CN105131934B - 一种双层高强度压裂支撑剂及其制备方法 - Google Patents
一种双层高强度压裂支撑剂及其制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN105131934B CN105131934B CN201510645034.0A CN201510645034A CN105131934B CN 105131934 B CN105131934 B CN 105131934B CN 201510645034 A CN201510645034 A CN 201510645034A CN 105131934 B CN105131934 B CN 105131934B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- raw material
- core
- double
- high strength
- bauxite
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 24
- 239000011162 core material Substances 0.000 claims abstract description 119
- 239000002994 raw material Substances 0.000 claims abstract description 80
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 claims abstract description 67
- 239000011257 shell material Substances 0.000 claims abstract description 65
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 claims abstract description 55
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 claims abstract description 55
- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N silicon nitride Chemical compound N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 55
- 229910001570 bauxite Inorganic materials 0.000 claims abstract description 52
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 59
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 claims description 38
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims description 29
- HIGRAKVNKLCVCA-UHFFFAOYSA-N alumine Chemical compound C1=CC=[Al]C=C1 HIGRAKVNKLCVCA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 20
- 239000011265 semifinished product Substances 0.000 claims description 17
- 239000000047 product Substances 0.000 claims description 11
- 229920002401 polyacrylamide Polymers 0.000 claims description 9
- 239000010695 polyglycol Substances 0.000 claims description 5
- 229920000151 polyglycol Polymers 0.000 claims description 5
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 4
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 4
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 3
- 239000012467 final product Substances 0.000 claims description 3
- 238000005469 granulation Methods 0.000 claims description 3
- 230000003179 granulation Effects 0.000 claims description 3
- 238000005453 pelletization Methods 0.000 claims description 3
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000004411 aluminium Substances 0.000 claims description 2
- 230000006378 damage Effects 0.000 abstract description 16
- 239000003921 oil Substances 0.000 abstract description 13
- 238000007906 compression Methods 0.000 abstract description 11
- 230000006835 compression Effects 0.000 abstract description 11
- 239000002253 acid Substances 0.000 abstract description 6
