陶粒支撐劑組合物和陶粒支撐劑及其制備方法和應(yīng)用的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種陶粒支撐劑組合物，其中，該組合物含有鋁礬土、氧化錳、氧化鎂、氧化鐵和燒結(jié)添加劑。本發(fā)明還公開一種陶粒支撐劑的制備方法，該方法包括：將上述陶粒支撐劑組合物與水進(jìn)行接觸，并進(jìn)行造粒和燒結(jié)。本發(fā)明還公開上述方法制得的陶粒支撐劑及其在油井氣井壓裂中的應(yīng)用。本發(fā)明中，通過所述組合物中的各個(gè)組分的協(xié)同作用，能夠獲得在86MPa的閉合壓力下具有小于3%的破碎率，且具有大于3.3g/cm3的視密度和大于2.5g/cm3的體密度的，適于用于油井氣井壓裂中的，具有良好圓球狀的超高強(qiáng)度高密度的陶粒支撐劑。
【專利說明】陶粒支撐劑組合物和陶粒支撐劑及其制備方法和應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種陶粒支撐劑組合物，由該組合物制備得到的陶粒支撐劑及其制備方法和應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002]支撐劑是油氣深井、超深井的壓裂工藝中的關(guān)鍵材料，對提高油氣產(chǎn)量和延長油、氣井的使用壽命有著重要作用。用于壓裂工藝的支撐劑主要分為天然支撐劑和人造支撐劑兩大類型，天然支撐劑主要以石英砂為代表，人造支撐劑以陶粒和樹脂包層砂為代表。由于作為天然支撐劑的石英砂雜質(zhì)含量較高且抗壓強(qiáng)度低，難以滿足高閉合壓力下的油井開采的要求。而作為人造支撐劑的陶粒支撐劑產(chǎn)品大都采用經(jīng)過600-1000°C焙燒后的鋁礬土作基料，其制作成本高、能源的消耗高、資源的利用率低，并且難以制得滿足超高強(qiáng)度高密度的陶粒支撐劑的要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有的陶粒支撐劑的制備工藝中存在的成本高、耗能大、難以獲得超高強(qiáng)度高密度的陶粒支撐劑等缺陷，提供一種能夠低成本地、低能耗地獲得超高強(qiáng)度高密度的陶粒支撐劑的陶粒支撐劑組合物、陶粒支撐劑及其制備方法。
[0004]本發(fā)明提供一種陶粒支撐劑組合物，其中，該組合物含有鋁礬土、氧化錳、氧化鎂、氧化鐵和燒結(jié)添加 劑。
[0005]本發(fā)明還提供了一種陶粒支撐劑的制備方法，其中，該方法包括:將上述陶粒支撐劑組合物與水進(jìn)行接觸，并進(jìn)行造粒和燒結(jié)。
[0006]本發(fā)明還提供了由上述制備方法制得的陶粒支撐劑。
[0007]本發(fā)明還提供了上述陶粒支撐劑在油井氣井壓裂中的應(yīng)用。
[0008]通過本發(fā)明的陶粒支撐劑組合物，無需采用經(jīng)過高溫焙燒的鋁釩土作為基料，因此其制備成本較低。并且本發(fā)明的陶粒支撐劑在86MPa的閉合壓力下具有小于3%的破碎率，且具有大于3.3g/cm3的視密度和大于2.5g/cm3的體密度，其是一種具有良好圓球狀的超高強(qiáng)度高密度的陶粒支撐劑，特別適用于油井氣井的壓裂。
[0009]本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點(diǎn)將在隨后的【具體實(shí)施方式】部分予以詳細(xì)說明。
【具體實(shí)施方式】
[0010]以下對本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】進(jìn)行詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解的是，此處所描述的【具體實(shí)施方式】僅用于說明和解釋本發(fā)明，并不用于限制本發(fā)明。
