專利名稱：一種利用藍晶石、硅線石和紅柱石制備壓裂支撐劑的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種利用天然高鋁原料制備陶瓷復合材料的方法，特別涉及一種利用藍晶石、硅線石和紅柱石制備壓裂支撐劑的方法。
背景技術(shù)：
壓裂支撐劑作為一個新興行業(yè)，在我國發(fā)展時間不長，其產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和品種還很不完善，行業(yè)的加工規(guī)模與水平都處在初期的發(fā)展階段。大部分油氣田屬于中等深度，要求壓裂支撐劑具有高強度、低破碎率，以承受巖層巨大的壓力及地層環(huán)境中的各種腐蝕。國際上多采用燒結(jié)剛玉制品作為中、深層油氣田壓裂支撐劑，這種制品雖然在理化性能上可以滿足要求，但原料來源困難，加工工藝復雜，且能耗大、成本高，使其應(yīng)用受到限制。用陶瓷燒成法燒結(jié)而成的新型石油深井閉合壓裂材料，是天然石英砂、包覆復合顆粒、玻璃球、金屬球等中、低強度支撐劑的替代品，具有強度高、密度低的特點，因而成為石油化工材料的研 究熱點之一。當前，壓裂支撐劑陶粒面臨的主要問題是如何在高溫條件下通過控制化學成 分及顯微結(jié)構(gòu)來提高其綜合力學性能，有效減小材料的脆性，以提高該材料的實際應(yīng)用效果?，F(xiàn)有的支撐劑陶粒制備方法有熔融噴吹法、有機物包覆固化法、燒結(jié)法等。唐民輝等[油井壓裂支撐劑的研制[J].哈爾濱建筑大學學報，1995，28⑷73-76]以玄武巖為主要原料配制的爐料，經(jīng)熔化、特殊的成珠及熱處理工藝，研制成了輝石型微晶硅酸鹽珠體。專利公開了“一種固體支撐劑及其制造方法”(周生武，申請?zhí)?9102544. 8)，用鋁礬土為主要原料，經(jīng)電弧爐熔融噴吹成球，具有抗壓強度高，破碎率低，密度適中和成本低等特點。盡管熔融噴吹法制備的支撐劑在實際中有所應(yīng)用，但是，用該方法制備陶粒支撐劑存在能耗高、成球不易控制、支撐劑強度低等缺陷，目前已很少被采用。有機物包覆固化法是以有機粘結(jié)劑作為固化劑，以人工或天然的粉體為原料，粘結(jié)固化免燒而成，雖然強度低，但密度不大，具有一定的特點。孫虎、汪義發(fā)專利(申請?zhí)?00710188410)《低密度支撐劑的制備方法及制備工藝》，周福建專利(申請?zhí)?01010278084)《一種纖維復合防砂材料及其制備方法》，分別利用植物纖維或有機纖維材料作為原料，有機固化免燒結(jié)成型或摻入壓裂液中起到防沙導油的作用。此類產(chǎn)品并非是真正意義上的高強度支撐劑。此外有研究者用FMS- A G型、FMS-(R)型樹脂包衣法制備壓裂支撐劑，其產(chǎn)品在減脆方面有所提高，但明顯在強度方面存在缺陷。燒結(jié)法是采用陶瓷原料和傳統(tǒng)的陶瓷工藝制備致密陶粒支撐劑的技術(shù)。以鋁礬土等礦物原料制備石油壓裂陶粒支撐劑的研制已有許多文獻和專利報道。高海利等[高強石油壓裂支撐劑的研制[J].陶瓷，2006，(10) 43-46]以攀枝花本地二灘鋁礬土、鋁礬土生料及高鈦型高爐渣為主要原料，研制成高強石油壓裂支撐劑。趙士鰲、吳伯麟等專利(申請?zhí)?01010143771. 