具有亲油特性的陶粒压裂砂及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种具有亲油特性的陶粒压裂砂，利用热解析后油基钻屑残渣、钾长石、铝矾土、膨润土的不同配比，还可以通过添加少量的废玻璃粉提高陶粒压裂砂的性能，并且通过铝酸酯偶联剂的负载使制备的陶粒压裂砂具有亲油特性。本发明专利技术所述的具有亲油特性的陶粒压裂砂，具有抗压强度大、密度低，适应闭合压力高，渗透能力低的深层油气井压裂用陶粒支撑剂；而且烧结温度相对降低，范围在1040‑1260℃之间，有效降低能耗，可节能20％；同时达到破碎率小的效果。

Ceramsite fracturing sand with oil affinity property and preparation method thereof

The invention discloses a ceramsite fracturing sand oil characteristics, different ratio of thermal analysis of oil based drilling residue, potassium feldspar, bauxite, bentonite use, you can also add a small amount of waste glass powder to improve the properties of ceramsite fracturing sand, ceramsite fracturing sand load and by aluminate coupling agent the preparation of lipophilic properties. The invention has the characteristics of oil sand fracturing ceramsite, has high compressive strength, low density, adapt to the high closure pressure, deep oil and gas well fracturing permeability low ability with haydite; and sintering temperature is relatively low, in the range between 1040 1260 DEG C, effectively reduce the energy consumption and energy saving 20%; at the same time the effect of small broken rate.