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 abstract description 5
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 abstract description 5
- 230000008901 benefit Effects 0.000 abstract description 4
- 239000012752 auxiliary agent Substances 0.000 abstract description 2
- 238000011084 recovery Methods 0.000 abstract description 2
- 238000000498 ball milling Methods 0.000 description 15
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 13
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 12
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 239000006004 Quartz sand Substances 0.000 description 7
- 239000000463 material Substances 0.000 description 7
- 238000012216 screening Methods 0.000 description 7
- 238000009817 primary granulation Methods 0.000 description 5
- 238000009818 secondary granulation Methods 0.000 description 5
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000000034 method Methods 0.000 description 4
- 229910052573 porcelain Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000011435 rock Substances 0.000 description 4
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 3
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 3
- AMWRITDGCCNYAT-UHFFFAOYSA-L manganese oxide Inorganic materials [Mn].O[Mn]=O.O[Mn]=O AMWRITDGCCNYAT-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 3
- ZRALSGWEFCBTJO-UHFFFAOYSA-N Guanidine Chemical compound NC(N)=N ZRALSGWEFCBTJO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910003978 SiClx Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 2
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 2
- 229910052681 coesite Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052906 cristobalite Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000003837 high-temperature calcination Methods 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000035699 permeability Effects 0.000 description 2
- 239000003208 petroleum Substances 0.000 description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 2
- 238000005086 pumping Methods 0.000 description 2
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 2
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 2
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 2
- 229910052682 stishovite Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052905 tridymite Inorganic materials 0.000 description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- CHJJGSNFBQVOTG-UHFFFAOYSA-N N-methyl-guanidine Natural products CNC(N)=N CHJJGSNFBQVOTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 208000027418 Wounds and injury Diseases 0.000 description 1
- 238000005299 abrasion Methods 0.000 description 1
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 1