[0011]本發(fā)明提供一種陶粒支撐劑組合物，其中，該組合物含有鋁礬土、氧化錳、氧化鎂、氧化鐵和燒結(jié)添加劑。
[0012]根據(jù)本發(fā)明，盡管當(dāng)所述陶粒支撐劑組合物中含有鋁礬土、氧化錳、氧化鎂、氧化鐵和燒結(jié)添加劑即可低成本地、低能耗地獲得較高密度、較高強(qiáng)度的陶粒支撐劑，但是優(yōu)選情況下，以100重量份的所述鋁礬土為基準(zhǔn)，氧化錳的含量為0.5-7重量份，氧化鎂的含量為0.2-2.5重量份，氧化鐵的含量為0.1-3.5重量份，所述燒結(jié)添加劑的含量為0.5-3重量份。更優(yōu)選地，以100重量份的所述鋁礬土為基準(zhǔn)，氧化錳的含量為1-6重量份，氧化鎂的含量為0.3-2重量份，氧化鐵的含量為0.1-3重量份，所述燒結(jié)添加劑的含量為0.8-1.5重量份。更進(jìn)一步優(yōu)選地，以100重量份的所述鋁礬土為基準(zhǔn)，氧化錳的含量為1-2重量份，氧化鎂的含量為0.3-1重量份，氧化鐵的含量為0.1-0.5重量份，所述燒結(jié)添加劑的含量為
0.8-1重量份。通過上述的組成可以獲得更高強(qiáng)度更高密度的優(yōu)良的陶粒支撐劑。
[0013]根據(jù)本發(fā)明，所述鋁礬土可以為本領(lǐng)域公知的能夠用于制備高強(qiáng)度高密度陶粒支撐劑的鋁土礦。通 常所述鋁礬土中含有氧化鋁、二氧化硅、氧化鈦等，其中，所述鋁礬土中含有的氧化鋁可以在燒結(jié)過程中形成剛玉相、莫來石相等。為了獲得高密度高強(qiáng)度的陶粒支撐劑，優(yōu)選采用氧化鋁含量較高的鋁礬土，優(yōu)選地，本發(fā)明中采用的鋁礬土含有75重量％以上的氧化鋁，更優(yōu)選含有75-85重量％的氧化鋁。當(dāng)所述鋁礬土中含有上述含量的氧化鋁時(shí)，可以在后述制備陶粒支撐劑的燒結(jié)過程中獲得較多的剛玉相，從而更可以獲得高密度和高強(qiáng)度的陶粒支撐劑。
[0014]在本發(fā)明的一種優(yōu)選實(shí)施方式中，所述鋁礬土的組成為:75-85重量％的氧化鋁，5-10重量％的二氧化硅，0.5-1.5重量％的氧化鈣，1.2-5重量％的三氧化二鐵。
[0015]根據(jù)本發(fā)明，所述鋁礬土優(yōu)選為顆粒狀，且粒徑為0.044mm以下。所述顆粒狀的鋁礬土可以通過將鋁礬土進(jìn)行研磨而得到。另外，更優(yōu)選在進(jìn)行研磨之前對所述鋁礬土進(jìn)行干燥，所述干燥的溫度可以為100-200°C。通過將所述鋁礬土干燥后，可以去除其中含有的水分，有利于將其研磨為均勻的較細(xì)粉末，同時(shí)不會(huì)因過多的水分而導(dǎo)致結(jié)塊，還可以使得所述陶粒支撐劑組合物中的各個(gè)組分混合得更為均勻。
[0016]根據(jù)本發(fā)明，由于所述陶粒支撐劑組合物中含有氧化錳(MnO)、氧化鎂(MgO)和氧化鐵(Fe203)，因而在后述制備陶粒支撐劑的燒結(jié)過程中，所述陶粒支撐劑組合物中錳、鎂和鐵原子可以與鋁原子形成固溶體，其固溶體在高溫下填補(bǔ)孔隙，使得陶粒支撐劑致密化，從而與氧化鋁形成的剛玉相和莫來石相一起構(gòu)成了陶粒支撐劑的主體，增大其強(qiáng)度和燒結(jié)性能。
[0017]根據(jù)本發(fā)明，所述陶粒支撐劑組合物中含有燒結(jié)添加劑。所述燒結(jié)添加劑可以是本領(lǐng)域常規(guī)的用于燒結(jié)陶粒支撐劑的添加劑的一種或多種，優(yōu)選地，所述燒結(jié)添加劑為硅酸鹽和/或偏鋁酸鹽，更優(yōu)選為硅酸鹽和偏鋁酸鹽。