8)，《一種無硅或低硅耐酸陶粒壓裂支撐劑的制備方法》；田小讓等專利(申請?zhí)?00710168057)《一種耐酸壓裂支撐劑的制備方法》；R.迪恩克爾、M.埃蒙茲等專利(申請?zhí)?00580030660. 3)《燒結(jié)球形顆?！返确謩e采用燒結(jié)法，以鋁礬土或氧化鋁為主料，添加長石、氧化鈦或是含有碳酸鋇或重晶石的助熔劑，制備出高強低密的支撐劑，提高了材料的強度和耐酸度。燒結(jié)法依然是目前制備支撐劑的主流方法。以燒結(jié)法制備支撐劑，采用的主料是鋁礬土，這對優(yōu)質(zhì)的資源是個極大的浪費，因此，以低成本的固體廢料大比例替代鋁礬土，制備壓裂陶粒支撐劑是國內(nèi)、外技術(shù)進步與發(fā)展的必然趨勢。這一方面，已有報道李慶維專利(申請?zhí)?01010552791.0)《一種利用油頁巖渣制備的石油支撐劑及其制備方法》以油頁巖渣替代了部分鋁礬土制備出符合國標的支撐劑。尹國勛等[利用赤泥等工業(yè)固體廢物制備陶粒[J].河南理工大學學報(自然科學版)，2008，27(4) =491-496] o田小讓專利(申請?zhí)?00710137758 . X) “利用赤泥制備耐酸壓裂支撐劑的方法”。張傳鎂專利(申請?zhí)?2134274. 1)“瓷渣陶粒及其制備方法”。張玉軍專利(申請?zhí)?00910015979. 9)“一種高強度石油壓裂支撐劑及其制備方法”，利用高氧化鋁含量的陶瓷輥棒廢料制備的石油壓裂支撐劑具有高強、耐酸的特點。翟冠杰等[高摻量粉煤灰燒結(jié)陶粒的試制[J].粉煤灰.2008，⑴42-43]試制了高摻量粉煤灰燒結(jié)陶粒。但其制備過程中并未引入或高溫反應(yīng)形成纖維(晶須)，從而合成復合型的支撐劑陶粒。支撐劑陶粒性能的優(yōu)劣，取決于產(chǎn)品的內(nèi)部顯微結(jié)構(gòu)，對此研究者已有充分的認識，并進行了一些有益的探索。李占剛專利(申請?zhí)朇N201010136972. 5)《低密度陶粒支撐劑及其制備方法》，改變成型方式，利用多層包殼的巧妙方式，合成具有內(nèi)芯和外殼的結(jié)核狀增強型的支撐劑，提高了產(chǎn)品性能，但成型方式過于復雜，操控性不強，影響了工業(yè)化生產(chǎn)和推廣應(yīng)用的前景。目前，低密高強低脆耐腐蝕成為支撐劑陶粒主要的研究趨勢，為實現(xiàn)這一目標，在支撐劑配方中引入了不同的高溫助熔劑并優(yōu)化陶粒成型的方式，一定程度上改善了支撐劑的力學性能，提高了材料的耐酸性和耐鹽性，盡管如此，依然不能從根本上解決陶粒支撐劑力學性能較差(脆性較大)的缺點。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)和手段的不足，提供一種利用藍晶石、硅線石和紅柱石制備壓裂支撐劑的方法。本發(fā)明通過纖維增強和顆粒增強兩種手段制備出高強高韌、低密度和低破損率的復合型壓裂支撐劑，使該產(chǎn)品能應(yīng)用于中、深層次的壓裂環(huán)境中，實現(xiàn)油氣增產(chǎn)的目的。為達到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是I)將藍晶石、硅線石、紅柱石中的一種或多種和氧化鋁粉分別放入球磨機中干磨，然后分別過120目篩；2)按質(zhì)量百分比將40% 55%過篩后的藍晶石、硅線石、紅柱石中的一種或多種、25% 35%的氧化鋁粉、5% 10%的鋰輝石、3% 8%的碳酸鋇和5% 10%氧化鋁短切纖維混合后加入到球磨罐中，再向球磨罐中加入質(zhì)量濃度為10%的樹膠水溶液混勻濕磨形成混合泥漿，泥漿過300目篩；3)將過篩后泥漿采用壓力式噴霧造粒機造粒，造粒形成的球形顆粒過18目和30目篩，將兩篩之間的篩余物顆粒收集待燒；
