CN101575503B - 一种高强度石油压裂支撑剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种高强度石油压裂支撑剂及其制备方法。石油压裂支撑剂原料质量份如下：陶瓷辊棒废料60～85份，赤泥1～20份，粉煤灰0～20份，氧化锰或碳酸钡0～5份，白云石0～3份，陶瓷粘土5～10份。所述陶瓷辊棒废料指的是陶瓷辊棒生产厂加工过程中的边角废料或/和破损断裂废辊棒废料，其化学组分中Al2O3含量不低于68％。本发明利用高氧化铝含量的陶瓷辊棒废料制备的石油压裂支撑剂具有高强、耐酸的特点，用于中深井的石油压裂。制备方法简单易行、适合批量生产。
Description
技术领域
本发明涉及高强度石油压裂支撑剂及其制备方法，属于新材料技术领域。
背景技术
石油压裂支撑剂是使地层深处岩石裂隙保持裂开状态的支撑物。在使用过程中将支撑剂混入压裂液中，利用高压手段注入深层岩石裂缝中支撑岩层，以提高导油率，增加原油产量。对于中深油井，要求支撑剂具有较高强度和耐酸性，以承受岩层巨大压力和地层中的环境腐蚀。
关于石油压裂支撑剂，已有文献和专利报道。高海利等，陶瓷，2006(10)：43-46，以攀枝花本地二滩铝矾土、铝矾土生料及高钛型高炉渣为主要原料，配以特殊辅料，经超细粉磨、特殊成球及热处理工艺过程，研制成高强石油压裂支撑剂，样品69MPa抗破碎率指标达到1.61％。马雪等，中国陶瓷工业，2008，15(1)：1-4，以铝矾土为主要原料，添加5％锰矿，在1350℃下无压烧结，制备了高强度低密度陶粒支撑剂。陈烨等，贵州工业大学学报(自然科学版)，2003，32(4)：24-26，以铝矾土为主要原料，配以特殊辅料，经加工、熔化、特殊的成球及热处理等工艺，研制了中深油井压裂的支撑剂。中国专利文件CN101085914A(200710137758.X)公开了一种利用赤泥制备耐酸压裂支撑剂的方法，其原料质量百分比为：赤泥20-60％、含铝物质20-60％、含钡物质5-35％、增塑剂5-15％。
陶瓷辊棒废料是陶瓷辊棒生产过程中的废弃物，这种废弃物难以降解，大量堆放不仅占用土地，而且污染环境。颜东亮等，非金属矿，2004，27(6)：14-15，以陶瓷辊棒废料(莫来石-刚玉质)为主要原料，采用等静压成型和低温快烧工艺，生产出氧化铝含量50％-60％、以刚玉相为主晶相，莫来石、钙长石和镁铝尖晶石为次晶相的高档高耐磨研磨介质。
上述利用赤泥制备石油压裂支撑剂，由于赤泥中氧化铝含量低而且氧化铁以及碱金属氧化物含量高，又由于赤泥成分不稳定，较多使用赤泥则难以制备高强度和性能稳定的石油压裂支撑剂。利用陶瓷辊棒废料等高铝废弃物制备高性能石油压裂支撑剂，一方面可以节约铝矾土等矿物资源，另一方面变废为宝，保护环境。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种高强度石油压裂支撑剂及其制备方法。
本发明的高强度石油压裂支撑剂以陶瓷辊棒废料为主要原料，以赤泥、粉煤灰为辅料，并可添加其他助剂和少量陶瓷粘土。
本发明的技术方案如下：
一种石油压裂支撑剂，原料质量份如下：陶瓷辊棒废料60～85份，赤泥1～20份，粉煤灰0～20份，氧化锰或碳酸钡0～5份、白云石或滑石0～3份，陶瓷粘土5～10份。
所述陶瓷辊棒废料指的是陶瓷辊棒生产厂加工过程中的边角废料、破损断裂废辊棒等废料，其化学组分中Al2O3含量不低于68％。与其他工业固体废弃物相比，陶瓷辊棒废料中Al2O3含量较高，可作为高铝矾土替代物使用。
所述的赤泥为拜耳法生产氧化铝的工业固体废料；所述的粉煤灰为燃煤电厂生产过程排放的固体废弃物。
所述的氧化锰、碳酸钡为工业纯化合物；所述的白云石、滑石为矿物原料，用于降低支撑剂的烧结温度，提高耐酸性能。
所述的陶瓷粘土为矿物原料，用以增加支撑剂坯料塑性，提高生坯强度。
以上所有原料均为粉状。
优选的，一种石油压裂支撑剂，原料质量份如下：
陶瓷辊棒废料60～85份，赤泥10～20份，粉煤灰10～15份，白云石1～2份，陶瓷粘土6～8份。
进一步优选的，一种石油压裂支撑剂，原料质量份如下：
陶瓷辊棒废料60～85份，赤泥5～20份，氧化锰或碳酸钡3～5份，陶瓷粘土5～10份。
上述的石油压裂支撑剂的制备方法，步骤如下：
(1)将各粉状原料，按比例称量混合，添加原料总重量0.2-1.2％的球磨助剂，在球磨机中湿法球磨，得到陶瓷浆料；
(2)将陶瓷浆料在喷雾干燥塔中干燥，制成粉体；
(3)将步骤(2)得到粉体在糖衣成球机上成型为具有要求粒径的支撑剂半成品；
(4)所得的支撑剂半成品干燥后，在陶瓷窑炉中于1300～1530℃的温度下烧制，制得石油压裂陶粒支撑剂产品。