- 239000003513 alkali Substances 0.000 description 1
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 1
- 239000002585 base Substances 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910010293 ceramic material Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000003245 coal Substances 0.000 description 1
- 230000008602 contraction Effects 0.000 description 1
- 238000005336 cracking Methods 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- SWSQBOPZIKWTGO-UHFFFAOYSA-N dimethylaminoamidine Natural products CN(C)C(N)=N SWSQBOPZIKWTGO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- KZHJGOXRZJKJNY-UHFFFAOYSA-N dioxosilane;oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Si]=O.O=[Si]=O.O=[Al]O[Al]=O.O=[Al]O[Al]=O.O=[Al]O[Al]=O KZHJGOXRZJKJNY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000012769 display material Substances 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 230000009977 dual effect Effects 0.000 description 1
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 1
- 238000011049 filling Methods 0.000 description 1
- 239000003292 glue Substances 0.000 description 1
- 238000009776 industrial production Methods 0.000 description 1
- 239000004615 ingredient Substances 0.000 description 1
- 230000000977 initiatory effect Effects 0.000 description 1
- 208000014674 injury Diseases 0.000 description 1
- 239000010977 jade Substances 0.000 description 1
- 230000010534 mechanism of action Effects 0.000 description 1
- 238000005065 mining Methods 0.000 description 1
- 229910052863 mullite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000003345 natural gas Substances 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 238000011056 performance test Methods 0.000 description 1
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 238000007873 sieving Methods 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- 238000005245 sintering Methods 0.000 description 1
- 239000004575 stone Substances 0.000 description 1
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
- C09K8/00—Compositions for drilling of boreholes or wells; Compositions for treating boreholes or wells, e.g. for completion or for remedial operations
- C09K8/60—Compositions for stimulating production by acting on the underground formation
- C09K8/80—Compositions for reinforcing fractures, e.g. compositions of proppants used to keep the fractures open
- C09K8/805—Coated proppants
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Ceramic Products (AREA)
Abstract
本发明公开了一种双层高强度压裂支撑剂及其制备方法，属于采油(气)助剂技术领域。该压裂支撑剂包括陶瓷内芯和包覆在陶瓷内芯表面的氮化硅陶瓷外壳，所述陶瓷内芯直径与氮化硅陶瓷外壳厚度的比例为5～10:1；所述陶瓷内芯主要由以下质量百分比的芯材原料制成：铝矾土40％～50％、页岩40％～50％、煤矸石0～10％；所述氮化硅陶瓷外壳主要由以下质量百分比的壳材原料制成：氮化硅60％～70％、铝矾土30％～40％。本发明的双层高强度压裂支撑剂，具有抗压强度高、破碎率低、视密度低、抗腐蚀能力强等优点，在103Mpa条件下破碎率＜6％，酸溶解度＜2％，特别适用于深井及超深井油气田的开发。
