專利名稱：利用硼礦尾礦制備的支撐劑及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種壓裂支撐劑及其制備方法，尤其涉及一種利用工業(yè)尾礦合成的高強(qiáng)陶粒支撐劑及其制備方法。
背景技術(shù)：
壓裂是指采油或采氣過程中，利用水力作用，使油氣層形成裂縫的一種方法。油氣層壓裂工藝過程用壓裂車，把高壓大排量具有一定粘度的液體擠入油層，當(dāng)把油層壓出許多裂縫后，加入支撐劑(如石英砂等)充填進(jìn)裂縫，提高油氣層的滲透能力，以增加注水量(注水井)或產(chǎn)油量(油井)。壓裂工藝技術(shù)在石油、天然氣的開發(fā)中發(fā)揮重要的作用，而壓裂的成效又較大程度上取決于壓裂支撐劑的技術(shù)性能。支撐劑由壓裂液帶入并支撐在壓裂地層的裂縫中，從而有效地將油氣導(dǎo)入油氣井，大幅度提高油氣產(chǎn)量和延長(zhǎng)油井壽命。因此支撐劑是壓裂施工的關(guān)鍵材料。傳統(tǒng)的陶粒支撐劑是以鋁礬土和硬質(zhì)粘土為原料，通過粉末造粒，高溫?zé)Y(jié)而成，制成品的結(jié)合相是高強(qiáng)剛玉莫來石相，如CN1085288A，CN101787270A所公開的支撐劑。但是隨著我國礦山資源大范圍的開發(fā)利用，傳統(tǒng)方法制造陶粒的主要原料鋁礬土不僅價(jià)格上漲幅度大，而且鋁礬土資源也日漸緊張。因此，尋找廉價(jià)的有效的可替代的原料生產(chǎn)高強(qiáng)陶粒支撐劑一直是本領(lǐng)域的追求目標(biāo)之一。我們國家蘊(yùn)藏豐富的硼石、硅石資源，但是隨著多年以來連續(xù)的開采已經(jīng)積攢了大量工業(yè)尾礦，不僅造成了工業(yè)尾礦占用了大量的農(nóng)田和山地，而且成為了環(huán)境污染的源頭、造成礦山資源合理利用率低、資源開發(fā)費(fèi)用高企等等惡性循環(huán)的現(xiàn)象。如何利用硼礦尾礦的工業(yè)尾礦，是一件意義非凡的工作。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的之一在于提供一種高強(qiáng)陶粒支撐劑，本發(fā)明所提供的支撐劑利用硼礦尾礦和硅石、軟質(zhì)粘土為原料，通過原料加工、粉末造粒、高溫?zé)?，制成品的結(jié)合相是鎂橄欖石堇青石復(fù)合陶瓷相，具有耐高溫、耐高壓、耐腐蝕、高強(qiáng)度、高導(dǎo)流能力、低破碎率、抗熱震能力聞等特點(diǎn)。本發(fā)明所提供的支撐劑，其制備原料包括:硼礦尾礦50 70wt%，例如為52wt%、54wt%、57wt%、61wt%、63wt%、66wt%、69wt% 等、娃石 20 50wt%,例如為 23wt%、25wt%、28wt%、35wt%、41wt%、46wt%等、軟質(zhì)粘土 5 20wt%,例如為 7wt%、8wt%、llwt%、15wt%、17wt%> 19wt%等；并采用下述方法制備:(I)將硼礦尾礦、硅石分別進(jìn)行輕燒處理，再分別經(jīng)球磨機(jī)粉磨；(2)將軟質(zhì)粘土進(jìn)行干燥處理，再經(jīng)球磨機(jī)粉磨；(3)按原料配比配成混合料，并混合均勻得到預(yù)混料；(4)所述預(yù)混料經(jīng)圓盤制粒機(jī)造粒，經(jīng)篩分得到半成品粒；(5)將所述半成品粒送入回轉(zhuǎn)窯中，燒成，保溫即得；
