一種以焦寶石為原料的低密度支撐劑及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種以焦寶石為原料的低密度支撐劑及其制備方法。該支撐劑采用焦寶石生料、欠燒焦寶石、易磨砂巖三種原料簡單復配另加少量助劑，經(jīng)濕法球磨、陳腐、干燥、造粒、烘干燒成和拋光制成。本發(fā)明干燥采用底部進物料及干燥熱風，外加內部粉碎裝置的干燥工藝，省去了噴霧干燥及打粉機，節(jié)約投資，凈化工作環(huán)境。本發(fā)明利用焦寶石生、熟料復配，發(fā)揮各自優(yōu)勢。利用焦寶石生料容易球磨，其燒失成份形成氣孔，降低支撐劑密度；利用欠燒焦寶石尾礦里已形成的莫來石，分散開玻璃相和起增強作用；利用砂巖帶入SiO2，與焦寶石生料中的氧化鋁反應生產(chǎn)玻璃相，既有利于提高對莫來石相的粘結能力，又有利于將焦寶石燒失形成的氣孔封閉住。
【專利說明】一種以焦寶石為原料的低密度支撐劑及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種石油、天然氣、頁巖氣開采用低密度支撐劑及其制備方法，屬于新材料【技術領域】。
【背景技術】
[0002]支撐劑是水力壓裂開采石油、天然氣的核心材料。它隨壓力液一起經(jīng)高壓注入油氣井的地下巖層，當巖層在高壓下被壓裂后，支撐劑填充于巖層縫隙中，從而對壓裂形成的油氣通道在壓裂過程終止后仍保持通暢狀態(tài)，以獲得高的導流能力和保持油氣井的連續(xù)高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)和延長油氣井的開采壽命。支撐劑的抗破碎能力或強度是其重要性能指標之一。此外，支撐劑的密度對壓裂技術非常重要。在填充空隙體積相同的情況下，低密度支撐劑的使用可減少支撐劑的用量；另一方面，為保證支撐劑在壓裂液中處于懸浮分散狀態(tài)，采用低密度支撐劑時，可使用低密度的壓裂液，從而可降低壓裂液的原料及壓裂成本，并提高壓裂效率。 [0003]為滿足壓裂支撐劑的強度要求，傳統(tǒng)壓裂支撐劑主要是采用鋁礬土為原料制備的高鋁組成體系，其中氧化鋁含量高達70%以上。由于優(yōu)質鋁礬土資源日益匱乏，尋找其它含鋁原料已成為陶粒支撐劑行業(yè)的當務之急。專利CN201210116790.0公開了利用低品位鋁礬土制備陶粒支撐劑的方法；專利20091005979.9公開了利用陶瓷輥棒廢料、赤泥及粉煤灰為原料制備適合中深井的壓裂支撐劑；專利200910016599.7公開了利用廢氧化鋁吸附劑為原料制備高密度超高強度支撐劑的方法；這些方法擴大了陶粒支撐劑的原料來源。
[0004]焦寶石是我國淄博地區(qū)出產(chǎn)的一種優(yōu)質硬質耐火粘土，其氧化鋁含量在38%左右，煅燒后可達44%。從組成上看，焦寶石有替代鋁礬土制備陶粒支撐劑的可能。通常使用都是焦寶石熟料，如申請?zhí)枮?201310452362.X,201310439049.2,201080042431.4 及201010157346.4等專利所述。但焦寶石質地很硬，焦寶石熟料干法難以磨細，濕法研磨時，由于粘土粘性增加，焦寶石熟料內核難以磨到，常需要研磨很長研磨時間和/或需要加入分散劑、助磨劑等，這既增加能耗，又增加成本。此外，焦寶石熟料中以莫來石為主晶相，其密度高達3.11-3.26，這對制備低密度支撐劑是極其不利的。