Description
技术领域
本发明属于采油(气)助剂技术领域，具体涉及一种双层高强度压裂支撑剂，同时还涉及一种双层高强度压裂支撑剂的制备方法。
背景技术
在石油、天然气的开采过程中，水力压裂已经成为开采的重要手段。特别是我国石油天然气的储存条件具有埋藏深、闭合压力高、渗透率低等特点；在油气井深井开采过程中，高闭合压力低渗透性矿床经压裂处理后，使含油气岩层裂开，油气从裂缝形成的通道中汇集而出，此时需要流体注入岩石基层，以超过地层破裂强度的压力，使井筒周围岩层产生裂缝，形成一个具有高导流能力的通道。为了能保持裂缝开启，油气产物能顺利产至地面，将石油支撑剂和高压溶液一起进入地层填充在岩层裂隙中，支撑剂在裂缝中的分布决定着裂缝的导流能力，压裂完成以后，裂缝会闭合在填充的支撑剂上，因此支撑剂扮演着支撑裂缝和防止裂缝闭合的双重角色，能够使裂缝保持高导流能力，使油气畅通，增加产量。
目前常用的压裂支撑剂有石英砂、陶粒及树脂覆膜的颗粒等。其中，石英砂的价格最便宜，相对密度低，便于施工泵送，但是石英砂的强度低、圆球度差、破碎率高，从而降低了裂缝的导流能力，特别不适用于闭合压力高的深井。石英砂用树脂覆膜后圆球度有所改善，抗破碎能力大幅度提高，导流能力比石英砂好，但仍比陶粒低。以铝钒土为主料制造的陶粒支撑剂，圆球度、抗破碎能力和导流能力都比石英砂好，广泛的被深油气井所采用。但是陶粒的视密度比石英砂大，对泵送条件及压裂液的性能都提出了更高的要求，加大了施工难度；在压裂过程中容易引起堆积，对导流极其不利，从而影响后期出油效果，同时对泵送功率要求高，对管道的磨损大。
相比之下，低密度支撑剂具有较好的空隙率，携带更容易，能大大降低压裂液的粘度，减少对管道和泵的伤害，甚至可以实现清洁压裂，有效降低施工难度和采油成本；另外低密度支撑剂导流递减率比较低，能产生好的采油效果。因此低密度支撑剂的开发成为支撑剂研究的方向。
现有技术中，CN101787270B公开了一种低密度陶粒支撑剂，以铝矾土和煤矸石为内芯，以铝矾土和四氧化三锰为外壳，成球烧结，即得低密度陶粒，所述内芯的直径为0.2～0.3mm，所述球的粒径为0.6～0.95mm，所述内芯中铝矾土与煤矸石的重量比为20～80:80～20；所述外壳中铝矾土与四氧化三锰的重量比为90～97:10～3。所得陶粒支撑剂具有强度高、密度低的特点，但是采用四氧化三锰与铝矾土的混合物形成外壳，对于密度的降低、强度的提高幅度不大，同时破碎率高、抗腐蚀能力弱，还不能满足高闭合压力、低渗流储层使用的要求。
发明内容
本发明的目的是提供一种双层高强度压裂支撑剂，解决现有压裂支撑剂抗压强度低、破碎率高、视密度高、抗腐蚀能力弱的特点。
本发明的第二个目的是提供一种双层高强度压裂支撑剂的制备方法。
为了实现以上目的，本发明所采用的技术方案是：
一种双层高强度压裂支撑剂，包括陶瓷内芯和包覆在陶瓷内芯表面的氮化硅陶瓷外壳，所述陶瓷内芯直径与氮化硅陶瓷外壳厚度的比例为5～10:1；
所述陶瓷内芯主要由以下质量百分比的芯材原料制成：铝矾土40％～50％、页岩40％～50％、煤矸石0～10％；
所述氮化硅陶瓷外壳主要由以下质量百分比的壳材原料制成：氮化硅60％～70％、铝矾土30％～40％。
本发明的双层高强度压裂支撑剂，包括陶瓷内芯和包覆在陶瓷内芯表面的氮化硅陶瓷外壳，陶瓷内芯主要由铝矾土、页岩和煤矸石制成，密度低；氮化硅陶瓷外壳主要由氮化硅和铝矾土制成，强度高；所得双层高强度压裂支撑剂具有抗压强度高、破碎率低、视密度低、抗腐蚀能力强等优点，在103Mpa条件下破碎率＜6％，酸溶解度＜2％，特别适用于深井及超深井油气田的开发。
所述双层高强度压裂支撑剂的粒度为40～70目。
优选的，所述陶瓷内芯主要由以下质量百分比的芯材原料制成：铝矾土45％～50％、页岩40％～45％、煤矸石5～10％。
所述芯材原料中，所用铝矾土为低铝矾土，所述低铝矾土中氧化铝的质量含量不高于50％；所述壳材原料中，所用铝矾土为高铝矾土，所述高铝矾土中氧化铝的质量含量不低于70％。优选的，低铝矾土中氧化铝的质量含量为40％～50％；所述高铝矾土中氧化铝的质量含量为70％～80％。
优选的，所用各组分原料的规格要求见表1。
表1各组分原料的规格要求
所述氮化硅为α氮化硅或β氮化硅。
优选的，所述陶瓷内芯是由粘结剂和以下质量百分比的芯材原料制成：铝矾土40％～50％、页岩40％～50％、煤矸石0～10％；所述氮化硅陶瓷外壳是由粘结剂和以下质量百分比的壳材原料制成：氮化硅60％～70％、铝矾土30％～40％。制备方法包括：粉状的芯材原料加入粘结剂制粒得内芯坯体；粉状的壳材原料加入粘结剂，以内芯坯体为核二次制粒在内芯坯体表面形成包覆层，后焙烧即得。
所述粘结剂为质量浓度为0.1％～1.0％的聚丙烯酰胺溶液、羧甲基纤维素溶液或聚乙二醇溶液。
本发明的双层高强度压裂支撑剂，包括低密度的陶瓷内芯和高强度的氮化硅陶瓷外壳，其优势在于：
1.氮化硅是一种高强度的陶瓷材料，其具有耐温、耐压、耐酸碱等性能，同时其抗压强度很高，可以大大提高支撑剂的抗压强度和降低破碎率；本发明产品的抗压强度可以达到103MPa，破碎率＜6％，特别适用于油气田深井及超深井的压裂作业。
2.各原料组分作用机理为：芯材原料采用低铝矾土、页岩、煤矸石，在高温煅烧时铝矾土和页岩中的Al2O3、SiO2生成具有一定强度的棒状莫来石晶相能够提高支撑剂的抗压强度，同时，煤矸石中的碳可以在高温煅烧下产生闭气孔，有效地降低了支撑剂的视密度。利用氮化硅做壳体材料，利用其本身的高强度及高铝矾土中Al2O3、SiO2生成更高强度的刚玉相来提高支撑剂的抗压强度。同时氮化硅形成的陶瓷壳体具有很强的耐酸碱性，降低支撑剂的酸溶解度。氮化硅在高温下形成的壳体材料具有很好的表面光洁度及圆球度，可以有效地提高支撑剂的导流能力及降低支撑剂的浊度。
3.本发明的双层高强度压裂支撑剂，依据SY/T5108-2014标准要求检测，40/70目压裂支撑剂的体积密度为1.50g/cm3以下，视密度为2.50g/cm3以下，在86Mpa、103Mpa压力下的破碎率分别为1.5％、5.0％，抗压等级可以达到15K，完全满足油气田开采要求，且视密度远低于行业标准。同时，压裂支撑剂表面光洁度好、球度高，导流能力大幅度提升，更低的视密度能减少压裂施工中对胍胶的使用，更易泵送，可以有效降低压裂成本。