任選進(jìn)行(6)將步驟(5)所得產(chǎn)品經(jīng)振動(dòng)篩篩分。篩分是用各種不同孔徑的篩片把粒度大小不同的混合物料分成各種粒度級(jí)別的作業(yè)。經(jīng)振動(dòng)篩可將制得的支撐劑產(chǎn)品篩分成20 40目、30 50目、40 60目、40 70目等不同粒徑的支撐劑，不同粒徑的支撐劑所起的作用不同，粒徑對(duì)支撐劑的性能評(píng)價(jià)有很重要的影響，是正確選擇和使用支撐劑的基礎(chǔ)之一。所述原料的重量百分比之和為100%。作為優(yōu)選技術(shù)方案，所述的支撐劑，其制備原料包括:硼礦尾礦55 65wt%、硅石20 40wt%和軟質(zhì)粘土 5 15wt%。所述原料的重量百分比之和為100%。作為優(yōu)選技術(shù)方案，所述的支撐劑，其制備原料包括:硼礦尾礦60wt%、硅石30wt%和軟質(zhì)粘土 10wt%。作為優(yōu)選技術(shù)方案，所述的支撐劑，所述的硼礦尾礦為硼礦除硼石或/和云母之外的尾礦，優(yōu)選為營口大石橋地區(qū)硼礦除硼石和/或云母之外的尾礦。由于硼礦資源的過度開采，資源保有量嚴(yán)重不足，尾礦嚴(yán)重浪費(fèi)。因此本發(fā)明所提供的更有效、充分的利用硼礦的尾礦，治理了尾礦，提高了資源利用率。本發(fā)明利用硼礦尾礦進(jìn)行制備支撐劑，既能替代日漸昂貴的鋁礬土資源，又能為廢棄的工業(yè)尾礦特別是營口大石橋地區(qū)尋找到合適的用途，完善硼礦的產(chǎn)業(yè)鏈，更有價(jià)值的是找到一種非常實(shí)際的治理工業(yè)尾礦的方法。作為優(yōu)選技術(shù)方案，所述的支撐劑，所述的娃石為二氧化娃含量大于92%的娃石。硅石是脈石英、石英巖、燧石和砂巖的統(tǒng)稱。其主要化學(xué)成分是SiO2。作為優(yōu)選技術(shù)方案，所述的支撐劑，所述的軟質(zhì)粘土為球粘土，優(yōu)選為三級(jí)以上的球粘土，進(jìn)一步優(yōu)選為吉林水曲柳三級(jí)以上的球粘土。本發(fā)明的目的之一還在于提供本發(fā)明所述支撐劑的制備方法，包括如下步驟:
(I)將硼礦尾礦、硅石分別進(jìn)行輕燒處理，再分別經(jīng)球磨機(jī)粉磨；(2)將軟質(zhì)粘土進(jìn)行干燥處理，再經(jīng)球磨機(jī)粉磨；(3)經(jīng)步驟(I)、(2)處理后的原料按權(quán)利要求1 6任一項(xiàng)所述的配比配成混合料，并混合均勻得預(yù)混料；(4)將步驟(3)所得的混合均勻的預(yù)混料經(jīng)圓盤制粒機(jī)造粒，經(jīng)篩分得到半成品粒;(5)將步驟⑷所得的半成品粒送入回轉(zhuǎn)窯中，燒成，保溫即得；任選進(jìn)行(6)將步驟(5)所得的高溫?zé)商樟＝?jīng)振動(dòng)篩篩分。其中，步驟(I)中所述的輕燒處理的煅燒溫度為1000°C以上，例如為1020°C、1070°C、1110°C、1150°C、1170°C、1190°C、1200°C、123(rC等，優(yōu)選 1100 1250。。。輕燒是在較低溫度下焙燒耐火原料，使其完成一部分物理化學(xué)反應(yīng)并使原料活化的一種工藝方法。對(duì)于已確定的物料有一最佳的輕燒溫度。輕燒溫度過高會(huì)使結(jié)晶程度增高，粒度變大，比表面積和活性下降，輕燒溫度過低則可能有殘留的未分解的母鹽而妨礙燒結(jié)。優(yōu)選地，所述的粉磨粒度為500目以上，優(yōu)選為600 700目。其中，步驟⑵中所述的干燥處理的干燥溫度為100°C以上，例如為110°C、140°C、170°c、190°c、220°c、25(rc、30(rc等，優(yōu)選為150°C以上。如軟質(zhì)粘土中含水量超過一定比例時(shí)，若不加以干燥，就難以粉碎，會(huì)降低磨機(jī)的生產(chǎn)能力，并且在燒成過程中容易產(chǎn)生裂紋；而干燥過的半成品，在窯中燒成就比較容易控制，不易產(chǎn)生廢品。
