陶粒支撑剂组合物和陶粒支撑剂及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开一种陶粒支撑剂组合物，其中，该组合物含有铝矾土、氧化锰、氧化镁、氧化铁和烧结添加剂。本发明专利技术还公开一种陶粒支撑剂的制备方法，该方法包括：将上述陶粒支撑剂组合物与水进行接触，并进行造粒和烧结。本发明专利技术还公开上述方法制得的陶粒支撑剂及其在油井气井压裂中的应用。本发明专利技术中，通过所述组合物中的各个组分的协同作用，能够获得在86MPa的闭合压力下具有小于3%的破碎率，且具有大于3.3g/cm3的视密度和大于2.5g/cm3的体密度的，适于用于油井气井压裂中的，具有良好圆球状的超高强度高密度的陶粒支撑剂。

【技术实现步骤摘要】
陶粒支撑剂组合物和陶粒支撑剂及其制备方法和应用
本专利技术涉及一种陶粒支撑剂组合物，由该组合物制备得到的陶粒支撑剂及其制备方法和应用。
技术介绍
支撑剂是油气深井、超深井的压裂工艺中的关键材料，对提高油气产量和延长油、气井的使用寿命有着重要作用。用于压裂工艺的支撑剂主要分为天然支撑剂和人造支撑剂两大类型，天然支撑剂主要以石英砂为代表，人造支撑剂以陶粒和树脂包层砂为代表。由于作为天然支撑剂的石英砂杂质含量较高且抗压强度低，难以满足高闭合压力下的油井开采的要求。而作为人造支撑剂的陶粒支撑剂产品大都采用经过600-1000°C焙烧后的铝矾土作基料，其制作成本高、能源的消耗高、资源的利用率低，并且难以制得满足超高强度高密度的陶粒支撑剂的要求。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有的陶粒支撑剂的制备工艺中存在的成本高、耗能大、难以获得超高强度高密度的陶粒支撑剂等缺陷，提供一种能够低成本地、低能耗地获得超高强度高密度的陶粒支撑剂的陶粒支撑剂组合物、陶粒支撑剂及其制备方法。本专利技术提供一种陶粒支撑剂组合物，其中，该组合物含有铝矾土、氧化锰、氧化镁、氧化铁和烧结添加 剂。本专利技术还提供了一种陶粒支撑剂的制备方法，其中，该方法包括:将上述陶粒支撑剂组合物与水进行接触，并进行造粒和烧结。本专利技术还提供了由上述制备方法制得的陶粒支撑剂。本专利技术还提供了上述陶粒支撑剂在油井气井压裂中的应用。通过本专利技术的陶粒支撑剂组合物，无需采用经过高温焙烧的铝钒土作为基料，因此其制备成本较低。并且本专利技术的陶粒支撑剂在86MPa的闭合压力下具有小于3%的破碎率，且具有大于3.3g/cm3的视密度和大于2.5g/cm3的体密度，其是一种具有良好圆球状的超高强度高密度的陶粒支撑剂，特别适用于油井气井的压裂。本专利技术的其他特征和优点将在随后的【具体实施方式】部分予以详细说明。【具体实施方式】以下对本专利技术的【具体实施方式】进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的【具体实施方式】仅用于说明和解释本专利技术，并不用于限制本专利技术。本专利技术提供一种陶粒支撑剂组合物，其中，该组合物含有铝矾土、氧化锰、氧化镁、氧化铁和烧结添加剂。根据本专利技术，尽管当所述陶粒支撑剂组合物中含有铝矾土、氧化锰、氧化镁、氧化铁和烧结添加剂即可低成本地、低能耗地获得较高密度、较高强度的陶粒支撑剂，但是优选情况下，以100重量份的所述铝矾土为基准，氧化锰的含量为0.5-7重量份，氧化镁的含量为0.2-2.5重量份，氧化铁的含量为0.1-3.5重量份，所述烧结添加剂的含量为0.5-3重量份。更优选地，以100重量份的所述铝矾土为基准，氧化锰的含量为1-6重量份，氧化镁的含量为0.3-2重量份，氧化铁的含量为0.1-3重量份，所述烧结添加剂的含量为0.8-1.5重量份。更进一步优选地，以100重量份的所述铝矾土为基准，氧化锰的含量为1-2重量份，氧化镁的含量为0.3-1重量份，氧化铁的含量为0.1-0.5重量份，所述烧结添加剂的含量为0.8-1重量份。通过上述的组成可以获得更高强度更高密度的优良的陶粒支撑剂。根据本专利技术，所述铝矾土可以为本领域公知的能够用于制备高强度高密度陶粒支撑剂的铝土矿。通 常所述铝矾土中含有氧化铝、二氧化硅、氧化钛等，其中，所述铝矾土中含有的氧化铝可以在烧结过程中形成刚玉相、莫来石相等。为了获得高密度高强度的陶粒支撑剂，优选采用氧化铝含量较高的铝矾土，优选地，本专利技术中采用的铝矾土含有75重量％以上的氧化铝，更优选含有75-85重量％的氧化铝。当所述铝矾土中含有上述含量的氧化铝时，可以在后述制备陶粒支撑剂的烧结过程中获得较多的刚玉相，从而更可以获得高密度和高强度的陶粒支撑剂。在本专利技术的一种优选实施方式中，所述铝矾土的组成为:75-85重量％的氧化铝，5-10重量％的二氧化硅，0.5-1.5重量％的氧化钙，1.2-5重量％的三氧化二铁。根据本专利技术，所述铝矾土优选为颗粒状，且粒径为0.044mm以下。所述颗粒状的铝矾土可以通过将铝矾土进行研磨而得到。另外，更优选在进行研磨之前对所述铝矾土进行干燥，所述干燥的温度可以为100-200°C。通过将所述铝矾土干燥后，可以去除其中含有的水分，有利于将其研磨为均匀的较细粉末，同时不会因过多的水分而导致结块，还可以使得所述陶粒支撑剂组合物中的各个组分混合得更为均匀。根据本专利技术，由于所述陶粒支撑剂组合物中含有氧化锰(MnO)、氧化镁(MgO)和氧化铁(Fe203)，因而在后述制备陶粒支撑剂的烧结过程中，所述陶粒支撑剂组合物中锰、镁和铁原子可以与铝原子形成固溶体，其固溶体在高温下填补孔隙，使得陶粒支撑剂致密化，从而与氧化铝形成的刚玉相和莫来石相一起构成了陶粒支撑剂的主体，增大其强度和烧结性能。根据本专利技术，所述陶粒支撑剂组合物中含有烧结添加剂。所述烧结添加剂可以是本领域常规的用于烧结陶粒支撑剂的添加剂的一种或多种，优选地，所述烧结添加剂为硅酸盐和/或偏铝酸盐，更优选为硅酸盐和偏铝酸盐。在本专利技术中，所述硅酸盐例如可以为硅酸钠、硅酸钾、硅酸钙、硅酸镁、硅酸铝和硅酸锌等中的一种或多种；所述偏铝酸盐例如可以为偏铝酸钠、偏铝酸钾、偏铝酸钙和偏铝酸镁等中的一种或多种。当陶粒支撑剂组合物中添加有烧结添加剂，特别是上述组成的烧结添加剂时，将该陶粒支撑剂组合物用于烧结制备陶粒支撑剂，可以进一步获得增加陶粒支撑剂强度的效果。根据本专利技术的一种优选实施方式，所述烧结添加剂含有50-80重量％的娃酸盐和20-50重量％的偏铝酸盐。根据本专利技术，所述陶粒支撑剂组合物中还可以添加本领域常规用于陶粒支撑剂中的添加剂，所述添加剂例如可以膨润土、硼化物和白云石等中的一种或多种。本专利技术还提供了一种陶粒支撑剂的制备方法，其中，该方法包括:将上述陶粒支撑剂组合物与水进行接触，并进行造粒和烧结。在本专利技术中，所采用的铝矾土无需经过高温焙烧(如600-100(TC下的焙烧处理)，而是直接干燥研磨后使用，在与所述陶粒支撑剂组合物中其他组分的协同作用下，可以获得高密度和高强度的陶粒支撑剂，从而降低了成产能耗和生产成本。根据本专利技术，优选在将所述陶粒支撑剂组合物与水接触前，将所述陶粒支撑剂组合物中的各个组分混合均匀。所述接触可以在任何容器中进行，优选在成球机中接触，这样便可快速地将与水进行接触的所述陶粒支撑剂组合物进行造粒。优选地，所述水以雾化水汽的形式加入成球机中与所述陶粒支撑剂组合物进行接触。所述水的用量并没有特别地限制，可以根据不同的陶粒支撑剂的球粒粒径进行调整，优选地，以100重量份的所述组合物为基准，所述水的用量为0.5-6重量份，更优选为2-4重量份。根据本专利技术，在成球机中与水进行接触的所述陶粒支撑剂组合物可以制备成球粒。在成球机中，优选控制200-500rpm的转速进行造粒，为了达到增加陶粒强度的目的，优选所述造粒所得的球粒的粒径为0.45-0.95_。当制得的陶粒支撑剂具有该范围的粒径时，可以获得在86MPa压力下，陶粒支撑剂仍可保持低破碎率的压裂支撑的效果。根据本专利技术，将上述造粒的后的球粒进行烧结，所述烧结可以在本领域常规的烧结装置中进行，例如砖窑中。所述烧结的条件可以为本领域常规的用于烧结的条件，为了获得优良的陶粒支撑剂，本专利技术中优选所述烧结的条件包括:温度为1100-1600°本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种陶粒支撑剂组合物，其特征在于，该组合物含有铝矾土、氧化锰、氧化镁、氧化铁和烧结添加剂。