步骤(3)成型粒径可以根据工业上应用的需要确定，一般以20～40目或30～50目为宜。
步骤(4)陶瓷窑炉优选隧道窑或回转窑。
本发明石油压裂支撑剂的性能指标为：69MPa闭合压力下破碎率1.60％～4.6％，103MPa闭合压力下破碎率7.60％～9.6％；耐酸性3.40％～6.30％。上述性能指标依据SY/T5108-2006，“压裂支撑剂性能测试推荐方法”进行测试。
与现有技术相比，本发明的特点及优良效果如下：
1、本发明利用陶瓷辊棒废料替代铝矾土，制得高性能石油压裂陶粒支撑剂。
2、本发明利用高氧化铝含量的陶瓷辊棒废料制备的石油压裂支撑剂，具有高强、耐酸的特点，综合性能优异，可用于中深井的石油压裂；
3、本发明利用陶瓷辊棒废料、赤泥、粉煤灰等工业废弃物制备石油压裂支撑剂，节约矿物资源，实现资源循环利用，利于经济可持续发展。
4.本发明制备方法容易实现，适合规模化生产，具有很好的实用前景。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明，但不限于此。实施例中各原料组分均为粉碎处理好的原料。所用陶瓷辊棒废料是佛山金刚辊棒有限公司陶瓷辊棒加工过程中的边角废料、破损断裂废辊棒等废料，其化学组分中Al2O3含量68-70％。所用的赤泥为邹平创业集团氧化铝厂拜耳法生产氧化铝的废料；所用的粉煤灰为邹平齐星电厂燃煤发电废料。所用的氧化锰、碳酸钡为工业纯，与白云石、滑石、陶瓷粘土原料均为市场购得。
实施例1：
一种石油压裂支撑剂，原料质量份如下：陶瓷辊棒废料85份，赤泥5份，氧化锰3份，陶瓷粘土7份。
1、将85份的陶瓷辊棒废料、5份赤泥、3份氧化锰和7份陶瓷粘土加入到球磨机中，添加原料总重量0.3％的球磨助剂三聚磷酸钠，加水球磨6～8h，得到均匀浆料。浆料固含量为60wt％。
2、将步骤1制得的浆料，在喷雾干燥塔中干燥，制得粉体；
3、将步骤2得到粉体在糖衣成球机上成型粒径30～50目的支撑剂半成品；
4、将步骤3所得到的半成品干燥，在隧道窑中烧成，烧成温度为1520℃，得到石油压裂支撑剂，粒径30～50目。
实施例2：
1、将75份陶瓷辊棒废料、14份赤泥、3份碳酸钡、1份白云石和7份陶瓷粘土加入到球磨机中，外加0.3wt.％三聚磷酸钠，加水球磨6～8h，得到均匀浆料。浆料固含量为60wt％。
2、将步骤1制得的浆料，在喷雾干燥塔中干燥，得到具有一定粒度的粉体；
3、将步骤2得到粉体在糖衣成球机上成型粒径20～40目的支撑剂半成品；
4、将步骤3所得到的半成品干燥，在隧道窑中烧成，烧成温度为1430℃，得到粒径20～40目的石油压裂支撑剂。
实施例3：
1、将60份的陶瓷辊棒废料、18份赤泥、15份粉煤灰、1份白云石和6份陶瓷粘土加入到球磨机中，外加0.3wt.％三聚磷酸钠，加水球磨6～8h，得到均匀浆料。浆料固含量为60wt％。
2、将步骤1制得的浆料，在喷雾干燥塔中干燥，得到具有一定粒度的粉体；
3、将步骤2得到粉体在糖衣成球机上成型粒径20～40目的支撑剂半成品；
4、将步骤3所得到的半成品干燥，在回转窑中烧成，烧成温度为1350℃，得到粒径20～40目的石油压裂支撑剂。
以上实施例1-3的石油压裂支撑剂有关性能数据如下表：
*依据SY/T5108-2006，“压裂支撑剂性能测试推荐方法”测试。
Claims (4)
1.一种石油压裂支撑剂，原料质量份如下：
陶瓷辊棒废料60～85份，赤泥1～20份，粉煤灰0～20份，氧化锰或碳酸钡0～5份、白云石或滑石0～3份，陶瓷粘土5～10份；
所述陶瓷辊棒废料指的是陶瓷辊棒生产厂加工过程中的边角废料或/和破损断裂废辊棒废料，其化学组分中Al2O3含量不低于68％；
是按以下方法制备的：
(1)将各粉状原料，按比例称量混合，添加原料总重量0.2-1.2％的球磨助剂，在球磨机中湿法球磨，得到陶瓷浆料；
(2)将陶瓷浆料在喷雾干燥塔中干燥，制成粉体；
(3)将步骤(2)得到粉体在糖衣成球机上成型为具有要求粒径的支撑剂半成品；
(4)所得的支撑剂半成品干燥后，在陶瓷窑炉中于1300～1530℃的温度下烧制，得石油压裂陶粒支撑剂产品。
2.如权利要求1所述的石油压裂支撑剂，其特征在于原料质量份如下：陶瓷辊棒废料60～85份，赤泥10～20份，粉煤灰10～15份，白云石1～2份，陶瓷粘土6～8份。
3.如权利要求1所述的石油压裂支撑剂，其特征在于原料质量份如下：陶瓷辊棒废料60～85份，赤泥5～20份，氧化锰或碳酸钡3～5份，陶瓷粘土5～10份。
4.如权利要求1所述的石油压裂支撑剂，其特征在于所述陶瓷窑炉是隧道窑或回转窑。
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