【技术实现步骤摘要】
具有亲油特性的陶粒压裂砂及其制备方法
本专利技术属于环境保护的页岩气勘探开发产生废弃物资源化
和石油、天然气开采领域。特别涉及一种具有亲油特性的陶粒压裂砂及其制备方法。
技术介绍
油基钻屑是在页岩气勘探开发过程中产生的一种固体废物，其体积庞大而且组成复杂，除含有大量残留油类外，还含有苯系物、酚类、蒽、芘等有毒物质，大量的病原菌、寄生虫，铜、铬、铅等重金属，盐类及多氯联苯等难降解的有毒有害物质。油基钻屑若未经有效处理就排放，不但占用大量土地，而且会造成环境污染，威胁人类健康。油基钻屑已被列入《国家危险废物名录》，其无害化处理和资源化利用也引起人们的高度关注。高温裂解技术是在绝氧的条件下将油基泥浆加热到一定温度，废物中的轻组分油类和水分受热首先蒸发出来，不能蒸发的重组分油类通过热分解作用转化为轻组分，烃类物质在复杂的水合和裂化反应中分离出来，再以气态形式蒸发出来，并冷凝回收，从而实现油与钻屑分离的目的。在高温裂解过程产生的气相经冷却后形成三种相态物质，气相以H2、CH4、CO等为主；液相以汽油、柴油、石蜡烃和H2O为主；固相为泥浆固相物与残炭。高温裂解工艺对油基泥浆处理的比较彻底，处理后的残留物含油可以达到0.01％(100mg/kg)以下，是比较成功处理方法，但是残渣里面含沥青等重组分。当前对于油基钻屑主要通过热解析对油分进行回收，实现资源再利用，但是《国家危险废物名录》已经规定油基钻屑热解析后的残渣仍然为危废。当前热解析之后的残渣进行填埋处理存在环保风险，已经被油气田地区各地方环保局明令禁止。如何处理大量的热解析后油基钻屑残渣仍是一个亟需解决的问题。目前，公开号CN101787270B、CN101787270A、CN103173204A等专利采用煤矸石和粉煤灰为原料制取压裂砂，从而实现废物的资源化利用，但需要添加多种添加剂和辅料；尚未发现利用油基钻屑热解析残渣作为原料制取压裂砂的报道和专利。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是针对油基钻屑热解后残渣仍然是危废，无法实现无害化和资源化的问题而提出的危险废物再利用的新思路，提供一种具有亲油特性的陶粒压裂砂，具有抗压强度大、密度低，适应闭合压力高，渗透能力低的深层油气井压裂用陶粒支撑剂。本专利技术的另一目的是提供上述具有亲油特性的陶粒压裂砂的制备方法。本专利技术为解决上述提出的问题所采用的技术方案为：具有亲油特性的陶粒压裂砂，粒径为30-100目，其主要由油基钻屑热解析残渣、铝矾土、钾长石、膨润土组成，各原料按质量份数计为：油基钻屑热解析残渣5-50份、铝矾土10-60份、钾长石5-20份、膨润土3-20份。按上述方案，所述具有亲油特性的陶粒的原料中还包括玻璃粉，以外加剂的形式加入，玻璃粉的加入量占其他原料总重量的0-20％。按上述方案，所述油基钻屑热解析残渣是在页岩气勘探开发过程中产生的固体废弃物经过热解析处理后的残渣。油基钻屑热解析残渣中主要是含50-60％的SiO2，5-10％的Al2O3，1-3％的Fe2O3，0.1-3％的MgO，5-10％的CaO，含油小于0.3％，其他的就是矿物类无机物以及不可避免的杂质(油基钻屑热解析残渣中百分比均以质量分数计)。按上述方案，所述铝矾土为氧化铝质量含量50-90％的高、中品位铝矾土。本专利技术所述的具有亲油特性的陶粒压裂砂的方法，它包括以下步骤：(1)油基钻屑热解析残渣无须进行脱油干燥预处理，直接进行后续配料；(2)按质量份数计，将油基钻屑热解析残渣5-50份、铝矾土10-60份、钾长石5-20份、膨润土3-20份混合球磨均匀后过筛；(3)将步骤(2)所得球磨过筛后的物料滚制成型，控制物料粒度的大小、成球时间的长短，制备得到粒径为30-100目的陶粒生坯；(4)将步骤(3)所得成型后的陶粒生坯升温进行烧结，烧结温度为1040-1260℃，高温保温时间为1-3小时，烧结完成后冷却过筛，得到不同规格的(粒径为30-100目)陶粒产品；(5)将步骤(4)所得陶粒经过酸泡洗涤烘干等后处理后，浸泡于改性溶液中负载改性后干燥，即得具有亲油特性的陶粒压裂砂。优选地，所述步骤(4)中的烧结过程产生的烟气通过石灰吸附和SCR脱硝组成的烟气处理系统处理后排放，排放的烟气符合排放标准。优选地，所述步骤(2)的原料中可通过添加少量的废玻璃粉提高陶粒的性能，玻璃粉的添加量占总其他原料总重量的0-20％。优选地，所述步骤(4)中升温速率为3-7℃/min。优选地，所述步骤(5)中制备好的陶粒进行后处理，后处理过程主要是将陶粒先用水洗净烘干，然后用H2SO4溶液(PH≤3)浸泡12-24h后，再用水冲洗至中性，烘干备用。优选地，所述改性溶液主要由铝酸酯偶联剂、水、乙醇配制而成；优选地，铝酸酯偶联剂、水、乙醇的质量比为1:8:10；并且，改性溶液的pH值控制在3-6，采用无机酸调节。优选地，所述步骤(5)中负载改性温度为60-90℃，负载改性时间为20-60min。本专利技术以油基钻屑热解析残渣为主要原料，加以一定量的钾长石、铝矾土、膨润土等经高温烧结制成具有较高强度且具有亲油特性的陶粒压裂砂。其中，钾长石和高、中品位铝矾土主要用于调节陶粒压裂砂的化学组成，使其SiO2-Al2O3-K2O控制在合理范围，从而保证陶粒压裂砂具有较高的抗压强度和较好的耐酸碱腐蚀性。同时，钾长石及油基钻屑热解析残渣中的有机成分能提供高温反应所需要的气相与液相环境，使陶粒压裂砂具有一定孔隙率和吸附性能。膨润土主要用于提高物料的成球效率；玻璃粉主要用于提高陶粒的抗压强度；铝酸酯偶联剂作为改性剂的作用是通过负载后稳定在陶粒压裂砂微孔结构中，使其亲油特性提高。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：(1)本专利技术所述的具有亲油特性的陶粒压裂砂，具有抗压强度大、密度低，适应闭合压力高，渗透能力低的深层油气井压裂用陶粒支撑剂；而且烧结温度相对降低，范围在1040-1260℃之间，有效降低能耗，可节能20％；同时达到破碎率小的效果。(2)本专利技术所述的具有亲油特性的陶粒压裂砂抗压强度大、耐酸碱腐蚀好、不易掉粉，可以做出闭合压力52MPa、69MPa和86Mpa的多种功能压裂砂；且，该陶粒压裂砂附加值高，在实现危废彻底无害化的同时，具有较高的经济效益。(3)本专利技术的主要原料油基钻屑热解析残渣来源于页岩气勘探开发产生废弃油基钻屑，高、中品位铝矾土，用油基钻屑热解析残渣与高、中品位铝矾土作为主要原料制备陶粒压裂砂，符合固废处理的无害化、减量化和资源化原则。(4)本专利技术中以铝酸酯偶联剂作为改性剂增强陶粒压裂砂的亲油阻水特性，铝酸酯偶联剂的负载，额外增强了陶粒压裂砂的亲油性能，在加压下阻碍水的通过，加速油液的通过。(5)本专利技术为油基钻屑热解析残渣的无害化、资源化及产业化处理提供了一条有效途径，油基钻屑热解析残渣利用率高、无二次污染、附加值高，尤其是符合固废处理的无害化、减量化和资源化原则，具有广阔的发展前景，具有较好的经济效益和环保效益。附图说明图1为本专利技术制备的具有亲油特性的陶粒压裂砂的工艺流程图。具体实施方式为了更好地理解本专利技术，下面结合实施例进一步阐明本专利技术的内容，但本专利技术不仅仅局限于下面的实施例。本专利技术中如无特殊说明，百分比均以质量百分比计。实施例1具有亲油特性的陶粒压裂砂，其主要由油本文档来自技高网...