[0018]在本發(fā)明中，所述硅酸鹽例如可以為硅酸鈉、硅酸鉀、硅酸鈣、硅酸鎂、硅酸鋁和硅酸鋅等中的一種或多種；所述偏鋁酸鹽例如可以為偏鋁酸鈉、偏鋁酸鉀、偏鋁酸鈣和偏鋁酸鎂等中的一種或多種。當(dāng)陶粒支撐劑組合物中添加有燒結(jié)添加劑，特別是上述組成的燒結(jié)添加劑時(shí)，將該陶粒支撐劑組合物用于燒結(jié)制備陶粒支撐劑，可以進(jìn)一步獲得增加陶粒支撐劑強(qiáng)度的效果。
[0019]根據(jù)本發(fā)明的一種優(yōu)選實(shí)施方式，所述燒結(jié)添加劑含有50-80重量％的娃酸鹽和20-50重量％的偏鋁酸鹽。
[0020]根據(jù)本發(fā)明，所述陶粒支撐劑組合物中還可以添加本領(lǐng)域常規(guī)用于陶粒支撐劑中的添加劑，所述添加劑例如可以膨潤土、硼化物和白云石等中的一種或多種。
[0021]本發(fā)明還提供了一種陶粒支撐劑的制備方法，其中，該方法包括:將上述陶粒支撐劑組合物與水進(jìn)行接觸，并進(jìn)行造粒和燒結(jié)。
[0022]在本發(fā)明中，所采用的鋁礬土無需經(jīng)過高溫焙燒(如600-100(TC下的焙燒處理)，而是直接干燥研磨后使用，在與所述陶粒支撐劑組合物中其他組分的協(xié)同作用下，可以獲得高密度和高強(qiáng)度的陶粒支撐劑，從而降低了成產(chǎn)能耗和生產(chǎn)成本。
[0023]根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選在將所述陶粒支撐劑組合物與水接觸前，將所述陶粒支撐劑組合物中的各個(gè)組分混合均勻。所述接觸可以在任何容器中進(jìn)行，優(yōu)選在成球機(jī)中接觸，這樣便可快速地將與水進(jìn)行接觸的所述陶粒支撐劑組合物進(jìn)行造粒。優(yōu)選地，所述水以霧化水汽的形式加入成球機(jī)中與所述陶粒支撐劑組合物進(jìn)行接觸。所述水的用量并沒有特別地限制，可以根據(jù)不同的陶粒支撐劑的球粒粒徑進(jìn)行調(diào)整，優(yōu)選地，以100重量份的所述組合物為基準(zhǔn)，所述水的用量為0.5-6重量份，更優(yōu)選為2-4重量份。
[0024]根據(jù)本發(fā)明，在成球機(jī)中與水進(jìn)行接觸的所述陶粒支撐劑組合物可以制備成球粒。在成球機(jī)中，優(yōu)選控制200-500rpm的轉(zhuǎn)速進(jìn)行造粒，為了達(dá)到增加陶粒強(qiáng)度的目的，優(yōu)選所述造粒所得的球粒的粒徑為0.45-0.95_。當(dāng)制得的陶粒支撐劑具有該范圍的粒徑時(shí)，可以獲得在86MPa壓力下，陶粒支撐劑仍可保持低破碎率的壓裂支撐的效果。
[0025]根據(jù)本發(fā)明，將上述造粒的后的球粒進(jìn)行燒結(jié)，所述燒結(jié)可以在本領(lǐng)域常規(guī)的燒結(jié)裝置中進(jìn)行，例如磚窯中。所述燒結(jié)的條件可以為本領(lǐng)域常規(guī)的用于燒結(jié)的條件，為了獲得優(yōu)良的陶粒支撐劑，本發(fā)明中優(yōu)選所述燒結(jié)的條件包括:溫度為1100-1600°C，時(shí)間為
2-4小時(shí)。更優(yōu)選地，所述燒結(jié)的條件包括:溫度為1200-1500°C，時(shí)間為2-3.5小時(shí)。
[0026]本發(fā)明還提供了由上述制備方法制得的陶粒支撐劑。 [0027]根據(jù)本發(fā)明，所制得的陶粒支撐劑在86MPa的閉合壓力下具有小于3%的破碎率，且具有大于3.3g/cm3的視密度和大于2.5g/cm3的體密度，其是一種具有良好圓球狀的超高強(qiáng)度高密度的陶粒支撐劑。
[0028]本發(fā)明還提供了上述陶粒支撐劑在油井氣井壓裂中的應(yīng)用。