優(yōu)選地，所述的粉磨粒度為500目以上，優(yōu)選為600 700目。優(yōu)選地，步驟(4)中所述的半成品粒的粒度為12 50目。半成品粒的顆粒太細(xì)需返回圓盤制粒機(jī)重新制粒，若半成品粒的顆粒太粗，則打成廢品。其中，步驟(5)中所述的燒成溫度為1000°C以上，例如為1030°C、1060°C、115(rC、1190°C、1230°C、125(TC、126(rC、127(rC等，優(yōu)選為 1210 1280°C ；優(yōu)選地，所述的保溫時(shí)間為Ih以上，例如為1.2h、l.4h、l.6h、2.0h、2.4h、2.8h、
3.2h等，優(yōu)選為1.5 2.5h。本發(fā)明利用硼礦尾礦，加入硅石，并引進(jìn)一些的結(jié)合能力強(qiáng)的軟質(zhì)粘土，通過本發(fā)明的工藝技術(shù)路線，可以合成強(qiáng)度高、抗熱震性能穩(wěn)定的鎂橄欖石堇青石復(fù)合陶瓷相結(jié)合的陶粒支撐劑。本發(fā)明具有如下積極有益的效果:1.本發(fā)明陶粒產(chǎn)品表面光滑、致密，具有耐壓強(qiáng)度高、視密度低、化學(xué)穩(wěn)定性和耐酸性好的優(yōu)異性能，產(chǎn)品的成分組成見表1，有關(guān)性能指標(biāo)詳見表2。2.本發(fā)明陶粒產(chǎn)品主要原料是硼礦尾礦，取材精巧，成本低廉，來源廣泛。更為難得的是治理了尾礦，改造了環(huán)境，幫助礦石企業(yè)降低了尾礦排放的費(fèi)用，延長(zhǎng)了礦山的壽命，提高了資源的利用效率。3.本發(fā)明改變了 目前陶粒的生產(chǎn)原料使用高昂的鋁礬土資源，改變剛玉莫來石結(jié)合相，采用硼礦尾礦這樣的廢棄資源，使用軟質(zhì)粘土使其合成鎂橄欖石堇青石復(fù)合陶瓷相。該晶相具有耐高溫、耐高壓、抗熱震穩(wěn)定性優(yōu)異的特點(diǎn)，因此本發(fā)明的產(chǎn)品具有優(yōu)良的使用性能。4.而且本發(fā)明的制備工藝能耗小，產(chǎn)能大。
具體實(shí)施例方式下面通過具體實(shí)施方式
來進(jìn)一步說明本發(fā)明的技術(shù)方案。實(shí)施例一一種支撐劑,制備原料構(gòu)成為:硼礦尾礦70wt%、娃石20wt%和軟質(zhì)粘土 5wt%。上述高強(qiáng)陶粒支撐劑的制備方法，包括如下步驟:(I)將硼礦尾礦、硅石分別經(jīng)1100°C的煅燒溫度進(jìn)行輕燒處理，再分別經(jīng)球磨機(jī)粉磨至600 700目；(2)將軟質(zhì)粘土經(jīng)150°C的干燥溫度進(jìn)行干燥處理，再經(jīng)球磨機(jī)粉磨至600 700目；(3)按原料配比取硼礦尾礦、硅石、軟質(zhì)粘土配成混合料，并混合均勻；(4)將上步所得的混合均勻預(yù)混料經(jīng)圓盤制粒機(jī)造粒，經(jīng)篩分得到12 50目的半成品粒；(5)將半成品粒送入回轉(zhuǎn)窯中，燒成溫度1280°C，保溫時(shí)間2小時(shí)即得。實(shí)施例二一種支撐劑,制備原料構(gòu)成為:硼礦尾礦50wt%、娃石50wt%、軟質(zhì)粘土 20wt%。上述高強(qiáng)陶粒支撐劑的制備方法，包括如下步驟:(I)將硼礦尾礦、硅石分別經(jīng)1250°C的煅燒溫度進(jìn)行輕燒處理，再分別經(jīng)球磨機(jī)粉磨至600 700目；(2)將軟質(zhì)粘土經(jīng)180°C的干燥溫度進(jìn)行干燥處理，再經(jīng)球磨機(jī)粉磨至600 700目；(3)按原料配比取硼礦尾礦、硅石、軟質(zhì)粘土配成混合料，并混合均勻；(4)將上步所得的混合均勻預(yù)混料經(jīng)圓盤制粒機(jī)造粒，經(jīng)篩分得到12 50目的半成品粒；(5)將半成品粒送入回轉(zhuǎn)窯中，燒成溫度1210°C，保溫時(shí)間1.5小時(shí)即得。實(shí)施例三一種支撐劑,制備原料構(gòu)成為:硼礦尾礦55wt%、娃石40wt%、軟質(zhì)粘土 5wt%。上述高強(qiáng)陶粒支撐劑的制備方法，包括如下步驟:(1)將硼礦尾礦、硅石分別經(jīng)1190°C的煅燒溫度進(jìn)行輕燒處理，再分別經(jīng)球磨機(jī)粉磨至600 700目；