4)將待燒顆粒放入氧化鋁坩堝中，并置于硅碳棒電阻爐內(nèi)，以5°C /min 10°C /min的加熱速度自室溫升溫至1230°C,保溫0. 5h Ih,以5°C /min 7°C /min的加熱速度升溫至1350°C 1400°C，保溫2h 3h，隨爐自然冷卻后取出，過20目 40目篩，即得復合壓裂支撐劑。所述的步驟I)干磨是利用氧化鋁球石作為研磨介質(zhì)，控制磨球和原料的質(zhì)量比為(2 3) : I,分別球磨0. 5h 2h。所述的步驟2)濕磨是利用氧化鋁球石作為研磨介質(zhì)，控制磨球、混合料和樹膠水溶液的質(zhì)量比為(2 3) I (0. 3 0. 4)，研磨0. 5h 3h。
所述的步驟3)造粒噴霧造粒機進風溫度為300°C 500°C，熱風爐溫度為600°C 800°C，排風溫度為80°C 95°C，泥漿壓力為I. 2MPa I. 5MPa。所述的氧化鋁粉是工業(yè)用的a-氧化鋁(剛玉粉)，其剛玉含量> 98%，粉體粒經(jīng)< 10 u m。所述的氧化鋁短切纖維為氧化鋁含量在95%以上、由長纖維短切獲得的無渣單向延伸的纖維，其直徑在15 20iim，長度在50 100 iim。本發(fā)明所合成的細晶化和彌散化的復合支撐劑陶粒，其特征是它由基體相和增強相兩部分組成，基體相主要由石英、鋇長石和少量的玻璃相、氣孔相組成；增強相為細晶化的剛玉、外引入來的剛玉纖維、原位生成的莫萊石纖維相。材料的組成成分比(重量％)為增強相5 15%，基體相85 95%。本發(fā)明將復合材料的理念整合于非致密的陶粒支撐劑之中，能過引入纖維并輔以高溫反應(yīng)自生成的方式提供增強增韌所必需的纖維(晶須)，通過纖維增強和顆粒增強兩種手段制備出高強高韌、低密度和低破損率的復合型支撐劑陶粒，使該產(chǎn)品能應(yīng)用于中、深層次的壓裂環(huán)境中，實現(xiàn)油氣增產(chǎn)的最終目的。
具體實施例方式實施例I :I)將藍晶石和氧化鋁粉分別放入球磨機中干磨，利用氧化鋁球石作為研磨介質(zhì)，控制磨球和原料的質(zhì)量比為2 I,分別球磨0. 5h 2h然后分別過120目篩；2)按質(zhì)量百分比將40%過篩后的藍晶石、35%的氧化鋁粉、10%的鋰輝石、8%的碳酸鋇和7%氧化鋁短切纖維放入球磨罐中，再加入質(zhì)量濃度為10%的樹膠水溶液混勻利用氧化鋁球石作為研磨介質(zhì)，控制磨球、混合料和樹膠水溶液的質(zhì)量比為2 I 0.3，研磨0. 5h 3h形成混合泥漿，泥漿過300目篩；其中，氧化鋁粉是工業(yè)用的a-氧化鋁即剛玉粉，其剛玉含量> 98%，粉體粒經(jīng)<10um ;氧化鋁短切纖維的氧化鋁含量在95%以上、由長纖維短切獲得的無渣單向延伸的纖維，其直徑在15 — 20 ii m,長度在50 — 100 ii m ;3)將過篩后泥漿采用壓力式噴霧造粒機造粒，噴霧造粒機進風溫度為500°C，熱風爐溫度為800°C，排風溫度為95°C，泥漿壓力為I. 