一种上述的双层高强度压裂支撑剂的制备方法，包括下列步骤：
1)取配方量的铝矾土、页岩、煤矸石粉碎成细粉，混合得芯材原料；取配方量的氮化硅、铝矾土粉碎成细粉，混合得壳材原料，备用；
2)将步骤1)所得芯材原料加入粘结剂，制粒得内芯坯体；
3)将步骤1)所得壳材原料加入粘结剂，以步骤2)所得内芯坯体为核进行制粒，在内芯坯体表面形成包覆层，得半成品；
4)取步骤3)所得半成品烘干后进行焙烧，冷却即得。
步骤1)中，所用细粉满足500目筛余≤3％(质量百分比)。所述芯材原料或壳材原料的制备方法为：先将各组分原料分别破碎至5mm以下(优选1～5mm)，再分别球磨5～8h后，过500目筛，至粉的细度达到500目筛余≤3％(质量百分比)；后按配方量混合，即得。
所述粘结剂为质量浓度为0.1％～1.0％的聚丙烯酰胺溶液、羧甲基纤维素溶液或聚乙二醇溶液。所述粘结剂均为质量浓度为0.1％～1.0％的水溶液。
步骤2)中，所述芯材原料与粘结剂的质量比为100:8～10；步骤3)中，所述壳材原料与粘结剂的质量比为100:8～12。
步骤3)中，制粒后用35～65目的筛网筛分得到半成品。
步骤4)中，所述烘干的温度为100～200℃。
步骤4)中，所述焙烧的温度为1300～1400℃，焙烧的时间不低于6h。优选的，所述焙烧的温度为1350～1400℃，焙烧的时间为6～8h。
步骤4)中，冷却后用40～70目的筛网筛分得到成品。一般的，筛分半成品的筛网要比筛分成品的筛网孔径大，主要是因为高温焙烧下体积收缩，水分散失也会引起体积缩小；这样的筛分方式可保证高的成品率。
本发明的双层高强度压裂支撑剂的制备方法，包括粉状的芯材原料加入粘结剂制粒(一次制粒)得内芯坯体，粉状的壳材原料加入粘结剂，以内芯坯体为核二次制粒在内芯坯体表面形成包覆层，后焙烧；采用双层造粒技术，获得低密度的陶瓷内芯和高强度的氮化硅陶瓷外壳；在制备过程中，更容易控制内芯与外层的比例及性能；所得双层高强度压裂支撑剂，圆球度高，质量好，破碎率低，且具有较高的抗压强度和较低的密度；制备过程简短，原材料取用方便，工艺参数可控，适于大规模工业化生产。
进一步的，本发明的双层高强度压裂支撑剂及其制备方法，芯材原料采用了低品位铝矾土和页岩为主要原料，能够大幅降低支撑剂的生产成本；同时还加入了煤矸石，解决了资源综合利用问题，具有较好的经济和社会效益。
附图说明
图1为实施例1所得双层高强度压裂支撑剂的结构示意图；
图2为实施例1所得双层高强度压裂支撑剂的显微形貌剖面图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步的说明。
实施例1
本实施例的双层高强度压裂支撑剂，如图1所示，包括陶瓷内芯1和包覆在陶瓷内芯1表面的氮化硅陶瓷外壳2，所述陶瓷内芯1的直径与氮化硅陶瓷外壳2的厚度的比例为7:1；
所述陶瓷内芯主要由以下质量百分比的芯材原料制成：低铝矾土45％、页岩45％、煤矸石10％；所述低铝矾土中氧化铝的质量含量为50％；
所述氮化硅陶瓷外壳主要由以下质量百分比的壳材原料制成：氮化硅60％、高铝矾土40％。所述高铝矾土中氧化铝的质量含量为70％；
本实施例的双层高强度压裂支撑剂的制备方法，包括下列步骤：
1)取低铝矾土、页岩、煤矸石先分别(经颚式破碎机)破碎至5mm以下，再置于球磨机中球磨8h，至粉的细度达到500目筛余≤3％，按配方量将所得铝矾土、页岩、煤矸石细粉混合搅拌均匀得芯材原料，备用；
取氮化硅、高铝矾土先分别(经颚式破碎机)破碎至5mm以下，再置于球磨机中球磨8h，至粉的细度达到500目筛余≤3％，按配方量将所得氮化硅、高铝矾土细粉混合搅拌均匀得壳材原料，备用；
2)将步骤1)所得芯材原料加入质量浓度为0.1％的聚丙烯酰胺溶液作为粘结剂(芯材原料与粘结剂的质量比为100:10)，在造粒机上造粒(一次制粒)，得内芯坯体；
3)将步骤1)所得壳材原料加入质量浓度为0.1％的聚丙烯酰胺溶液作为粘结剂(壳材原料与粘结剂的质量比为100:11)，以步骤2)所得内芯坯体为核在造粒机上造粒(二次制粒)，在内芯坯体表面形成包覆层，采用35～65目筛网筛分得半成品；
4)取步骤3)所得半成品在100℃烘干，再在1360℃条件下焙烧8h后，冷却至室温，采用40～70目筛网筛分即得成品。
本实施例所得双层高强度压裂支撑剂的显微形貌剖面图如图2所示。图2是将所得支撑剂从中间剖开，在显微镜下观测得到的图片。从图2可以看出，所得双层高强度压裂支撑剂为近球形，圆球度高，粒度均匀；从图中可以看到双层的结构，边缘的颜色和内部的颜色有区别，显示材料不同，中间还可以看到微小的气孔，整体降低了支撑剂的密度。
实施例2
本实施例的双层高强度压裂支撑剂，结构同实施例1，包括陶瓷内芯1和包覆在陶瓷内芯1表面的氮化硅陶瓷外壳2，所述陶瓷内芯1的直径与氮化硅陶瓷外壳2的厚度的比例为5:1；
所述陶瓷内芯主要由以下质量百分比的芯材原料制成：低铝矾土50％、页岩45％、煤矸石5％；所述低铝矾土中氧化铝的质量含量为40％；
所述氮化硅陶瓷外壳主要由以下质量百分比的壳材原料制成：氮化硅70％、高铝矾土30％。所述高铝矾土中氧化铝的质量含量为80％；
本实施例的双层高强度压裂支撑剂的制备方法，包括下列步骤：
1)取低铝矾土、页岩、煤矸石先分别(经颚式破碎机)破碎至5mm以下，再置于球磨机中球磨7h，至粉的细度达到500目筛余≤3％，按配方量将所得铝矾土、页岩、煤矸石细粉混合搅拌均匀得芯材原料，备用；
取氮化硅、高铝矾土先分别(经颚式破碎机)破碎至5mm以下，再置于球磨机中球磨7h，至粉的细度达到500目筛余≤3％，按配方量将所得氮化硅、高铝矾土细粉混合搅拌均匀得壳材原料，备用；
2)将步骤1)所得芯材原料加入质量浓度为0.1％的聚丙烯酰胺溶液作为粘结剂(芯材原料与粘结剂的质量比为100:8)，在造粒机上造粒(一次制粒)，得内芯坯体；
3)将步骤1)所得壳材原料加入质量浓度为0.1％的聚丙烯酰胺溶液作为粘结剂(壳材原料与粘结剂的质量比为100:12)，以步骤2)所得内芯坯体为核在造粒机上造粒(二次制粒)，在内芯坯体表面形成包覆层，采用35～65目筛网筛分得半成品；
4)取步骤3)所得半成品在120℃烘干，再在1380℃条件下焙烧7h后，冷却至室温，采用40～70目筛网筛分即得成品。
实施例3
本实施例的双层高强度压裂支撑剂，结构同实施例1，包括陶瓷内芯1和包覆在陶瓷内芯1表面的氮化硅陶瓷外壳2，所述陶瓷内芯1的直径与氮化硅陶瓷外壳2的厚度的比例为10:1；
