CN112973935B - 压裂支撑剂石英砂岩块矿干法生产工艺 - Google Patents

压裂支撑剂石英砂岩块矿干法生产工艺 Download PDF

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Abstract

本申请公开了一种压裂支撑剂石英砂岩块矿干法生产工艺，包括以下步骤：以尺寸为30～50cm的石英砂块矿为原料破碎至平均粒径为1～3cm的物料后，经过粉碎、微粒整形、多次筛分后，采用净化处理器分离物料中所含片状微粒后，得到形貌圆整的颗粒成品。该工艺以石英块矿为原料，经过常规的破碎、粉碎后，经过整形和净化，制得形貌接近整圆，并能作为压裂支撑剂使用的圆球微粒，该方法无需对原料进行烘干，节约能耗，降低设备占地面积，投入成本低，产品质量好，具有较高的经济价值。

Description

压裂支撑剂石英砂岩块矿干法生产工艺
技术领域
本申请涉及一种压裂支撑剂石英砂岩块矿干法生产工艺，属于压裂支撑剂生产技术领域。
背景技术
石油支撑剂又称压裂支撑剂，石油支撑剂可以广泛运用于地下高、低温环境中，故其需要具有很高的抗压强度和耐磨性能。压裂支撑剂颗粒表面形貌为饱满圆形颗粒时，其力学性能较好，为制得具有较好力学性能和形貌的压裂支撑剂，现有技术中主要采用以下两种方法：1、以河沙、海砂为原料经过清洗、除杂、烘干后制得压裂支撑剂，该方法充分利用了水力冲刷作用，实现对砂砾表面形貌重塑。但该方法烘干过程耗能高，为提高砂砾烘干效率需采用较长的隧道式烘干，增加生产设备占地面积。2、对陶瓷颗粒进行表面改性，增强颗粒的力学性能；但此类方法步骤繁琐，对生产工艺过程控制要求高，主要运用于实验室阶段，价格高昂，生产周期长，生产设备投入高无法实现大规模工业化生产。
以石英砂矿为原料直接进行研磨后，无法直接得到具有所需形貌的颗粒，其中含量大量片状微粒，严重影响压裂支撑剂的使用，分散于水中后浊度FTU高达500。
现有技术中缺乏以石英块矿为原料经过破碎后直接制得压裂支撑剂的工艺。
发明内容
本申请提供了一种压裂支撑剂石英砂岩块矿干法生产工艺，用于解决现有技术中存在的压裂支撑剂生产成本高、无法以廉价石英砂为原料直接制得压裂支撑剂的技术问题。
本申请提供了一种压裂支撑剂石英砂岩块矿干法生产工艺，包括以下步骤：以尺寸为30～50cm的石英砂块矿为原料破碎至平均粒径为1～3cm的物料后，经过粉碎、微粒整形、多次筛分后，采用净化处理器分离物料中所含片状微粒后，得到形貌圆整的颗粒成品；
所用净化处理器包括：圆柱外筒、内筒、锥形外筒、抽吸风机，内筒设置于圆柱外筒内，内筒的顶面开设第二出料口；圆柱外筒的第一端面上开设安装通孔；内筒的第一端容纳设置于安装通孔内；圆柱外筒第一端余下区域封闭；圆柱外筒的侧壁上开设进料口；
抽吸风机的进气端与内筒顶面的第二出料口管路连通；
锥形外筒的顶面与圆柱外筒的底面周缘相连接；锥形外筒的底面横截面直径小于锥形外筒的顶面横截面直径；锥形外筒的底面上开设第一出料口；第二出料口的直径小于内筒顶面直径；
第二出料口用于排出片状微粒；第一出料口用于排出形貌为球体的微粒物料。
优选的，筛分步骤后筛上物返回至粉碎步骤中进行粉碎。
优选的，筛分步骤为：依序采用分级筛、摇摆筛、震动筛进行筛分，每次筛分为对上一筛分装置的筛下物进行筛分处理。