2MPa，造粒形成的球形顆粒過18目和30目篩，將兩篩之間的篩余物顆粒收集待燒；4)將待燒顆粒放入氧化鋁坩堝中，并置于硅碳棒電阻爐內(nèi)，以5°C /min的加熱速度自室溫升溫至1230°C，保溫0. 5h lh，以5°C /min的加熱速度升溫至1350°C，保溫2h 3h，隨爐自然冷卻后取出，過20目 40目篩，即得復合壓裂支撐劑。實施例2 I)將硅線石和氧化鋁粉分別放入球磨機中干磨，利用氧化鋁球石作為研磨介質(zhì)，控制磨球和原料的質(zhì)量比為2. 5 1，分別球磨0. 5h 2h然后分別過120目篩；2)按質(zhì)量百分比將55%過篩后的硅線石、25%的氧化鋁粉、5%的鋰輝石、5%的碳酸鋇和10%氧化鋁短切纖維放入球磨罐中，再加入質(zhì)量濃度為10%的樹膠水溶液混勻利用氧化鋁球石作為研磨介質(zhì)，控制磨球、混合料和樹膠水溶液的質(zhì)量比為2.5 I 0.35，研磨
0.5h 3h形成混合泥漿，泥漿過300目篩；其中，氧化鋁粉是工業(yè)用的a-氧化鋁即剛玉粉，其剛玉含量> 98%，粉體粒經(jīng)
<10um ;氧化鋁短切纖維的氧化鋁含量在95%以上、由長纖維短切獲得的無渣單向延伸的纖維，其直徑在15 — 20 ii m,長度在50 — 100 ii m ;3)將過篩后泥漿采用壓力式噴霧造粒機造粒，噴霧造粒機進風溫度為300°C，熱風爐溫度為600°C，排風溫度為80°C，泥漿壓力為I. 4MPa，造粒形成的球形顆粒過18目和30目篩，將兩篩之間的篩余物顆粒收集待燒；4)將待燒顆粒放入氧化鋁坩堝中，并置于硅碳棒電阻爐內(nèi)，以8°C /min的加熱速度自室溫升溫至1230°C，保溫0. 5h lh，以6°C /min的加熱速度升溫至1380°C，保溫2h 3h，隨爐自然冷卻后取出，過20目 40目篩，即得復合壓裂支撐劑。實施例3 I)將紅柱石和氧化鋁粉分別放入球磨機中干磨，利用氧化鋁球石作為研磨介質(zhì)，控制磨球和原料的質(zhì)量比為3 I,分別球磨0. 5h 2h然后分別過120目篩；2)按質(zhì)量百分比將54%過篩后的紅柱石、30%的氧化鋁粉、8%的鋰輝石、3%的碳酸鋇和5%氧化鋁短切纖維放入球磨罐中，再加入質(zhì)量濃度為10%的樹膠水溶液混勻利用氧化鋁球石作為研磨介質(zhì)，控制磨球、混合料和樹膠水溶液的質(zhì)量比為3 I 0.38，研磨
0.5h 3h形成混合泥漿，泥漿過300目篩；其中，氧化鋁粉是工業(yè)用的a-氧化鋁即剛玉粉，其剛玉含量> 98%，粉體粒經(jīng)<10um ;氧化鋁短切纖維的氧化鋁含量在95%以上、由長纖維短切獲得的無渣單向延伸的纖維，其直徑在15-20 u m,長度在50-100 u m ；3)將過篩后泥漿采用壓力式噴霧造粒機造粒，噴霧造粒機進風溫度為400°C，熱風爐溫度為700°C，排風溫度為88°C，泥漿壓力為I. 3MPa，造粒形成的球形顆粒過18目和30目篩，將兩篩之間的篩余物顆粒收集待燒；4)將待燒顆粒放入氧化鋁坩堝中，并置于硅碳棒電阻爐內(nèi)，以6°C /min的加熱速度自室溫升溫至1230°C，保溫0. 5h lh，以7V Mn的加熱速度升溫至1360°C，保溫2h 3h，隨爐自然冷卻后取出，過20目 40目篩，即得復合壓裂支撐劑。實施例4 I)將藍晶石、硅線石和氧化鋁粉分別放入球磨機中干磨，利用氧化鋁球石作為研磨介質(zhì)，控制磨球和原料的質(zhì)量比為2. 3 1，分別球磨0. 