·
(2)將軟質(zhì)粘土分別經(jīng)170°C的干燥溫度進(jìn)行干燥處理，再經(jīng)球磨機(jī)粉磨至600 700 目；(3)按所述的原料配比取硼礦尾礦、硅石、軟質(zhì)粘土配成混合料，并混合均勻；(4)將上步所得的混合均勻預(yù)混料經(jīng)圓盤制粒機(jī)造粒，經(jīng)篩分得到12 50目的半成品粒；(5)將半成品粒送入回轉(zhuǎn)窯中，燒成溫度1240°C，保溫時(shí)間1.4小時(shí)即得。實(shí)施例四—種支撐劑,制備原料構(gòu)成為:硼礦尾礦60%、娃石30%、軟質(zhì)粘土 10%。上述高強(qiáng)陶粒支撐劑的制備方法，包括如下步驟:(I)將硼礦尾礦、硅石分別經(jīng)1220°C的煅燒溫度進(jìn)行輕燒處理，再分別經(jīng)球磨機(jī)粉磨至600 700目；(2)將軟質(zhì)粘土經(jīng)220°C的干燥溫度進(jìn)行干燥處理，再經(jīng)球磨機(jī)粉磨至600 700目；(3)按所述的原料配比取硼礦尾礦、硅石、軟質(zhì)粘土配成混合料，并混合均勻；(4)將上步所得的混合均勻預(yù)混料經(jīng)圓盤制粒機(jī)造粒，經(jīng)篩分得到12 50目的半成品粒；(5)將半成品粒送入回轉(zhuǎn)窯中，燒成溫度1260°C，保溫時(shí)間2小時(shí)；(6)將上步所得的高溫?zé)商樟＝?jīng)振動(dòng)篩篩分，得到不同規(guī)格的支撐劑。實(shí)施例五一種支撐劑,制備原料構(gòu)成為:硼礦尾礦65wt%、娃石20wt%、軟質(zhì)粘土 15wt%。上述高強(qiáng)陶粒支撐劑的制備方法，包括如下步驟:(1)將硼礦尾礦、硅石分別經(jīng)1190°C的煅燒溫度進(jìn)行輕燒處理，再分別經(jīng)球磨機(jī)粉磨至600 700目；(2)將軟質(zhì)粘土經(jīng)100°C的干燥溫度進(jìn)行干燥處理，再經(jīng)球磨機(jī)粉磨至600 700目；(3)按所述的原料配比取硼礦尾礦、硅石、軟質(zhì)粘土配成混合料，并混合均勻；(4)將上步所得的混合均勻預(yù)混料經(jīng)圓盤制粒機(jī)造粒，經(jīng)篩分得到12 50目的半成品粒；(5)將半成品粒送入回轉(zhuǎn)窯中，燒成溫度1250°C，保溫時(shí)間2.2小時(shí)；(6)將上步所得的高溫?zé)商樟＝?jīng)振動(dòng)篩篩分，得到不同規(guī)格的支撐劑。將實(shí)施例一至實(shí)施例五所制成的陶粒進(jìn)行成分含量測(cè)試，結(jié)果見表1，和性能測(cè)試，結(jié)果見表2。表I
權(quán)利要求
1.一種支撐劑，其特征在于，其原料包括:硼礦尾礦50 70wt%、硅石20 50wt%和軟質(zhì)粘土 5 20wt% ;并采用下述方法制備: (1)將硼礦尾礦、硅石分別進(jìn)行輕燒處理，再分別經(jīng)球磨機(jī)粉磨； (2)將軟質(zhì)粘土進(jìn)行干燥處理，再經(jīng)球磨機(jī)粉磨； (3)按原料配比配成混合料，并混合均勻得到預(yù)混料； (4)所述預(yù)混料經(jīng)圓盤制粒機(jī)造粒，經(jīng)篩分得到半成品粒； (5)將所述半成品粒送入回轉(zhuǎn)窯中，燒成，保溫即得； 任選進(jìn)行(6)將步驟(5)所得產(chǎn)品經(jīng)振動(dòng)篩篩分。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的支撐劑，其特征在于，其原料包括:硼礦尾礦55 65wt%、硅石20 40wt%和軟質(zhì)粘土 5 15wt%。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的支撐劑，其特征在于，其制備原料包括:硼礦尾礦60wt%、娃石30wt%和軟質(zhì)粘土 10wt%。
