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一種多孔石油壓裂支撐劑及其制備方法

文檔序號:9319992閱讀:492來源:國知局
一種多孔石油壓裂支撐劑及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及到石油開采領(lǐng)域用到的壓裂支撐劑,具體的說是一種多孔石油壓裂支撐劑及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]眾所周知,石油是工業(yè)的血液,在人們的生活和工業(yè)發(fā)展中不可或缺。但是隨著石油開采業(yè)的發(fā)展,目前剩下的已多是低滲透、高閉合壓力的油田。為了提高油田的開采效率,目前國內(nèi)外廣泛使用水力壓裂技術(shù)。該技術(shù)就是通過壓裂操作使油氣井下的巖層產(chǎn)生裂縫,同時將石油支撐劑與壓裂液混合均勻并高壓栗送到巖層裂縫中,起著支撐巖縫、平衡巖層閉合壓力的作用。這樣,巖層中的油氣就能順暢流出并匯集到油井底部,從而方便抽出。因此,石油支撐劑在低滲透油氣開采中起著十分重要的作用,是水力壓裂技術(shù)的關(guān)鍵材料之一。
[0003]石油支撐劑(或稱石油壓裂支撐劑),其支撐巖縫、導流油氣的能力,與其圓球度、體積密度、抗壓強度等因素有關(guān)。目前,國內(nèi)外生產(chǎn)的多為中密度、高(中)強度的支撐劑。密度大的支撐劑對壓裂液的粘度和栗送設(shè)備的功率等提出了較高要求,且密度大的支撐劑容易在巖層裂縫端口處形成丘狀堆積,從而阻礙攜帶支撐劑的壓裂液進一步向巖縫深處流動。換言之,由于密度大的支撐劑易在巖縫端口處形成丘狀堆積,阻礙支撐劑進一步向巖縫深處輸運,因而會降低油氣的導流能力,降低油氣井的開采效率。因此,目前國內(nèi)外石油支撐劑的發(fā)展趨勢是開發(fā)應用具有適當強度的低密度,甚至是超低密度的石油支撐劑。
[0004]此外,國內(nèi)外的油氣開采大多使用注水補充能量的方式,而向油井內(nèi)注入的水多為經(jīng)過處理的油田污水和海水。由于污水和海水中含有大量的鈣、鎂等易結(jié)垢的離子,因此隨著注入水量的增加,容易導致油井井筒和井下設(shè)備結(jié)垢;并且隨著壓力、溫度、PH值等條件的變化,也極易導致地下儲層和油氣輸送管線等結(jié)垢。這些結(jié)垢物日積月累、不斷增多,最終可能造成設(shè)備和管道堵塞,油氣產(chǎn)量下降,嚴重時還可能造成抽油拉桿斷裂,甚至油井閉合等事故發(fā)生。因此,在石油開采行業(yè)中,預防、減緩和清除井垢已成為一個亟待解決的重要問題。
[0005]多孔石油壓裂支撐劑由于具有較多的開放性氣孔,因此不僅擁有相當?shù)偷捏w積密度和視密度,而且可以容納(攜帶)阻垢劑進入油井及井下管路,從而起到減緩、甚至防止并清除井垢,提高油井產(chǎn)油效率,降低油氣開采成本等作用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]為了解決中高密度石油支撐劑在巖縫中輸運距離較短、對壓裂液和壓裂設(shè)備性能要求高,以及油井管路易結(jié)垢等問題,本發(fā)明提供了一種多孔石油壓裂支撐劑及其制備方法,利用碳化硅作為造孔劑,使支撐劑中產(chǎn)生較多的開放型氣孔,能夠攜帶阻垢劑;利用藍晶石的莫來石化反應及其伴隨的較大膨脹效應,并結(jié)合碳化硅的造孔作用保持低密度;同時采用活性氧化鋁調(diào)控原料中的鋁硅比,使支撐劑中生成盡可能多的莫來石相,提高支撐劑的強度,從而保證支撐劑能夠正常應用于低滲透、高閉合壓力的油井中,進而使得制成的支撐劑具有較低密度、較高吸水率、中等強度的特點。
[0007]本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題采用的技術(shù)方案為:一種多孔石油壓裂支撐劑,該支撐劑按照重量比由75-78份細度不超過30微米的鋁礬土細粉、2-3份細度不超過30微米的膨潤土細粉、2-3份細度不超過30微米的錳粉、5-7份細度不超過30微米的碳化硅細粉、4-6份細度不超過45微米的藍晶石細粉和6-9份細度不超過5微米的活性氧化鋁微粉制成。
[0008]所述的鋁礬土細粉為D-K型的II級鋁礬土,其中,Al2O3含量為67_69%,S1 2含量為11-14%,F(xiàn)e2O3含量< 2% ;所述的藍晶石細粉中Al 203含量為56_58%,S12含量為37_39%,F(xiàn)e2O3和T1 2的含量為2-3% ;