5h 2h然后分別過120目篩；2)按質(zhì)量百分比將20%過篩后的藍晶石、30%過篩后的硅線石、32%的氧化鋁粉、6%的鋰輝石、4%的碳酸鋇和8%氧化鋁短切纖維放入球磨罐中，再加入質(zhì)量濃度為10%的樹膠水溶液混勻利用氧化鋁球石作為研磨介質(zhì)，控制磨球、混合料和樹膠水溶液的質(zhì)量比為2.3 : I : 0.33，研磨0.5h 3h形成混合泥漿，泥漿過300目篩；其中，氧化鋁粉是工業(yè)用的a-氧化鋁即剛玉粉，其剛玉含量> 98%，粉體粒經(jīng)<10um ;氧化鋁短切纖維的氧化鋁含量在95%以上、由長纖維短切獲得的無渣單向延伸的纖維，其直徑在15 — 20 ii m,長度在50 — 100 ii m ;3)將過篩后泥漿采用壓力式噴霧造粒機造粒，噴霧造粒機進風溫度為350°C，熱風爐溫度為650°C，排風溫度為84°C，泥漿壓力為I. 5MPa，造粒形成的球形顆粒過18目和30目篩，將兩篩之間的篩余物顆粒收集待燒；4)將待燒顆粒放入氧化鋁坩堝中，并置于硅碳棒電阻爐內(nèi)，以7°C /min的加熱速度自室溫升溫至1230°C，保溫0. 5h lh，以5°C /min的加熱速度升溫至1390°C，保溫2h 3h，隨爐自然冷卻后取出，過20目 40目篩，即得復合壓裂支撐劑。實施例5 I)將藍晶石、硅線石、紅柱石和氧化鋁粉分別放入球磨機中干磨，利用氧化鋁球石作為研磨介質(zhì)，控制磨球和原料的質(zhì)量比為2. 8 I,分別球磨0. 5h 2h然后分別過120目篩；2)按質(zhì)量百分比將20%過篩后的藍晶石、10%過篩后的硅線石、15%過篩后的紅柱石中、28%的氧化鋁粉、10%的鋰輝石、7%的碳酸鋇和10%氧化鋁短切纖維放入球磨罐中，再加入質(zhì)量濃度為10%的樹膠水溶液混勻利用氧化鋁球石作為研磨介質(zhì)，控制磨球、混合料和樹膠水溶液的質(zhì)量比為2. 8 I 0.4，研磨0.5h 3h形成混合泥漿，泥漿過300目篩；其中，氧化鋁粉是工業(yè)用的a-氧化鋁即剛玉粉，其剛玉含量> 98%，粉體粒經(jīng)<10um ;氧化鋁短切纖維的氧化鋁含量在95%以上、由長纖維短切獲得的無渣單向延伸的纖維，其直徑在15 — 20 ii m,長度在50 — 100 ii m ;3)將過篩后泥漿采用壓力式噴霧造粒機造粒，噴霧造粒機進風溫度為450°C，熱風爐溫度為750°C，排風溫度為92°C，泥漿壓力為I. 2MPa，造粒形成的球形顆粒過18目和30目篩，將兩篩之間的篩余物顆粒收集待燒；4)將待燒顆粒放入氧化鋁坩堝中，并置于硅碳棒電阻爐內(nèi)，以10°C /min的加熱速度自室溫升溫至1230°C，保溫0. 5h lh，以5°C /min的加熱速度升溫至1370°C，保溫2h 3h，隨爐自然冷卻后取出，過20目 40目篩，即得復合壓裂支撐劑。實施例6 I)將硅線石、紅柱石和氧化鋁粉分別放入球磨機中干磨，利用氧化鋁球石作為研磨介質(zhì)，控制磨球和原料的質(zhì)量比為3 1，分別球磨0. 