4.根據(jù)權(quán)利要求1 3任一項(xiàng)所述的支撐劑，其特征在于，所述的硼礦尾礦為硼礦除硼石或/和云母之外的尾 礦，優(yōu)選為營口大石橋地區(qū)硼礦除硼石和/或云母之外的尾礦。
5.根據(jù)權(quán)利要求1 4任一項(xiàng)所述的支撐劑，其特征在于，所述的硅石為二氧化硅含量大于92%的娃石。
6.根據(jù)權(quán)利要求1 5任一項(xiàng)所述的支撐劑，其特征在于，所述的軟質(zhì)粘土為球粘土，優(yōu)選為三級(jí)以上的球粘土，進(jìn)一步優(yōu)選為吉林水曲柳三級(jí)以上的球粘土。
7.權(quán)利要求1 6任一項(xiàng)所述支撐劑的制備方法，所述方法包括如下步驟: (1)將硼礦尾礦、硅石分別進(jìn)行輕燒處理，再分別經(jīng)球磨機(jī)粉磨； (2)將軟質(zhì)粘土進(jìn)行干燥處理，再經(jīng)球磨機(jī)粉磨； (3)經(jīng)步驟(I)、(2)處理后的原料按權(quán)利要求1 6任一項(xiàng)所述的配比配成混合料，并混合均勻得預(yù)混料； (4)將步驟(3)所得的混合均勻的預(yù)混料經(jīng)圓盤制粒機(jī)造粒，經(jīng)篩分得到半成品粒； (5)將步驟⑷所得的半成品粒送入回轉(zhuǎn)窯中，燒成，保溫即得； 任選進(jìn)行(6)將步驟(5)所得的高溫?zé)商樟＝?jīng)振動(dòng)篩篩分。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的制備方法，其特征在于，步驟(I)中所述的輕燒處理的煅燒溫度為1000°C以上，優(yōu)選1100 1250°C ； 優(yōu)選地，所述的粉磨粒度為500目以上，優(yōu)選為600 700目。
9.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的制備方法，其特征在于，步驟(2)中所述的干燥處理的干燥溫度為100°C以上，優(yōu)選為150°C以上； 優(yōu)選地，所述的粉磨粒度為500目以上，優(yōu)選為600 700目； 優(yōu)選地，步驟(4)中所述的半成品粒的粒度為12 50目。
10.根據(jù)權(quán)利要求7 9任一項(xiàng)所述的制備方法，其特征在于，步驟(5)中所述的燒成溫度為1000°C以上，優(yōu)選為1210 1280°C ； 優(yōu)選地，所述的保溫時(shí)間為Ih以上，優(yōu)選為1.5 2.5h。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種支撐劑。所述支撐劑制備原料包括硼礦尾礦、硅石和軟質(zhì)粘土。所述支撐劑的制備方法為先將硼礦尾礦、硅石分別進(jìn)行輕燒處理，再分別經(jīng)球磨機(jī)粉磨；將軟質(zhì)粘土進(jìn)行干燥處理，再經(jīng)球磨機(jī)粉磨；然后按配比稱取原料混合均勻得預(yù)混料；將預(yù)混料造粒、篩分；然后送入回轉(zhuǎn)窯中，燒成，保溫；燒成陶粒篩分即得所述支撐劑。本發(fā)明的支撐劑具有耐高溫、耐高壓、耐腐蝕、高強(qiáng)度、高導(dǎo)流能力、低破碎率等特點(diǎn)，其制備方法能耗小，產(chǎn)能大。
文檔編號(hào)C09K8/80GK103193460SQ201310111429
公開日2013年7月10日 申請(qǐng)日期2013年3月29日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月29日
發(fā)明者楊松, 聶旺發(fā), 王大鵬 申請(qǐng)人:楊松