所述陶瓷内芯主要由以下质量百分比的芯材原料制成：低铝矾土47％、页岩43％、煤矸石10％；所述低铝矾土中氧化铝的质量含量为45％；
所述氮化硅陶瓷外壳主要由以下质量百分比的壳材原料制成：氮化硅65％、高铝矾土35％。所述高铝矾土中氧化铝的质量含量为75％；
本实施例的双层高强度压裂支撑剂的制备方法，包括下列步骤：
1)取低铝矾土、页岩、煤矸石先分别(经颚式破碎机)破碎至5mm以下，再置于球磨机中球磨6h，至粉的细度达到500目筛余≤3％，按配方量将所得铝矾土、页岩、煤矸石细粉混合搅拌均匀得芯材原料，备用；
取氮化硅、高铝矾土先分别(经颚式破碎机)破碎至5mm以下，再置于球磨机中球磨6h，至粉的细度达到500目筛余≤3％，按配方量将所得氮化硅、高铝矾土细粉混合搅拌均匀得壳材原料，备用；
2)将步骤1)所得芯材原料加入质量浓度为0.1％的聚丙烯酰胺溶液作为粘结剂(芯材原料与粘结剂的质量比为100:9)，在造粒机上造粒(一次制粒)，得内芯坯体；
3)将步骤1)所得壳材原料加入质量浓度为0.1％的聚丙烯酰胺溶液作为粘结剂(壳材原料与粘结剂的质量比为100:10)，以步骤2)所得内芯坯体为核在造粒机上造粒(二次制粒)，在内芯坯体表面形成包覆层，采用35～65目筛网筛分得半成品；
4)取步骤3)所得半成品在150℃烘干，再在1360℃条件下焙烧8h后，冷却至室温，采用40～70目筛网筛分即得成品。
实施例4
本实施例的双层高强度压裂支撑剂，结构同实施例1，包括陶瓷内芯1和包覆在陶瓷内芯1表面的氮化硅陶瓷外壳2，所述陶瓷内芯1的直径与氮化硅陶瓷外壳2的厚度的比例为7:1；
所述陶瓷内芯主要由以下质量百分比的芯材原料制成：低铝矾土50％、页岩50％；所述低铝矾土中氧化铝的质量含量为45％；
所述氮化硅陶瓷外壳主要由以下质量百分比的壳材原料制成：氮化硅60％、高铝矾土40％。所述高铝矾土中氧化铝的质量含量为70％；
本实施例的双层高强度压裂支撑剂的制备方法，包括下列步骤：
1)取低铝矾土、页岩先分别(经颚式破碎机)破碎至5mm以下，再置于球磨机中球磨6h，至粉的细度达到500目筛余≤3％，按配方量将所得铝矾土、页岩细粉混合搅拌均匀得芯材原料，备用；
取氮化硅、高铝矾土先分别(经颚式破碎机)破碎至5mm以下，再置于球磨机中球磨6h，至粉的细度达到500目筛余≤3％，按配方量将所得氮化硅、高铝矾土细粉混合搅拌均匀得壳材原料，备用；
2)将步骤1)所得芯材原料加入质量浓度为1.0％的羧甲基纤维素溶液作为粘结剂(芯材原料与粘结剂的质量比为100:8)，在造粒机上造粒(一次制粒)，得内芯坯体；
3)将步骤1)所得壳材原料加入质量浓度为1.0％的羧甲基纤维素溶液作为粘结剂(壳材原料与粘结剂的质量比为100:10)，以步骤2)所得内芯坯体为核在造粒机上造粒(二次制粒)，在内芯坯体表面形成包覆层，采用35～65目筛网筛分得半成品；
4)取步骤3)所得半成品在180℃烘干，再在1400℃条件下焙烧6h后，冷却至室温，采用40～70目筛网筛分即得成品。
实施例5
本实施例的双层高强度压裂支撑剂，结构同实施例1，包括陶瓷内芯1和包覆在陶瓷内芯1表面的氮化硅陶瓷外壳2，所述陶瓷内芯1的直径与氮化硅陶瓷外壳2的厚度的比例为10:1；
所述陶瓷内芯主要由以下质量百分比的芯材原料制成：低铝矾土43％、页岩47％、煤矸石10％；所述低铝矾土中氧化铝的质量含量为50％；
所述氮化硅陶瓷外壳主要由以下质量百分比的壳材原料制成：氮化硅70％、高铝矾土30％。所述高铝矾土中氧化铝的质量含量为80％；
本实施例的双层高强度压裂支撑剂的制备方法，包括下列步骤：
1)取低铝矾土、页岩、煤矸石先分别(经颚式破碎机)破碎至5mm以下，再置于球磨机中球磨6h，至粉的细度达到500目筛余≤3％，按配方量将所得铝矾土、页岩、煤矸石细粉混合搅拌均匀得芯材原料，备用；
取氮化硅、高铝矾土先分别(经颚式破碎机)破碎至5mm以下，再置于球磨机中球磨6h，至粉的细度达到500目筛余≤3％，按配方量将所得氮化硅、高铝矾土细粉混合搅拌均匀得壳材原料，备用；
2)将步骤1)所得芯材原料加入质量浓度为0.5％的聚乙二醇溶液作为粘结剂(芯材原料与粘结剂的质量比为100：10)，在造粒机上造粒(一次制粒)，得内芯坯体；
3)将步骤1)所得壳材原料加入质量浓度为0.5％的聚乙二醇溶液作为粘结剂(壳材原料与粘结剂的质量比为100：10)，以步骤2)所得内芯坯体为核在造粒机上造粒(二次制粒)，在内芯坯体表面形成包覆层，采用35～65目筛网筛分得半成品；
4)取步骤3)所得半成品在200℃烘干，再在1380℃条件下焙烧7h后，冷却至室温，采用40～70目筛网筛分即得成品。
实验例
本实验例依据SY/T5108-2014标准，对实施例1-5所得双层高强度压裂支撑剂进行性能检测，检测结果见下表2。
表2实施例1～5所得双层高强度压裂支撑剂的性能检测结果
| 性能指标 | 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 实施例4 | 实施例5 |
| 体积密度(g/cm3) | 1.43 | 1.47 | 1.50 | 1.49 | 1.48 |
| 视密度(g/cm3) | 2.41 | 2.45 | 2.50 | 2.50 | 2.46 |
| 圆度 | 0.91 | 0.91 | 0.90 | 0.90 | 0.90 |
| 球度 | 0.92 | 0.93 | 0.91 | 0.90 | 0.91 |
| 浊度(FTU) | 56.4 | 46.8 | 60.2 | 62.2 | 51.6 |
| 酸溶解度(％) | 1.4 | 1.5 | 1.4 | 1.5 | 1.6 |
| 破碎率/86Mpa(％) | 2.1 | 1.5 | 1.9 | 2.2 | 2.0 |
| 破碎率/100Mpa(％) | 4.6 | 5.0 | 5.3 | 5.5 | 4.9 |
从表2中可以看出，依据SY/T5108-2014标准要求检测，实施例1-5所得层高强度压裂支撑剂的体积密度为1.50g/cm3以下，视密度为2.50g/cm3以下，在86Mpa、103Mpa压力下的破碎率分别为1.5％、5.0％，抗压等级可以达到15K。实验结果表明，本发明的层高强度压裂支撑剂具有抗压强度高、破碎率低、视密度低、抗腐蚀能力强等优点，完全满足油气田开采要求，且视密度远低于行业标准。