5h 2h然后分別過120目篩；2)按質(zhì)量百分比將28%過篩后的硅線石、20%過篩后的紅柱石、34%的氧化鋁粉、8%的鋰輝石、4%的碳酸鋇和6%氧化鋁短切纖維放入球磨罐中，再加入質(zhì)量濃度為10%的樹膠水溶液混勻利用氧化鋁球石作為研磨介質(zhì)，控制磨球、混合料和樹膠水溶液的質(zhì)量比為3:1: 0.4，研磨0.5h 3h形成混合泥漿，泥漿過300目篩；其中，氧化鋁粉是工業(yè)用的a-氧化鋁即剛玉粉，其剛玉含量> 98%，粉體粒經(jīng)<10um ;氧化鋁短切纖維的氧化鋁含量在95%以上、由長纖維短切獲得的無渣單向延伸的纖維，其直徑在15 — 20 ii m,長度在50 — 100 ii m ;3)將過篩后泥漿采用壓力式噴霧造粒機造粒，噴霧造粒機進風溫度為380°C，熱風爐溫度為680°C，排風溫度為90°C，泥漿壓力為I. 5MPa，造粒形成的球形顆粒過18目和30目篩，將兩篩之間的篩余物顆粒收集待燒；4)將待燒顆粒放入氧化鋁坩堝中，并置于硅碳棒電阻爐內(nèi)，以9°C /min的加熱速度自室溫升溫至1230°C，保溫0. 5h lh，以7V Mn的加熱速度升溫至1400°C，保溫2h 3h，隨爐自然冷卻后取出，過20目 40目篩，即得復合壓裂支撐劑。本發(fā)明利用三石(藍晶石、硅線石、紅柱石)為主料，以“調(diào)整化學成分+優(yōu)化顯微結(jié)構(gòu)”的思路，通過簡單易控的工藝操作，提供一種利用原位反應(yīng)自生成具有纖維狀晶體的同時，使纖維與生成的細小顆粒自彌散基體相之間進一步優(yōu)化形成纖維狀/粒狀復合陶瓷材料的制備方法，將“雙重彌散”技術(shù)與陶瓷復合技術(shù)相結(jié)合，既開發(fā)利用了三石，又改善支撐劑的化學組成，優(yōu)化陶粒的顯微結(jié)構(gòu)，克服陶瓷材料的脆性，有望進一步提高支撐劑材料的綜合性能。以三石(藍晶石、硅線石、紅柱石)為主料，引入氧化鋁纖維的同時，利用高溫反應(yīng)，原位自生成纖維狀3A1203 2Si02莫萊石晶體與瓷體中的粒狀晶體彌散強韌化的復合材料， 不但具有制造成本低廉，而且纖維狀的莫萊石具有較大的比表面積和表面能與顆粒狀的剛玉、方石英、鋇長石陶瓷基體依靠強有力的晶界力相結(jié)合，一方面纖維狀晶體分布在剛玉、方石英、鋇長石顆粒之間，形成纖維/顆粒彌散結(jié)構(gòu)(一次彌散)，另一方面，合成的剛玉晶體具“細晶化”結(jié)構(gòu)，均勻彌散在的方石英、鋇長石等晶體周圍(二次彌散)，形成了顆粒/顆粒二次彌散的疊加?！半p重彌散”導致了纖維/粒狀復合彌散結(jié)構(gòu)的形成，有效的改善了瓷體的顯微結(jié)構(gòu)，對提高瓷體的強度和韌性起到了決定性的作用，從而使該材料的綜合性能有了很大的提聞。在陶粒支撐劑配方中引入能在高溫下充分反應(yīng)形成纖維狀晶體的化學組份，以其作為必須的初始原料，經(jīng)過高溫反應(yīng)使纖維狀晶體與新形成粒狀晶體之間，合成了“雙重彌散”顯微結(jié)構(gòu)的復合材料。由于各個不同的相是在相同溫度、環(huán)境和條件下形成的，致使纖維增強相與顆粒相及氣孔相之間具有很好的應(yīng)力相容性和潤濕性，有效的改善和優(yōu)化了陶粒的顯微結(jié)構(gòu)，使該材料的綜合力學性能有了明顯的提高。本發(fā)明用高鋁三石(藍晶石、硅線石、紅柱石)作為主料制備石油壓裂支撐劑。藍晶石、硅線石、紅柱石(三石)是一組化學成份相同、構(gòu)造相異的三個同質(zhì)多象變體的無水鋁硅酸鹽礦物，同屬高鋁礦物原料；化學式均為Al2O3 SiO2或Al2SiO5，理論組成A1203，62. 93% ；Si02 , 37 . 07%。