.37％氧化钛，0.16％氧化镁，0.88％氧化钙，0.01％氧化钠，0.11％氧化钾；使用的烧滑石以质量百分比计含0.9％氧化铝，0.46％氧化铁，39.8％氧化硅，0.05％氧化钛，30％氧化镁，2％氧化钙，0.01％氧化钠，0.15％氧化钾；使用的红胶泥以质量百分比计含21.23％氧化铝，13.45％氧化铁，37.36％氧化硅，0.65％氧化钛，2.13％氧化钙，1.51％氧化镁，2.47％氧化钾，1.04％氧化钠；使用的铝矾土矿以质量百分比计含61.26％氧化铝，1.35％氧化铁，15.61％氧化硅，2.37％氧化钛，0.16％氧化镁，0.88％氧化钙，0.01％氧化钠，0.25％氧化钾。

  32.将陶粒砂各组分原材料分别过筛细度至600目，按5：3：1∶1的比例进行配料，并在v35混合机中混合均匀，混合均匀的原料在byj500成球机中成球，水分控制在12％，过筛。放置干燥。半成品在高温箱式电炉中煅烧，通过缓慢升温至1380℃，自然冷却，冷却后的样品经筛分后密封保存，即为陶粒砂成品。

  33.下面，对所制得的陶粒支撑剂样品进行性能检验测试，所得检测结果见表1-1，本实施例所制得陶粒支撑剂结构的扫描电镜照片见附图1。

  本实施例所用原料和制备过程同实施例1，不同之处在于，以质量比计，焦宝石、烧滑石、红胶泥、铝矾土矿的配比为5：2∶2∶1，额外添加水分10％，烧制温度为1393℃。

  下面，对所制得的陶粒支撑剂样品进行性能检验测试，所得检测结果见表2-1，本实施所制得陶粒支撑剂的扫描电镜照片见附图2。

  本实施例所用原料和制备过程同实施例1，不同之处在于，以质量比计，焦宝石、烧滑石、红胶泥、铝矾土矿的配比为4：3：2：1，额外添加水分10％，烧制温度为1401℃。

  下面，对所制得的陶粒支撑剂进行性能检验测试，所得检测结果见表3-1，本实施所制得陶粒支撑剂的扫描电镜照片见附图3。

  本实施例所用原料和制备过程同实施例1，不同之处在于，以质量比计，焦宝石、烧滑石、红胶泥、铝矾土矿的配比为4∶2∶1∶3，额外添加水分8％，烧制温度为1420℃。

  下面，对所制得的陶粒支撑剂进行性能检验测试，所得检测结果见表4-1，本实施所制得陶粒支撑剂的扫描电镜照片见附图4。

  综上，本发明所提供的超低密陶粒支撑剂具备优异的性能，其产品体积密度低至1.4g/cm3，69mpa下的破碎率低于8％，此外，对比现存技术，本发明所提供的超低密陶粒支撑剂还具有高温抗腐蚀的能力，其酸液解度低至4.1％，浊度低至15.9ftu。

  如上所述，即可较好地实现本发明，上述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式来进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种改变和改进均应落入本发明确定的保护范围内。