【技术保护点】
具有亲油特性的陶粒压裂砂，其特征在于主要由油基钻屑热解析残渣、铝矾土、钾长石、膨润土组成，各原料按质量份数计为：油基钻屑热解析残渣5‑50份、铝矾土10‑60份、钾长石5‑20份、膨润土3‑20份。

【技术特征摘要】
1.具有亲油特性的陶粒压裂砂，其特征在于主要由油基钻屑热解析残渣、铝矾土、钾长石、膨润土组成，各原料按质量份数计为：油基钻屑热解析残渣5-50份、铝矾土10-60份、钾长石5-20份、膨润土3-20份。2.根据权利要求1所述的具有亲油特性的陶粒压裂砂，其特征在于所述原料中还包括玻璃粉，玻璃粉的加入量占其他原料总重量的0-20％。3.根据权利要求1所述的具有亲油特性的陶粒压裂砂，其特征在于所述油基钻屑热解析残渣主要包括页岩气开采过程中产生油基钻屑经热解析后产生的残渣。4.根据权利要求1所述的具有亲油特性的陶粒压裂砂，其特征在于所述铝矾土为氧化铝质量含量50-90％的高、中品位铝矾土。5.具有亲油特性的陶粒压裂砂的制备方法，其特征在于它包括以下步骤：(1)按质量份数计，将油基钻屑热解析残渣5-50份、铝矾土10-60份、钾长石5-20份、膨润土3-20份混合球磨均匀后过筛；(2)将步骤(1)所得球磨过筛后的物料滚制成型，制备得到粒径为30-100目的陶粒生坯；(3...

【专利技术属性】
技术研发人员：张建，李清方，何社云，祝威，桂召龙，王海峰，王利君，骆建华，吴事江，李学忠，
申请(专利权)人：中石化节能环保工程科技有限公司，山东纳瑞环保科技有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北,42