优选的，包括：脉冲除尘器，脉冲除尘器分别与粉碎、微粒整形、分级筛、摇摆筛、震动筛、净化处理器步骤的操作环境管路连通。
优选的，采用微粒整形机进行微粒整形；采用粉碎机进行粉碎步骤；包括：带式输送机、带式输送机的进料端与破碎机相连接；带式输送机的出料端与微粒整形机相连接。
优选的，净化处理器的进料口所进物料的平均粒径为20～350目。
优选的，圆柱外筒与锥形外筒的长度比为0.7～1:1；圆柱外筒横截面的直径为1.4～1.6m。
优选的，锥形外筒的锥度为7～20°。
优选的，内筒第一端的横截面直径大于内筒第二端面的横截面直径；内筒的锥度为2～4°。
优选的，圆柱外筒与锥形外筒的总长为3～4m时，物料进料流速为3～5吨/小时。
本申请能产生的有益效果包括：
1)本申请所提供的压裂支撑剂石英砂岩块矿干法生产工艺，通过采用破碎将石英块矿破碎至粒径1～3cm后经过粉碎、整形后，得到形貌圆整的颗粒物料为主的颗粒物料，再采用净化处理器对颗粒物料中所含片状微粒进行分离，制得产品浊度低于150的压裂支撑剂。该工艺以石英块矿为原料，经过常规的破碎、粉碎后，经过整形和净化，制得形貌接近整圆，并能作为压裂支撑剂使用的圆球微粒，该方法无需对原料进行烘干，节约能耗，降低设备占地面积，投入成本低，产品质量好，具有较高的经济价值。
2)本申请所提供的压裂支撑剂石英砂岩块矿干法生产工艺，在整形与净化处理器件串联设置分级筛、摇摆筛和振动筛，在对粉体物料进行净化处理前先进行粗颗粒分级，分离后的粗颗粒可根据其平均直径，再次返回粉碎机和整形机中进行二次破碎，提高产品平均粒径均一性。
3)本申请所提供的压裂支撑剂石英砂岩块矿干法生产工艺，通过对破碎、粉碎、筛分、净化设备所处环境的气体循环进入集成脉冲除尘器中，对气体中所含粉尘进行回收处理，减少生产过程中产生微尘对环境的污染。
附图说明
图1为本申请提供的压裂支撑剂石英砂岩块矿干法生产工艺流程示意图；
图2为本申请提供的净化处理器主视结构示意图；
图3为本申请提供的净化处理器俯视结构示意图；
图4为本申请提供的压裂支撑剂石英砂岩块矿干法生产工艺设备布置主视结构示意图；
图例说明：
10、圆柱外筒；21、内筒；14、进料管；141、连接法兰；11、锥形外筒；12、第一出料口；22、第二出料口。
具体实施方式
下面结合实施例详述本申请，但本申请并不局限于这些实施例。
参见图1，本申请提供的压裂支撑剂石英砂岩块矿干法生产工艺，包括以下步骤：以尺寸为30～50cm的石英砂块矿为原料破碎至平均粒径为1～3cm的物料后，经过粉碎、微粒整形、多次筛分后，采用净化处理器分离物料中所含片状微粒后，得到形貌圆整的颗粒成品；
所用净化处理器包括：圆柱外筒10、内筒21、锥形外筒11、抽吸风机，内筒21设置于圆柱外筒10内，内筒21的顶面开设第二出料口22；圆柱外筒10的第一端面上开设安装通孔；内筒21的第一端容纳设置于安装通孔内；圆柱外筒10第一端余下区域封闭；圆柱外筒10的侧壁上开设进料口；
抽吸风机的进气端与内筒21顶面的第二出料口22管路连通；
锥形外筒11的顶面与圆柱外筒10的底面周缘相连接；锥形外筒11的底面横截面直径小于锥形外筒11的顶面横截面直径；锥形外筒11的底面上开设第一出料口12；第二出料口22的直径小于内筒21顶面直径；
第二出料口22用于排出片状微粒；第一出料口12用于排出形貌为球体的微粒物料。