莫來石纖維的主要來源是高溫下SiO2和Al2O3反應(yīng)形成莫來石柱體或纖維，纖維相/顆粒相/氣孔相構(gòu)成了彌散態(tài)的顯微結(jié)構(gòu)。非a-Al2O3轉(zhuǎn)變成增強相的細粒剛玉，剛玉增強相也呈細晶一彌散態(tài)分布于鋇長石、方石英的周圍，形成了雙重彌散的顯微結(jié)構(gòu)。剛玉和莫來石的產(chǎn)生對支撐劑強度起到了決定性的作用，碳酸鋇參與了 Si02、Al203、Ba0的合成反應(yīng)形成BaAl2Si2O8單斜鋇長石，既提高了陶粒的強度和耐酸堿腐蝕的能力，又降低了支撐劑的耐壓破碎率，同時，對提高支撐劑的強度起到了有益的作用。本發(fā)明利用三石(藍晶石、硅線石、紅柱石)、氧化鋁粉、復合增強劑經(jīng)燒結(jié)工藝，通過高溫反應(yīng)在基體相和增強相同時合成，并使基體相“細晶化”、“彌散化”，增強相與基體相再次“彌散“，雙重彌散制備了復合支撐劑陶粒。由于該材料綜合了細晶化陶瓷材料和纖維材料的優(yōu)點，并使其中的氣孔相也呈彌散態(tài)均勻分布，一方面增加了陶粒的強度和韌性，另一方面有效降低了材料的密度和破損率，使該材料的綜合力學性能得到了進一步的提高。此外，引入一定量的鋰輝石，降低了燒成溫度，在快速燒成中實現(xiàn)了細晶化和彌散化，同時降低了生產(chǎn)成本。本發(fā)明不改變現(xiàn)有工藝，不增加任何設(shè)備，其產(chǎn)品的技術(shù)指標和使用性能完全符合石油天然氣行業(yè)標準SY/T5108-2006《壓裂支撐劑性能指標及評價測試方法》。本發(fā)明用三石作為主料制備復合型石油壓裂支撐劑，可以通過工藝條件控制高溫反應(yīng)，使石油壓裂支撐劑中既有高強度的彌散態(tài)粒狀晶體(鋇長石、方石英、剛玉)，又有增強增韌的纖維狀晶體(莫萊石、剛玉)，二者呈現(xiàn)彌散一細晶有序的微觀結(jié)構(gòu)，從而有效提高支撐劑的強度和耐酸度、降低其破碎率。形成性能優(yōu)異的支撐劑材料。本發(fā)明的效果體現(xiàn)在
(I)以復合材料的理念，同時引入碳酸鋇和氧化鋁纖維復合增強劑，使石油壓裂支撐劑中既有高強度的彌散一細晶態(tài)的粒狀/粒狀晶體結(jié)構(gòu)，又有增強增韌的纖維/粒狀彌散化的晶體結(jié)構(gòu)，從而有效改善了瓷體的顯微結(jié)構(gòu)，提高支撐劑的強度和耐酸腐蝕性，降低其破碎率。(2)利用三石制備復合型的支撐劑陶粒，有效擴大了主要原料的選擇范圍。(3)制備的壓裂支撐劑強度可達到95MPa 125MPa，具有強度高、質(zhì)輕、耐高溫、耐腐蝕等優(yōu)良特性，可作為中、深層油氣田壓裂支撐劑。表I為以藍晶石為主料于1400°C所制備的壓裂支撐劑陶粒樣品的性能指標。表I 1400°C所制備的壓裂支撐劑陶粒樣品的性能
權(quán)利要求
1.一種利用藍晶石、硅線石和紅柱石制備壓裂支撐劑的方法，其特征在于 I)將藍晶石、硅線石、紅柱石中的一種或多種和氧化鋁粉分別放入球磨機中干磨，然后分別過120目篩； 2)按質(zhì)量百分比將40% 55%過篩后的藍晶石、硅線石、紅柱石中的一種或多種、25% 35%的氧化鋁粉、5% 10%的鋰輝石、3% 8%的碳酸鋇和5% 10%氧化鋁短切纖維混合后加入到球磨罐中，再向球磨罐中加入質(zhì)量濃度為10%的樹膠水溶液混勻濕磨形成混合泥漿，泥漿過300目篩； 3)將過篩后泥漿采用壓力式噴霧造粒機造粒，造粒形成的球形顆粒過18目和30目篩，將兩篩之間的篩余物顆粒收集待燒； 4)將待燒顆粒放入氧化鋁坩堝中，并置于硅碳棒電阻爐內(nèi)，以5°C/min 10°C /min的加熱速度自室溫升溫至1230°C，保溫0. 