[0005]為利用焦寶石制備陶粒支撐劑，必須首先解決焦寶石熟料在支撐劑生產(chǎn)過程中研磨難等問題。本發(fā)明以焦寶石生料為主(焦寶石生料含量大于50%)，可提高研磨效率，同時結合添加易磨砂巖，使二組分同時磨細，從而降低焦寶石濕法磨細后的粘性，提高漿料分散性和研磨效率。此外，焦寶石生料具有高的燒失，有助于在支撐劑中形成氣孔，并且由于砂巖引入的二氧化硅能與焦寶石生料引入的氧化鋁生成玻璃相，有利于降低支撐劑的密度。為在降低密度的同時，提高支撐劑的強度，在焦寶石生料與易磨砂巖的復合體系中，添加少量欠燒的焦寶石熟料，利用其生成的少量活性莫來石為形核，促進支撐劑燒成時莫來石的形成，并起到分散和增強玻璃相的作用，從而省去支撐劑表面涂布或添加鈦精礦、鋯英砂、氧化鋁等礦物成份作為強度添加劑等措施。
[0006]目前陶粒支撐劑主要采用燒結法生產(chǎn)。其主要工藝過程包括:原料預處理一配料一制粉一制球一燒結。其中，制粉環(huán)節(jié)對于后續(xù)的支撐劑球坯的滾制成型極為重要。傳統(tǒng)的制粉工藝主要有三種。一種是干磨工藝，采用球磨機、雷蒙磨等球磨設備，此法所得粉體較粗，且由于不同原料耐磨性不同，粉體的粒度分布寬；此外，干磨球磨能耗高，設備磨損大。第二種工藝是濕法球磨工藝，此法所得粉體粒度細，粉體較均勻。目前，此工藝占主導地位。但也存在一些缺點，即濕法球磨后泥漿需經(jīng)進一步的噴霧干燥，傳統(tǒng)的噴霧干燥都是上部進干燥用熱風，中部進泥漿，或上部同時進熱風及泥漿，此時形成的粉體顆粒粒徑大、空心顆粒多，不利于支撐劑滾制成球所要求的粒度，為此，在噴霧干燥后，尚需經(jīng)過高速粉碎機打粉工序。這既增加設備、廠房投資，又增加能耗，并給車間增加粉塵污染。

【發(fā)明內容】

[0007]本發(fā)明提供了一種低密度支撐劑及其制備方法。該支撐劑采用焦寶石生料、欠燒焦寶石、易磨砂巖三種原料簡單復配配方另加少量助劑，經(jīng)濕磨、干燥、制球、烘干燒成和拋光制成。實現(xiàn)低投資、簡單化生產(chǎn)同時具有低密度和高強度的陶粒支撐劑。
[0008]本發(fā)明的技術方案是:一種以焦寶石為原料的低密度支撐劑，其特征是，由下述重量比的原料制成:焦寶石生料52飛5%，欠燒焦寶石2~16%，易磨砂巖32~46%，所述焦寶石生料、欠燒焦寶石和易磨砂巖的總量為100% ;在此基礎上另外加入0.5^3%的熔劑；所述熔劑為白云石、石灰石、堿式碳酸鎂中的一種或多種。
[0009]焦寶石生料的化學組成(重量比)=Al2O337.5-39.0%，SiO2 44-45%，F(xiàn)e2O3
0.8-0.9%, TiO2 0.5-0.8% ;燒失 13-15%。
[0010]欠燒焦寶石是由焦寶石生料煅燒而成，煅燒溫度120(Tl45(rC，煅燒時間0.5^1小時;其化學組成(重量比)=Al2O3 45-48%, SiO2 47-50%，F(xiàn)e2O3 1.0-1.2%, TiO2 0.6-0.9% ;燒失 0.3-0.6%ο
[0011]易磨砂巖，可以是風化的砂巖、河海沉積砂、砂巖礦粉磨后的細粉料(≦0.1mm)，含SiO2 92~98%。
[0012]制備方法:將上述主料和熔劑復配后，經(jīng)粉料濕法球磨、濕磨泥漿池陳腐、干燥、造粒、烘干燒成和拋光步驟制成，其特征是，所述干燥在干燥塔中進行，所述干燥塔的底部加裝有粉碎裝置，所述熱風進口和物料進口設置于干燥塔底部的相對兩側，且物料進口的設置位置高于熱風進口。熱風從干燥塔的塔體底部鼓入，漿料從另一側物料進口噴入，熱風將漿料干燥，經(jīng)干燥塔干燥后的顆粒落入粉碎設備打碎，然后隨熱風上升至粉料出口被帶出并被收集。從而可以將專利CN201210116790.0中的噴霧干燥和粉料打散工序合二為一。
[0013]上述濕法球磨、濕磨泥漿池陳腐、造粒、烘干燒成和拋光步驟的具體方法可以采用專利CN201210116790.0公開的方法進行。
[0014]進一步地，上述粉碎裝置包括粉碎轉盤、底篩板、傳動皮帶和電動機依次相連，在電動機作用下，傳動皮帶帶動粉碎轉盤轉動，將底篩板內的物料粉碎。
[0015]進一步地，干燥塔熱風進口溫度200~400 °C，出口溫度6(Tl30°C。