Claims (9)
1.一种双层高强度压裂支撑剂，其特征在于：包括陶瓷内芯和包覆在陶瓷内芯表面的氮化硅陶瓷外壳，所述陶瓷内芯直径与氮化硅陶瓷外壳厚度的比例为5～10:1；
所述陶瓷内芯主要由以下质量百分比的芯材原料制成：铝矾土40％～50％、页岩40％～50％、煤矸石0～10％；
所述氮化硅陶瓷外壳主要由以下质量百分比的壳材原料制成：氮化硅60％～70％、铝矾土30％～40％；
所述芯材原料中，所用铝矾土为低铝矾土，所述低铝矾土中氧化铝的质量含量不高于50％；所述壳材原料中，所用铝矾土为高铝矾土，所述高铝矾土中氧化铝的质量含量不低于70％；
所用各组分原料的规格要求见下表：
各组分原料的规格要求
2.根据权利要求1所述的双层高强度压裂支撑剂，其特征在于：所述陶瓷内芯主要由以下质量百分比的芯材原料制成：铝矾土45％～50％、页岩40％～45％、煤矸石5～10％。
3.一种如权利要求1所述的双层高强度压裂支撑剂的制备方法，其特征在于：包括下列步骤：
1)取配方量的铝矾土、页岩、煤矸石细粉，混合得芯材原料；取配方量的氮化硅、铝矾土细粉，混合得壳材原料，备用；
2)将步骤1)所得芯材原料加入粘结剂，制粒得内芯坯体；
3)将步骤1)所得壳材原料加入粘结剂，以步骤2)所得内芯坯体为核进行制粒，在内芯坯体表面形成包覆层，得半成品；
4)取步骤3)所得半成品烘干后进行焙烧，冷却即得。
4.根据权利要求3所述的双层高强度压裂支撑剂的制备方法，其特征在于：步骤1)中，所用细粉满足500目筛余≤3％。
5.根据权利要求3所述的双层高强度压裂支撑剂的制备方法，其特征在于：所述粘结剂为质量浓度为0.1％～1.0％的聚丙烯酰胺溶液、羧甲基纤维素溶液或聚乙二醇溶液。
6.根据权利要求3或5所述的双层高强度压裂支撑剂的制备方法，其特征在于：步骤2)中，所述芯材原料与粘结剂的质量比为100:8～10；步骤3)中，所述壳材原料与粘结剂的质量比为100:8～12。
7.根据权利要求3所述的双层高强度压裂支撑剂的制备方法，其特征在于：步骤3)中，制粒后用35～65目的筛网筛分得到半成品。
8.根据权利要求3所述的双层高强度压裂支撑剂的制备方法，其特征在于：步骤4)中，所述焙烧的温度为1300～1400℃，焙烧的时间不低于6h。
9.根据权利要求3所述的双层高强度压裂支撑剂的制备方法，其特征在于：步骤4)中，冷却后用40～70目的筛网筛分得到成品。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201510645034.0A CN105131934B (zh) | 2015-10-08 | 2015-10-08 | 一种双层高强度压裂支撑剂及其制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201510645034.0A CN105131934B (zh) | 2015-10-08 | 2015-10-08 | 一种双层高强度压裂支撑剂及其制备方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN105131934A CN105131934A (zh) | 2015-12-09 |
| CN105131934B true CN105131934B (zh) | 2018-12-11 |
Family
ID=54717519
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201510645034.0A Active CN105131934B (zh) | 2015-10-08 | 2015-10-08 | 一种双层高强度压裂支撑剂及其制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN105131934B (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2021231393A1 (en) * | 2020-05-12 | 2021-11-18 | Saudi Arabian Oil Company | Ceramic-coated proppant |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111154479B (zh) * | 2020-01-23 | 2021-05-07 | 中国石油大学(北京) | 一种页岩碎屑覆膜支撑剂及其制备方法和应用 |
| CN111335863B (zh) * | 2020-04-10 | 2021-03-12 | 西南石油大学 | 一种常规和胶囊型可溶支撑剂交替注入的通道压裂方法 |
| CN114230345B (zh) * | 2021-11-24 | 2022-10-04 | 吉林大学 | 一种高强度的熔融金属过滤用多孔碳化硅陶瓷及其制备方法 |
| CN114456797A (zh) * | 2022-03-18 | 2022-05-10 | 河南天祥新材料股份有限公司 | 一种陶瓷示踪支撑剂 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102220125A (zh) * | 2010-04-19 | 2011-10-19 | 袁新 | 一种低密度高强度碳化硅质压裂支撑剂 |
| WO2015021083A1 (en) * | 2013-08-07 | 2015-02-12 | Oxane Materials, Inc. | Proppants and methods of making the same |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7828998B2 (en) * | 2006-07-11 | 2010-11-09 | Carbo Ceramics, Inc. | Material having a controlled microstructure, core-shell macrostructure, and method for its fabrication |
| CN101787270B (zh) * | 2010-03-31 | 2012-11-14 | 阳泉市长青石油压裂支撑剂有限公司 | 低密度陶粒支撑剂及其制备方法 |