所述碳化娃細粉中SiC的含量大于90%。
[0009]向所述支撐劑中加入1.5-2份比重為1.15的紙漿廢液,以使其與膨潤土混合形成復合結(jié)合劑,從而提高支撐劑的成型性能和半成品強度。
[0010]未加入紙漿廢液的多孔石油壓裂支撐劑的制備方法包括以下步驟:
(1)按照粒度要求將各種原料粉碎加工至要求的細度,并按照比例稱取各物料,備用;
(2)將步驟(I)中稱取好的各物料放到混料機中以50r/min的速率混合I小時,保證充分混勾;
(3)將步驟(2)中混合好的混合粉料導入成球機中,然后邊向其中灑水邊使粉料隨成球機旋轉(zhuǎn),使粉料逐步團聚成球狀顆粒,然后篩分出0.71mm到0.9mm粒徑的半成品,其中,水的加入量為膨潤土重量的3-4倍;
(4)將步驟(3)中所制得半成品在成球機內(nèi)拋光30min,使球狀顆粒質(zhì)地更加密實、表面更加光滑;
(5)將步驟(4)中所制球狀顆粒導入干燥器中干燥,之后在1360°C~1380°C的溫度下煅燒2小時,經(jīng)冷卻至室溫后即制得產(chǎn)品。
[0011]加入有紙漿廢液的多孔石油壓裂支撐劑的制備方法包括以下步驟:
(1)按照粒度要求將各種原料粉碎加工至要求的細度,并按照比例稱取各物料,另外,按照4:1的重量比取清水與比重為1.15的紙漿廢液混合均勻形成混合液,備用;
(2)將步驟(I)中稱取好的各物料放到混料機中以50r/min的速率混合I小時,保證充分混勾;
(3 )將步驟(2 )中混合好的混合粉料導入成球機中,然后邊向其中噴灑步驟(I)制備的混合液邊使粉料隨成球機旋轉(zhuǎn),使粉料逐步團聚成球狀顆粒,然后篩分出0.71mm到0.9mm粒徑的半成品;
(4)將步驟(3)中所制得半成品在成球機內(nèi)拋光30min,使球狀顆粒質(zhì)地更加密實、表面更加光滑;
(5)將步驟(4)中所制球狀顆粒導入干燥器中干燥,之后在1360°C~1380°C的溫度下煅燒2小時,經(jīng)冷卻至室溫后即制得產(chǎn)品。
[0012]本發(fā)明所提供的多孔石油壓裂支撐劑,具有良好的外觀形態(tài)(圓球度多0.85),較大的吸水率(多10%),較低的體積密度和視密度(其體積密度為1.10~1.45g/cm3,視密度為2.60-2.75 g/cm3),以及較高的抗破碎能力(52MPa閉合壓力下的破碎率< 10.0%)。
[0013]在本發(fā)明中,通過添加活性氧化鋁,既可調(diào)控原料中的氧化鋁和氧化硅比例,又因其活性高,易與氧化硅形成莫來石,保證制品的力學強度。通過采用碳化硅作為造孔劑,既可確保燒成后的支撐劑顆粒中含有較多的開放型氣孔(或稱開口氣孔),又有利于保證支撐劑具有較好的力學強度。碳化硅在高溫氧化氣氛中容易發(fā)生氧化反應:SiC + 202 —CO2+S12,該反應開始溫度較高,1000°C開始明顯氧化,而且可一直延續(xù)到1600°C以上。顆粒越細,則氧化速度越快。反應產(chǎn)物CO2的逸出容易造成支撐劑顆粒表面形成開口氣孔,而反應產(chǎn)物3102具有較高活性,易與氧化鋁反應生成莫來石。通過添加藍晶石細粉,既可確保生成較多的莫來石相,保證制品的力學強度。藍晶石從1100°C左右開始分解、生成莫來石和S12,1300°C以后顯著分解轉(zhuǎn)化,由于該莫來石化反應伴隨有16-18%的體積膨脹,因此還可確保支撐劑具有較低的體積密度和視密度。通過使用膨潤土和紙漿廢液作為復合結(jié)合劑,有效保證了支撐劑半成品(生料球)的強度和表面硬度,有利于防止生料球在輸送和干燥過程中產(chǎn)生脫粉、繼而導致表面粗糙、圓球度降低。紙漿廢液結(jié)合劑屬于臨時性結(jié)合劑,與軟質(zhì)粘土配合使用可提高混合料的可塑性和半成品的干燥強度;當溫度升高到300°C以上后,紙漿廢液中的固形物將產(chǎn)生分解和燒失,不會對制品的使用性能產(chǎn)生影響。此外,在本發(fā)明中采用二級鋁礬土作為主原料,也有利于降低支撐劑的生產(chǎn)成本。
[0014]有益效果:與現(xiàn)有的中密度石油壓裂支撐劑相比,本發(fā)明具有如下優(yōu)點:
首先,通過加入合適的造孔劑和添加劑,并采取科學合理的配比,在明顯提高支撐劑吸水率(氣孔率)、降低支撐劑密度和保持其強度、降低破碎率方
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