本申请中石英砂块矿的尺寸是指块矿上最远两点间的距离。
通过在矩形筒内部设置内筒21，能利用气力输送颗粒物料在矩形筒内不同的运行路径，实现对物料中所含片状物料的有效分离，保证分离效率，减少分离收，物料中所含片状物料的比例，降低合格物料的浊度。
根据需要可以在圆柱外筒10侧壁上的进料口上设置进料管14，便于实现进料。所用锥形外筒11的横截面为圆形。
通过将第二出料口22直径设置的小于内筒21顶面直径，能减少体积较小的圆球状微粒筒第二出料口22排出，提高物料中可用物料的回收率。
本申请中微粒整形步骤中采用CN202010167132.9压裂支撑剂用石英砂干法生产微粒整形机中公开装置进行微粒整形。具体结构使其使用方法参见该申请，在此不累述。
优选的，所述筛分步骤后筛上物返回至粉碎步骤中进行粉碎。按此操作能提高净化处理过程中物料分离效率，避免粒径过大物料进入成品中，影响压裂支撑剂堆积后使用效果，同时还能通过反复粉碎对大尺寸物料进行准确破碎，提高物料利用率，当粗料或其他杂质，在返回粉碎步骤的过程中可以作为废料废弃。
优选的，所述筛分步骤为：依序采用分级筛、摇摆筛、震动筛进行筛分，每次筛分为对上一筛分装置的筛下物进行筛分处理，
具体为：对微粒整形机整形后物料采用分级筛进行筛分，筛分后将筛下物投入摇摆筛中进行筛分；完成筛分后将摇摆筛的筛下物投入震动筛中进行震动筛分；筛分后在将筛下物通过管路连通进入净化处理器中，对其中所含片状微粒进行分离，降低产品的浊度。
优选的，包括：脉冲除尘器，脉冲除尘器分别与粉碎、微粒整形、分级筛、摇摆筛、震动筛、净化处理器步骤的操作环境管路连通。按此连接能对易产生粉尘的环境空气进行有效除尘，减少生产对环境的污染，回收后的粉尘还可以进入废品仓库备用，以待开发其其他用途。
参见图4，可采用集成脉冲除尘器，集成脉冲除尘器的出气端上连接设置抽风机，集成脉冲除尘器的进风端与粉碎、微粒整形、分级筛、摇摆筛、震动筛、净化处理器所处环境管路连通；气体在抽风机的抽吸作用下，定向流入集成脉冲除尘器中，粉尘停留在除尘器上后，净化后的气体再次进入各级操作环境中，实现气体净化循环。
参见图4，优选的，采用微粒整形机进行微粒整形；采用粉碎机进行粉碎步骤；包括：带式输送机、带式输送机的进料端与破碎机相连接；带式输送机的出料端与微粒整形机相连接。采用带式输送机能实现对物料的可靠输送，能减少输送过程中物料的损耗。
优选的，包括：提升斗，提升斗用于提升各级筛分后的筛上物，并将各级筛上物返回至粉碎机中进行再次粉碎。集中脉冲除尘器可以通过分级和风管实现对粉尘量较大区域的气体循环回收，进行气体粉尘过滤。
优选的，净化处理器包括：进料管14，进料管14的第一端与圆柱外筒10外壁上设置的进料口相切连通；进料管14的第二端垂直圆柱外筒10横截面的水平直径向外延伸。
此处所述圆柱外筒10的横截面为圆形，该圆形的水平直径是指将该横截面圆形的圆心角分隔为2个180°中水平直径。
按此设置能使得进入圆柱外筒的物料在气流的输送下，以螺旋路径在圆柱外筒内运动，在气力输送的作用下，片状物料进入内筒21中并从内筒21顶面开设的排气口排出。
优选的，进料管14的第二端上设置连接法兰141，连接法兰141能便于进料管14与进料装置的出料管相连通。
优选的，净化处理器的进料口所进物料的平均粒径为20～350目，更优选为40～200目。按此粒径进行分离，能使分离物料主要粒径集中度提高，减少片状物料占比，提高物料质量。