[0016]進一步地，濕磨泥漿從干燥塔底部泵入干燥塔，泵送壓力0.3^06 MPa。
[0017]本發(fā)明的有益效果是:
(I)焦寶石生、熟料復配，發(fā)揮各自優(yōu)勢。利用焦寶石生料的燒失成份形成氣孔，降低支撐劑密度；此外使用較多焦寶石生料，有利于物料研磨；利用欠燒焦寶石尾礦里已形成的莫來石，分散開玻璃相和起增強作用；
(2)利用砂巖帶入SiO2，與焦寶石生料中的氧化鋁反應生產(chǎn)玻璃相，既有利于提高對莫來石相的粘結能力，又有利于提高粘度，將焦寶石燒失形成的氣孔封閉?。?br> (3)易磨砂巖和焦寶石生料容易球磨，具有極佳的節(jié)能效果；
(4)采用底部進物料及干燥熱風，外加內部粉碎裝置的干燥工藝，可提高粉體干燥效率，減小粉體粒徑，同時省去了噴霧干燥及打粉機，節(jié)約投資，凈化工作環(huán)境。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]圖1為本發(fā)明的干燥塔結構示意圖；
附圖標記:1、塔體，2、粉碎轉盤，3、底篩板，4、傳動皮帶，5、電動機，6、熱風進口，7、粉料出口，8、物料進口。
【具體實施方式】
[0019]如圖1所示，本發(fā)明干燥塔包括塔體1，所述的塔體I底部設置有粉碎裝置，所述粉碎裝置包括粉碎轉盤2、底篩板3、傳動皮帶4和電動機5依次相連，在電動機5作用下，傳動皮帶4帶動粉碎轉盤2轉動，將底篩板3內的物料粉碎；所述塔體一側底篩板3的下部設置有熱風進口 6 ;所述塔體另一側粉碎轉盤2的頂部設置有物料進口 8 ;所述塔體I的頂部一側設置有物料出口 7。
[0020]熱風從干燥塔 的塔體I底部鼓入，漿料從另一側物料進口 8噴入，熱風將漿料干燥，經(jīng)干燥塔干燥后的顆粒落入粉碎底盤2被打碎，然后隨熱風上升至粉料出口 7被帶出并被收集。從而可以將專利CN201210116790.0中的噴霧干燥和粉料打散工序合二為一。
[0021]實施例1
(I)主料(重量比):焦寶石生料54%，輕燒焦寶石8%，易磨砂巖38%;
其中焦寶石生料的化學組成(重量比)=Al2O3 38.5%，SiO2 44.5%, Fe2O3 0.89%, K2O
0.1%，Na2O 0.12%, CaO 0.12%, MgO 0.18%, TiO2 0.6% ;燒失 14.2% ；
欠燒焦寶石組成(重量比):由焦寶石生料煅燒而成；煅燒溫度120(Tl45(rC，煅燒時間 0.5~I 小時；其化學成分組成為:A1203 46.52%, SiO2 48.9%, Fe2O3 1.1%，K2O 0.15%, Na2O
0.17，CaO 0.31%, MgO 0.31%, TiO2 0.75% ;燒失 0.5% ；
易磨砂巖(重量比):砂巖礦粉磨后的細粉料，含SiO2 95%。
[0022]溶劑(重量比):石灰石2%。
[0023]將主料與熔劑混合形成混合料。
[0024](2)混合料:氧化鋁球研磨介質:水=1:2.0~3.52:0.45~1.2的重量比混合后，置于球磨機中濕磨5~30小時成為泥漿，使泥漿粒度達到5~20微米，放入泥漿池陳腐；
(3)陳腐后所得泥漿從干燥塔底部泵入干燥塔，泵送壓力0.3^06 MPa，經(jīng)干燥得到水份為0.5~4%的顆粒。干燥塔熱風進口溫度200~400 °C，出口溫度6(Tl30°C。
[0025](4)將上述所得粉料入倉后，轉入圓盤制粒機中，在制粒機單向勻速轉動下，用水噴霧滾制造粒，顆粒經(jīng)篩分得到半成品坯球；然后將半成品坯球送入烘干-燒成綜合系統(tǒng)(CN201210116790.0的圖1所示)中，于120(Tl450°C下保溫時間2~4小時得到成品，對成品進行拋光處理，增加支撐劑陶粒的表面光滑度。所得產(chǎn)品的性能指標如表1所示。[0026]實施例2