[0029]以下將通過實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述。
[0030]以下實(shí)施例中，成球機(jī)為寶雞中藥機(jī)械廠制備的YK-60型號(hào)的成球機(jī)；
[0031]破碎率、體積密度、視密度通過中國石油化工集團(tuán)公司企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)Q/SH0051-2007進(jìn)行測量；
[0032]圓度和球度根據(jù)SY/T5108-2006《壓裂支撐劑性能指標(biāo)及測試推薦方法》中的方法進(jìn)行測量；
[0033]鋁礬土的組成為:83重量％的氧化鋁，10重量％的二氧化硅，I重量％的氧化鈣，4重量％的三氧化二鐵，余量為不可避免的物質(zhì)。
[0034]以下實(shí)施例1-5用于說明本發(fā)明的陶粒支撐劑組合物和陶粒支撐劑及其制備方法。
[0035]實(shí)施例1
[0036]將100重量份的干燥的鋁礬土(由鋁礬土生礦在150°C下干燥Ih得到)研磨至粒徑為0.044mm的粉料，加入I重量份的氧化錳、I重量份的氧化鎂、0.5重量份的氧化鐵和0.8重量份的燒結(jié)添加劑(60重量％的硅酸鈉和40重量％的偏鋁酸鈉)，混合后轉(zhuǎn)入成球機(jī)中，在300rpm轉(zhuǎn)速下攪拌，加入2重量份的霧化水汽得到0.67mm粒徑的球粒。將該球粒送入磚窯中，在1200°C下燒結(jié)2.5小時(shí)，得到陶粒支撐劑。該陶粒支撐劑的破碎率、視密度、體積密度、圓度和球度如表1所示。
[0037]實(shí)施例2
[0038]將100重量份的干燥的鋁礬土(由鋁礬土生礦在100°C下干燥1.5h得到)研磨至粒徑為0.044mm的粉料，加入1.2重量份的氧化錳、0.3重量份的氧化鎂、0.2重量份的氧化鐵和1.0重量份的燒結(jié)添加劑(50重量％的硅酸鈉和50重量％的偏鋁酸鈉)，混合后轉(zhuǎn)入成球機(jī)中，在350rpm轉(zhuǎn)速下攪拌，加入2重量份的霧化水汽得到0.61mm粒徑的球粒。將該球粒送入磚窯中，在1300°C下燒結(jié)2小時(shí)，得到陶粒支撐劑。該陶粒支撐劑的破碎率、視密度、體積密度、圓度和球度如表1所示。
[0039]實(shí)施例3
[0040]將100重量份的干燥的鋁礬土(由鋁礬土生礦在170°C下干燥Ih得到)研磨至粒徑為0.043mm的粉料，加入1.3重量份的氧化錳、0.5重量份的氧化鎂、0.1重量份的氧化鐵和1.0重量份的燒結(jié)添加劑(70重量％的硅酸鎂和30重量％的偏鋁酸鉀)，混合后轉(zhuǎn)入成球機(jī)中，在350rpm轉(zhuǎn)速下攪拌，加入1.5重量份的霧化水汽得到0.66mm粒徑的球粒。將該球粒送入磚窯中，在1400°C下燒結(jié)1.5小時(shí)，得到陶粒支撐劑。該陶粒支撐劑的破碎率、視密度、體積密度、圓度和球度如表1所示。
[0041]實(shí)施例4 [0042]將100重量份的干燥的鋁礬土(由鋁礬土生礦在150°C下干燥Ih得到)研磨至粒徑為0.044mm的粉料，加入2重量份的氧化錳、0.3重量份的氧化鎂、0.1重量份的氧化鐵和
1.0重量份的燒結(jié)添加劑(60重量％的硅酸鈉和40重量％的偏鋁酸鈉)，混合后轉(zhuǎn)入成球機(jī)中，在400rpm轉(zhuǎn)速下攪拌,加入3重量份的霧化水汽得到0.70mm粒徑的球粒。將該球粒送入磚窯中，在1150°C下燒結(jié)3小時(shí)，得到陶粒支撐劑。該陶粒支撐劑的破碎率、視密度、體積密度、圓度和球度如表1所示。
[0043]對比例I
[0044]根據(jù)實(shí)施例1的方法，所不同的是，不加入氧化鐵，制得陶粒支撐劑。該陶粒支撐劑的破碎率、視密度、體積密度、圓度和球度如表1所示。
