一种超低密高强度陶瓷压裂支撑剂及其制备方法技术

一种超低密高强度陶瓷压裂支撑剂包括以下重量份的原料制备而成：铝矾土50‑65份，轻烧铝矾土20‑30份，钾长石15‑20份，以及原料总重量的1%‑5%的矿物添加剂白云石。本发明专利技术具有制备简单且易控制、烧成温度低，高强度的优点。

【技术实现步骤摘要】
一种超低密高强度陶瓷压裂支撑剂及其制备方法
本专利技术涉及陶瓷
，特别涉及一种超低密度高强度陶瓷压裂支撑剂及其制备方法。
技术介绍
陶瓷压裂支撑剂是一种人造的支撑剂，具有较好的圆球度、较高的抗破碎能力以及较高的导流能力，主要用于石油天然气开采作业中的井下裂缝支撑，提高裂缝的导流能力，从而增加石油和天然气的产量。支撑剂的发展经历了天然石英砂、金属球、玻璃球以及人造陶粒等过程，人造陶粒由于其制备过程易控制，产品性能优良等特点，在油气增产作业中得到了广泛的应用。在具体作业中，通过地面高压泵将地底储层压裂出数条裂缝，再通过携砂液将支撑剂泵送入裂缝中，从而使裂缝保持张开，提高了油气的产量。实践证明，使用压裂支撑剂可以使油井的产量提高30%-50%。压裂支撑剂是油气井增产作业中的关键性材料，油气是近年来随着石油储备量减少，常规性天然气以及煤层气、页岩气等非常规性天然气资源得到了越来越多的重视，它们的高效开采中，压裂支撑剂也是必不可少的关键性材料，因而，针对页岩气、煤层气开发所需的压裂支撑剂的研究势在必行。目前压裂支撑剂的普遍制备工艺是采用Al2O3含量较高的铝矾土为原料，通过高温烧结而制备的。这种支撑剂的主要特点为：密度较高（体积密度≥1.65g/cm3，视密度≥3.00g/cm3），强度大（能够承受69MPa的闭合压力），缺点为由于其密度大，在泵送过程中所消耗的能量较高、沉降速度过快，同时需要高粘度的携砂液来进行输送，会对地底储层造成不可逆的伤害。基于页岩气、煤层气开采深度比石油井浅的事实，闭合压力较小，因此其所需的陶瓷压裂支撑剂需要具备较低的密度以及一定的强度。因此开发一种超低密度高强度的陶瓷压裂支撑剂可以降低施工过程中的能耗，同时减小对地底储层的伤害，提高压裂效率。目前针对超低密压裂支撑剂的制备方法主要有两种，一种是通过树脂包覆轻质原料来制备，如申请号为201510366914.4的中国专利公开了一种以酚醛树脂覆膜所制备的超低密压裂支撑剂；另一种是通过制备空心陶粒来降低支撑剂的密度，如申请号为201410167985.7的中国专利公开了一种以铝矾土、锰粉和煤粉为原料，通过制备出空心陶粒的方法制备了超低密压裂支撑剂。上述超低密的陶瓷压裂支撑剂的制备工艺比较复杂，特别是空心陶粒的制备过程不易控制。同时所制备的超低密压裂支撑剂强度不高（≤40MPa）。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是：提供一种制备简单且易控制、烧成温度低，高强度的超低密高强度陶瓷压裂支撑剂及其制备方法。为了解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案为：一种超低密高强度陶瓷压裂支撑剂，包括以下重量份的原料制备而成：铝矾土50-65份，轻烧铝矾土20-30份，钾长石15-20份，以及原料总重量的1%-5%的矿物添加剂白云石。本专利技术的制备方法包括如下步骤：将铝矾土、轻烧铝矾土、钾长石和白云石分别经过破碎、球磨，再按上述比例进行称量，经过混料、造粒、烘干和烧结，得到产品。所述的铝矾土满足中国国家标准GB/T24483-2009《铝土矿石》中的CLK8-65沉积型一水硬铝石，其技术指标为Al/Si重量比≥8，Al2O3含量≥65wt%。所述的轻烧铝矾土是由铝矾土在600-800℃下煅烧0.5-1.5h所制备的。所述钾长石主要含量为Al2O310-20wt%，SiO250-70wt%。所述白云石主要含量为CaO25-35wt%，MgO20-30wt%。所述球磨后粒度为325目筛余物≤8%。