(I)主料(重量比):焦寶石生料52%，輕燒焦寶石14%，易磨砂巖34%，各原料的組成成分同實施例1。
[0027]熔劑(重量比):堿式碳酸鎂0.5%。
[0028](2)制備方法同實施例1。所得產(chǎn)品的性能指標如表1所示。
[0029]實施例3
(I)主料(重量比):焦寶石生料53%，輕燒焦寶石2%，易磨砂巖45%，各原料的組成成分同實施例1。
[0030]熔劑(重量比):白云石1.5%。
[0031](2)制備方法同實施例1。所得產(chǎn)品的性能指標如表1所示。
[0032]實施例4
(I)主料(重量比):焦寶石生料65%，輕燒焦寶石2%，易磨砂巖33%，各原料的組成成分同實施例1。
[0033]溶劑:石灰石2%、白z?石0.5%。
[0034](2)制備方法同實施例1。所得產(chǎn)品的性能指標如表1所示。
[0035]按照石油天然氣行業(yè)標準《壓裂支撐劑性能測試推薦方法》SY/T5108-2006對實施例1-4制作的陶粒支撐劑產(chǎn)品進行測試，主要性能指標如下。
【權利要求】
1.一種以焦寶石為原料的低密度支撐劑，其特征是，由下述重量比的原料制成:焦寶石生料52飛5%，欠燒焦寶石2~16%，易磨砂巖32~46%，所述焦寶石生料、欠燒焦寶石和易磨砂巖的總量為100% ;在此基礎上另外加入0.5~3%的熔劑；所述熔劑為白云石、石灰石、堿式碳酸鎂中的一種或多種。
2.如權利要求1所述的一種以焦寶石為原料的低密度支撐劑，其特征是，所述焦寶石生料的化學組成按重量比如下:Al2O3 37.5-39.0%，SiO2 44-45%，F(xiàn)e2O3 0.8-0.9%，TiO20.5-0.8% ;燒失 13-15%。
3.如權利要求1所述的一種以焦寶石為原料的低密度支撐劑，其特征是，所述欠燒焦寶石是由焦寶石生料煅燒而成，煅燒溫度120(Tl45(rC，煅燒時間0.5^1小時。
4.如權利要求3所述的一種以焦寶石為原料的低密度支撐劑，其特征是，所述欠燒焦寶石的化學組成按重量比如下=Al2O3 45-48%，SiO2 47-50%，F(xiàn)e2O3 1.0-1.2%, TiO20.6-0.9% ;燒失 0.3-0.6%ο
5.如權利要求1所述的一種以焦寶石為原料的低密度支撐劑，其特征是，所述易磨砂巖為風化的砂巖、河海沉積砂或砂巖礦粉磨后的細粉料，含SiO2 92~98%。
6.一種制備權利要求1-5中任意一項所述的低密度支撐劑的方法，經(jīng)復配、粉料濕法球磨、濕磨泥漿池陳腐、干燥、造粒、烘干燒成和拋光步驟制成低密度支撐劑，其特征是，所述干燥在干燥塔中進行，所述干燥塔的底部加裝有粉碎裝置，所述熱風進口和物料進口設置于干燥塔底部的相對兩側，且物料進口的設置位置高于熱風進口 ；熱風從干燥塔的塔體底部鼓入，陳腐后的濕磨泥漿從另一側物料進口噴入，熱風將濕磨泥漿干燥，經(jīng)干燥塔干燥后的顆粒落入粉碎設備打碎，然后隨熱風上升至粉料出口被帶出并被收集。
7.如權利要求6所述的制備方法，其特征是，所述粉碎裝置包括粉碎轉盤、底篩板、傳動皮帶和電動機依次相連，在電 動機作用下，傳動皮帶帶動粉碎轉盤轉動，將底篩板內的物料粉碎。
8.如權利要求6或7所述的制備方法，其特征是，所述干燥塔熱風進口溫度200-400°C，出口溫度60~130°C。
9.如權利要求6或7所述的制備方法，其特征是，所述濕磨泥漿進干燥塔的泵送壓力為0.3^06 MPa。
【文檔編號】C04B32/00GK103756665SQ201410037940
【公開日】2014年4月30日 申請日期:2014年1月25日 優(yōu)先權日:2014年1月25日
【發(fā)明者】趙友誼, 曾華生, 王晉槐, 王浩, 蒙傳幼, 王 琦, 陳云建, 孫懷亮, 陳虎 申請人:金剛新材料股份有限公司