优选的，圆柱外筒10与锥形外筒11的长度比为0.7～1:1；圆柱外筒10横截面直径为1.4～1.6m。按此比例设置锥形外筒11和圆柱外筒10，能有效延长外形饱满粒径在筒内运行路径长度，在锥形外筒11内部实现颗粒间相互碰撞摩擦，实现对微粒的二次整形，提高分离后合格物料的排出量比例。
优选的，锥形外筒11的锥度为7～20°。按此锥度设置锥形外筒11能有效延长合格微粒在锥形外筒11内的运动路径，同时增强微粒与筒壁的碰撞接触、摩擦几率，提高出料后合格微粒所占比例。
优选的，内筒21的侧壁具有锥度；内筒21第一端的横截面直径大于内筒21第二端面的横截面直径；内筒21的锥度为2～4°。按此设置能使得进入内筒21的片状颗粒物料，在内筒21内与筒壁接触摩擦后，对片状程度较小的微粒通过整形实现对形貌改变，从而提高分离后，物料中合格颗粒占比，减少物料的浪费，提高物料回收利用率。
优选的，净化处理器中所用抽吸风机功率为17～19kw采用该功率的风机，能在不干扰形貌合格颗粒在锥形筒中的运动的同时，实现对片状物料的有效抽吸，在圆柱外筒10内实现对不同形貌颗粒的第一次分离。
优选的，进料物料的平均粒径为20目～50目时，内筒21与圆柱外筒10第二端面的间距为70～80cm；进料物料的平均粒径为51目～350目时，内筒21与圆柱外筒10第二端面的间距为20～30cm。
按此设置内筒21与锥形外筒11的间距，能有效提高对不同粒径物料的分离净化效果，提高分离后合格物料中形貌合格物料的比例。
优选的，圆柱外筒10与锥形外筒11的总长为3～4m时，物料进料流速为3～5吨/小时。按此设置能避免物料进入过快过多，导致分离效果降低的问题。
此处的总长是指圆柱外筒10的轴向长度与锥形外筒11的轴向长度之和。
实施例
以下实施例如无特殊说明均购自商业渠道。
以下实施例中，所处理石英砂块矿最远两点的距离为40cm；微粒整形步骤采用CN202010167132.9压裂支撑剂用石英砂干法生产微粒整形机进行微粒整形。
制得产品的力学性能测试，按现有压裂支撑剂常用装填使用方法进行装填后，检测，在此不累述。
实施例1
1)破碎至1～3cm平均粒径的微粒物料；
2)采用粉碎机和微粒整形机对微粒物料依序进行粉碎和整形后得到整形微粒；各级筛分机所处环境侧壁上设置风机管路，通过风机将生产环境中的气体抽入集成脉冲除尘器对气体中所含粉尘进行回收后，将粉尘通入废品库中备用；
3)整形微粒依序经过分级筛、摇摆筛、震动筛进行筛分后，得到平均粒径60目的筛下物；各级筛分后的筛上物分别返回至粉碎机中进行二次粉碎后，再进行步骤3～4。
4)对筛下物采用上述净化处理器对平均粒径为60目的晒下物进行分离。所用净化处理器包括：圆柱外筒10、内筒21、锥形外筒11、抽吸风机，内筒21设置于圆柱外筒10内，内筒21的顶面开设第二出料口22；圆柱外筒10的第一端面上开设安装通孔；内筒21的第一端容纳设置于安装通孔内；圆柱外筒10第一端余下区域封闭；圆柱外筒10的侧壁上开设进料口；
抽吸风机的进气端与内筒21顶面的第二出料口22管路连通；
锥形外筒11的顶面与圆柱外筒10的底面周缘相连接；锥形外筒11的底面横截面直径小于锥形外筒11的顶面横截面直径；锥形外筒11的底面上开设第一出料口12；第二出料口22的直径小于内筒21顶面直径；