[0045]對比例2
[0046]根據(jù)實(shí)施例1的方法，所不同的是，不加入氧化鎂，制得陶粒支撐劑。該陶粒支撐劑的破碎率、視密度、體積密度、圓度和球度如表1所示。
[0047]對比例3
[0048]根據(jù)實(shí)施例1的方法，所不同的是，不加入氧化錳，制得陶粒支撐劑。該陶粒支撐劑的破碎率、視密度、體積密度、圓度和球度如表1所示。
[0049]對比例4
[0050]根據(jù)實(shí)施例1的方法，所不同的是，不加入燒結(jié)添加劑，制得陶粒支撐劑。該陶粒支撐劑的破碎率、視密度、體積密度、圓度和球度如表1所示。
[0051]表1
[0052]
【權(quán)利要求】
1.一種陶粒支撐劑組合物，其特征在于，該組合物含有鋁礬土、氧化錳、氧化鎂、氧化鐵和燒結(jié)添加劑。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組合物，其中，以100重量份的所述鋁礬土為基準(zhǔn)，氧化錳的含量為0.5-7重量份，氧化鎂的含量為0.2-2.5重量份，氧化鐵的含量為0.1-3.5重量份，所述燒結(jié)添加劑的含量為0.5-3重量份；優(yōu)選地，氧化錳的含量為1-6重量份，氧化鎂的含量為0.3-2重量份，氧化鐵的含量為0.1-3重量份，所述燒結(jié)添加劑的含量為0.8-1.5重量份。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的組合物，其中，所述鋁礬土含有75重量％以上的氧化鋁，優(yōu)選含有75-85重量％的氧化鋁。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的組合物，其中，所述鋁礬土為顆粒狀，且粒徑為0.044mm以下。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的組合物，其中，所述燒結(jié)添加劑為硅酸鹽和/或偏鋁酸鹽，優(yōu)選為硅酸鹽和偏鋁酸鹽。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的組合物，其中，所述燒結(jié)添加劑含有50-80重量％的硅酸鹽和20-50重量％的偏鋁酸鹽。
7.—種陶粒支撐劑的制備方法,其特征在于,該方法包括:將權(quán)利要求1-6中任意一項(xiàng)所述的陶粒支撐劑組合物與水進(jìn)行接觸，并進(jìn)行造粒和燒結(jié)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中，以100重量份的所述組合物為基準(zhǔn)，所述水的用量為0.5-6重量份，優(yōu)選為2-4重量份。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中，所述造粒所得的球粒的粒徑為0.45-0.95mm。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中，所述燒結(jié)的條件包括:溫度為1100-1600°C，時(shí)間為2_4小時(shí)。
11.一種由權(quán)利要求7-10中任意一項(xiàng)所述的方法制得的陶粒支撐劑。
12.權(quán)利要求11所述的陶粒支撐劑在油井氣井壓裂中的應(yīng)用。
【文檔編號(hào)】C04B35/10GK103992785SQ201410131041
【公開日】2014年8月20日 申請日期:2014年4月2日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月2日
【發(fā)明者】王全林, 陳前林, 黃勇, 張加偉, 郭妤, 羅煥虎 申請人:貴州鑫益能陶粒支撐劑有限公司, 貴州大學(xué)