5h lh，以5°C /min 7V /min的加熱速度升溫至1350°C 1400°C，保溫2h 3h，隨爐自然冷卻后取出，過20目 40目篩，即得復合壓裂支撐劑。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的利用藍晶石、硅線石和紅柱石制備壓裂支撐劑的方法，其特征在于所述的步驟I)干磨是利用氧化鋁球石作為研磨介質(zhì)，控制磨球和原料的質(zhì)量比為(2 3) : I,分別球磨0. 5h 2h。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的利用藍晶石、硅線石和紅柱石制備壓裂支撐劑的方法，其特征在于所述的步驟2)濕磨是利用氧化鋁球石作為研磨介質(zhì)，控制磨球、混合料和樹膠水溶液的質(zhì)量比為(2 3) I (0. 3 0. 4)，研磨0. 5h 3h。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的利用藍晶石、硅線石和紅柱石制備壓裂支撐劑的方法，其特征在于所述的步驟3)造粒噴霧造粒機進風溫度為300°C 500°C，熱風爐溫度為600°C 800°C，排風溫度為80°C 95°C，泥漿壓力為I. 2MPa I. 5MPa。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的利用藍晶石、硅線石和紅柱石制備壓裂支撐劑的方法，其特征在于所述的氧化鋁粉是工業(yè)用的a -氧化鋁(剛玉粉)，其剛玉含量> 98 %，粉體粒經(jīng)< 10 u m0
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的利用藍晶石、硅線石和紅柱石制備壓裂支撐劑的方法，其特征在于所述的氧化鋁短切纖維為氧化鋁含量在95%以上、由長纖維短切獲得的無渣單向延伸的纖維，其直徑在15 - 20iim，長度在50 - IOOum0
全文摘要
一種利用藍晶石、硅線石和紅柱石制備壓裂支撐劑的方法，將藍晶石、硅線石、紅柱石中的一種或多種與氧化鋁粉、鋰輝石、碳酸鋇和氧化鋁短切纖維混合后加入樹膠水溶液混勻濕磨后造粒，將顆粒放入氧化鋁坩堝中，并置于硅碳棒電阻爐內(nèi)，以5℃/min～10℃/min的加熱速度自室溫升溫至1230℃，保溫0.5h～1h，以5℃/min～7℃/min的加熱速度升溫至1350℃～1400℃，保溫2h～3h，隨爐自然冷卻后取出，過20目～40目篩，即得復合壓裂支撐劑。本發(fā)明引入氧化鋁短切纖維，將復合材料的理念整合于非致密的陶粒支撐劑之中，并輔以高溫反應(yīng)自生成的方式提供增強增韌所必需的纖維(晶須)，通過纖維增強和顆粒增強兩種手段制備出高強高韌、低密度和低破損率的復合型壓裂支撐劑。
文檔編號C04B35/80GK102718530SQ20121020133
公開日2012年10月10日 申請日期2012年6月18日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月18日
發(fā)明者陳平 申請人:陜西科技大學