第二出料口22用于排出片状微粒；第一出料口12用于排出形貌为球体的微粒物料。
包括：进料管14，进料管14的第一端与圆柱外筒10外壁上设置的进料口相切连通；进料管14的第二端垂直圆柱外筒10横截面的水平直径向外延伸。
进料管14的第二端上设置连接法兰141。圆柱外筒10与锥形外筒11的长度比为0.7：1；圆柱外筒10横截面直径为1.5m。
锥形外筒11的锥度为15°。
内筒21的锥度为3°；
抽吸风机功率为18kw。
进料物料的平均粒径为30目时，内筒21与圆柱外筒10第二端面的间距为75cm；
圆柱外筒10与锥形外筒11的总长为3m时，物料进料流速为3吨/小时。
完成分离后，取分离后所得合格物料30g，分散于100ml水中，静置半小时后，再搅拌1分钟后，水处于旋转状态下，合格物料静止时，采用溶液浊度仪对溶液的浊度进行测量，所得FTU为120。所制得产品装填后使用时，装填体积密度为1.6g/cm3，圆球度为0.9，在29MPa压力下使用后，颗粒出现破碎。
实施例2
与实施例1的区别在于：进料口进料石英砂平均粒径为20～350目；圆柱外筒10与锥形外筒11的长度比为1:1；圆柱外筒10横截面直径为14.m。
锥形外筒11的锥度为7°。
内筒21的锥度为2°；
抽吸风机功率为17kw。
进料物料的平均粒径为20目时，内筒21与圆柱外筒10第二端面的间距为70cm；进料物料的平均粒径为51目时，内筒21与圆柱外筒10第二端面的间距为20cm。
圆柱外筒10与锥形外筒11的总长为4m时，物料进料流速为5吨/小时。
经测试所得物料的FTU为130。所制得产品装填后使用时，装填体积密度为1.7g/cm3，圆球度为1.0，在30MPa压力下使用后，颗粒出现破碎。
实施例3
与实施例1的区别在于：进料口进料石英砂平均粒径为350目；圆柱外筒10与锥形外筒11的长度比为0.7：1；圆柱外筒10横截面直径为1.6m。
锥形外筒11的锥度为20°。
内筒21的锥度为4°；
抽吸风机功率为19kw。
进料物料的平均粒径为50目时，内筒21与圆柱外筒10第二端面的间距为80cm；进料物料的平均粒径为350目时，内筒21与圆柱外筒10第二端面的间距为30cm。
圆柱外筒10与锥形外筒11的总长为4m时，物料进料流速为5吨/小时。
经测试所得物料的FTU为140。所制得产品装填后使用时，装填体积密度为1.5g/cm3，圆球度为0.8，在28MPa压力下使用后，颗粒出现破碎。
对比例1
与实施例1的区别在于，采用旋风分离器对石英砂进行分离。分离后物料FTU为500。
对比例2
与实施例1的区别在于，采用筛网对石英砂进行分离。石英砂堵塞筛孔，无法实现分离。
由以上各例可知，本申请提供装置能较好的实现对石英砂物料中所含片状颗粒的分离，从而减少片状颗粒或粉尘在物料中的占比，提高物料质量，降低成品浊度，采用低成本装置及方法制得满足压裂支撑剂所需的产品。
在本说明书中所谈到的“一个实施例”、“另一个实施例”、“实施例”、“优选实施例”等，指的是结合该实施例描述的具体特征、结构或者特点包括在本申请概括性描述的至少一个实施例中。在说明书中多个地方出现同种表述不是一定指的是同一个实施例。进一步来说，结合任一实施例描述一个具体特征、结构或者特点时，所要主张的是结合其他实施例来实现这种特征、结构或者特点也落在本申请的范围内。