【技术特征摘要】
1.一种陶粒支撑剂组合物，其特征在于，该组合物含有铝矾土、氧化锰、氧化镁、氧化铁和烧结添加剂。2.根据权利要求1所述的组合物，其中，以100重量份的所述铝矾土为基准，氧化锰的含量为0.5-7重量份，氧化镁的含量为0.2-2.5重量份，氧化铁的含量为0.1-3.5重量份，所述烧结添加剂的含量为0.5-3重量份；优选地，氧化锰的含量为1-6重量份，氧化镁的含量为0.3-2重量份，氧化铁的含量为0.1-3重量份，所述烧结添加剂的含量为0.8-1.5重量份。3.根据权利要求1或2所述的组合物，其中，所述铝矾土含有75重量％以上的氧化铝，优选含有75-85重量％的氧化铝。4.根据权利要求3所述的组合物，其中，所述铝矾土为颗粒状，且粒径为0.044mm以下。5.根据权利要求1或2所述的组合物，其中，所述烧结添加剂为硅酸盐和...

【专利技术属性】
技术研发人员：王全林，陈前林，黄勇，张加伟，郭妤，罗焕虎，
申请(专利权)人：贵州鑫益能陶粒支撑剂有限公司，贵州大学，
类型：发明
国别省市：贵州;52