-
2015
- 2015-10-08 CN CN201510645034.0A patent/CN105131934B/zh active Active
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102220125A (zh) * | 2010-04-19 | 2011-10-19 | 袁新 | 一种低密度高强度碳化硅质压裂支撑剂 |
| WO2015021083A1 (en) * | 2013-08-07 | 2015-02-12 | Oxane Materials, Inc. | Proppants and methods of making the same |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2021231393A1 (en) * | 2020-05-12 | 2021-11-18 | Saudi Arabian Oil Company | Ceramic-coated proppant |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN105131934A (zh) | 2015-12-09 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN105131934B (zh) | 一种双层高强度压裂支撑剂及其制备方法 | |
| EP2197976B1 (en) | Proppants and anti-flowback additives made from sillimanite minerals, methods of manufacture, and methods of use | |
| US9234127B2 (en) | Angular abrasive proppant, process for the preparation thereof and process for hydraulic fracturing of oil and gas wells | |
| US20140110110A1 (en) | Porous Proppants | |
| MX2007009941A (es) | Material de consolidacion electrofusionado, metodo de fabricacion y metodo de uso. | |
| CN105368442B (zh) | 一种低密度超高强度耐腐蚀支撑剂及其制备方法 | |
| CN103773355B (zh) | 一种页岩气开采压裂支撑剂及其制备方法 | |
| EA012824B1 (ru) | Расклинивающий агент для газовых и нефтяных скважин и способ трещинообразования подземной формации | |
| AU2012325773A1 (en) | Porous proppants | |
| CN101696113A (zh) | 一种低密度烧结陶粒压裂支撑剂的低成本制备方法 | |
| CN105925257B (zh) | 一种低密度陶粒支撑剂及其制备方法 | |
| CN102732245B (zh) | 一种低密度陶粒支撑剂及其制备方法 | |
| US10093849B2 (en) | Proppants and anti-flowback additives comprising flash calcined clay, methods of manufacture, and methods of use | |
| CN103484098A (zh) | 低密度高强度的陶粒支撑剂及其制备方法 | |
| CN102942368A (zh) | 一种由低品位铝土矿制备高强度石油压裂支撑剂方法 | |
| CN110951476B (zh) | 一种镍铁渣基石油压裂支撑剂及其制备方法 | |
| WO2015047116A1 (en) | Ceramic proppants of medium strength and a method for manufacturing thereof | |
| CN106190095B (zh) | 一种低密度高强度陶粒支撑剂及其制备方法 | |
| CN106396624A (zh) | 一种煤矸石支撑剂及其制备方法 | |
| CN106987243A (zh) | 一种压裂支撑剂添加剂、压裂支撑剂及制备方法 | |
| CN104130764B (zh) | 一种压裂支撑剂用添加剂、压裂支撑剂及制备方法 | |
| CN105567214A (zh) | 一种超低密度石油压裂支撑剂及其制备方法 | |
| RU2521989C1 (ru) | Способ изготовления высокопрочного магнийсиликатного проппанта | |
| CN104893706B (zh) | 利用铝土矿废矿渣制备高密度高强度的陶粒砂 | |
| CN109593520B (zh) | 一种压裂支撑剂用石英砂及其制备方法和应用 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right |
Denomination of invention: A double-layer high-strength fracturing proppant and its preparation method Effective date of registration: 20231127 Granted publication date: 20181211 Pledgee: Bank of China Limited Gongyi Branch Pledgor: HENAN TIANXIANG NEW MATERIALS Co.,Ltd. Registration number: Y2023980067758 |
|
| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right |