尽管这里参照本申请的多个解释性实施例对本申请进行了描述，但是，应该理解，本领域技术人员可以设计出很多其他的修改和实施方式，这些修改和实施方式将落在本申请公开的原则范围和精神之内。更具体地说，在本申请公开说明书和权利要求的范围内，可以对主题组合布局的组成部件和/或布局进行多种变型和改进。除了对组成部件和/或布局进行的变形和改进外，对于本领域技术人员来说，其他的用途也将是明显的。

Claims (8)

1.一种压裂支撑剂石英砂岩块矿干法生产工艺，其特征在于，包括以下步骤：以尺寸为30~50cm的石英砂块矿为原料破碎至平均粒径为1~3cm的物料后，经过粉碎、微粒整形、多次筛分后，采用净化处理器分离物料中所含片状微粒后，得到形貌圆整的颗粒成品；
所得颗粒成品为浊度低于150的压裂支撑剂；
所用净化处理器包括：圆柱外筒（10）、内筒（21）、锥形外筒（11）、抽吸风机，所述内筒（21）设置于圆柱外筒（10）内，内筒（21）的顶面开设第二出料口（22）；圆柱外筒（10）的第一端面上开设安装通孔；内筒（21）的第一端容纳设置于安装通孔内；圆柱外筒（10）第一端余下区域封闭；圆柱外筒（10）的侧壁上开设进料口；
所述抽吸风机的进气端与内筒（21）顶面的第二出料口（22）管路连通；
所述锥形外筒（11）的顶面与圆柱外筒（10）的底面周缘相连接；锥形外筒（11）的底面横截面直径小于锥形外筒（11）的顶面横截面直径；锥形外筒（11）的底面上开设第一出料口（12）；所述第二出料口（22）的直径小于内筒（21）顶面直径；
所述第二出料口（22）用于排出片状微粒；第一出料口（12）用于排出形貌为球体的微粒物料；
所述净化处理器的进料口所进物料的平均粒径为20~350目；
所述圆柱外筒（10）与锥形外筒（11）的长度比为0.7~1:1；所述圆柱外筒（10）横截面的直径为1.4~1.6 m。
2.根据权利要求1所述的压裂支撑剂石英砂岩块矿干法生产工艺，其特征在于，所述筛分步骤后筛上物返回至粉碎步骤中进行粉碎。
3.根据权利要求1所述的压裂支撑剂石英砂岩块矿干法生产工艺，其特征在于，所述筛分步骤为：依序采用分级筛、摇摆筛、震动筛进行筛分，每次筛分为对上一筛分装置的筛下物进行筛分处理。
4.根据权利要求3所述的压裂支撑剂石英砂岩块矿干法生产工艺，其特征在于，包括：脉冲除尘器，脉冲除尘器分别与粉碎、微粒整形、分级筛、摇摆筛、震动筛、净化处理器步骤的操作环境管路连通。
5.根据权利要求1所述的压裂支撑剂石英砂岩块矿干法生产工艺，其特征在于，采用微粒整形机进行微粒整形；采用粉碎机进行粉碎步骤；包括：带式输送机、带式输送机的进料端与破碎机相连接；带式输送机的出料端与微粒整形机相连接。
6.根据权利要求1所述的压裂支撑剂石英砂岩块矿干法生产工艺，其特征在于，所述锥形外筒（11）的锥度为7~20°。
7.根据权利要求1所述的压裂支撑剂石英砂岩块矿干法生产工艺，其特征在于，所述内筒（21）第一端的横截面直径大于内筒（21）第二端面的横截面直径；所述内筒（21）的锥度为2~4°。
8.根据权利要求1所述的压裂支撑剂石英砂岩块矿干法生产工艺，其特征在于，所述圆柱外筒（10）与锥形外筒（11）的总长为3~4m时，物料进料流速为3~5吨/小时。
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