所述的混料设备为德国爱立许强力混合造粒机，混合时间为10-20min。所述的造粒粒度大小为18-25目。所述烘干温度为90-120℃，烘干时间为2-4h。所述的烧结温度为1300-1350℃，时间为1h-3h。本专利技术的超低密高强度的有益效果在于：（1）本专利技术的超低密高强度陶瓷压裂支撑剂采用铝矾土和钾长石作为主要原料，自然界存在较为广泛，易于获得；（2）本专利技术通过将钾长石作为原料加入到铝矾土中，降低原料中的Al2O3的含量，从而降低支撑剂的密度，超低密高强度陶瓷压裂支撑剂的体积密度为1.20-1.30g/cm3，视密度为2.50-2.65g/cm3，产品与现有的超低密产品相对比，制备工艺更加简单，性能优良。（3）本专利技术引入矿物添加剂白云石来降低支撑剂的烧成温度，烧结温度为1300℃-1350℃，与现有的铝矾土基陶瓷压裂支撑剂相对比，烧成温度得到了有效降低，从而降低了成本。（4）本专利技术的超低密高强度的陶瓷压裂支撑剂的制备工艺简单，易于推广，可广泛用于煤层气以及页岩气的开发与应用中。（5）本专利技术所制备的压裂支撑剂强度较高，与现有的超低密压裂支撑剂的强度（≤40MPa）相比，其抗破碎能力更高，52MPa闭合压力下的破碎率≤8%。具体实施方式为详细说明本专利技术的
技术实现思路
，所实现的效果，结合如下实施方式予以说明。实施例1：本实施例的一种超低密高强度陶瓷压裂支撑剂，由以下重量份的原料制备而成：铝矾土50份，轻烧铝矾土20份，钾长石30份，白云石占总重量的1%。本实施例的超低密高强度陶瓷压裂支撑剂的制备方法，将上述原料进行破碎、球磨，再按照上述比例称取粉磨好的原料，经过混料、造粒、干燥和烧结。上述的铝矾土主要含量为Al2O365.54wt%，SiO27.62wt%；上述的轻烧铝矾土是由铝矾土在600℃下煅烧0.5h所制备的；上述的钾长石主要含量为Al2O317.32wt%，SiO262.88wt%，上述白云石主要含量为CaO26.06wt%，MgO23.74wt%；上述的原料粒度为：球磨后325目筛余物≤8%；上述的混料设备为德国爱立许强力混合造粒机，混合时间为10min；上述的造粒粒度大小为18-25目；上述烘干温度为90℃，烘干时间为2h；上述的烧结温度为1300℃，时间为1.5h。实施例2：本实施例的一种超低密高强度陶瓷压裂支撑剂，由以下重量份的原料制备而成：铝矾土55份，轻烧铝矾土25份，钾长石20份，白云石占总重量的2%。本实施例的超低密高强度陶瓷压裂支撑剂的制备方法，将上述原料进行破碎、球磨，再按照上述比例称取粉磨好的原料，经过混料、造粒、干燥和烧结。上述的铝矾土主要含量为Al2O367.28wt%，SiO28.32wt%；上述的轻烧铝矾土是由铝矾土在700℃下煅烧1h所制备的；上述的钾长石主要含量为Al2O314.32wt%，SiO267.66wt%，上述白云石主要含量为CaO30.05wt%，MgO23.42wt%；上述的原料粒度为：球磨后325目筛余物≤8%；上述的混料设备为德国爱立许强力混合造粒机，混合时间为15min；上述的造粒粒度大小为18-25目；上述烘干温度为100℃，烘干时间为2h；上述的烧结温度为1330℃，时间为2h。实施例3：本实施例的一种超低密高强度陶瓷压裂支撑剂，由以下重量份的原料制备而成：铝矾土60份，轻烧铝矾土25份，钾长石15份，白云石占总重量的3%。本实施例的超低密高强度陶瓷压裂支撑剂的制备方法，将上述原料进行破碎、球磨，再按照上述比例称取粉磨好的原料，经过混料、造粒、干燥和烧结。上述的铝矾土主要含量为Al2O366.38wt%，SiO28.09wt%；上述的轻烧铝矾土是由铝矾土在750℃下煅烧1h所制备的；上述的钾长石主要含本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种超低密高强度陶瓷压裂支撑剂,其特征在于包括以下重量份的原料制备而成：铝矾土50‑65份，轻烧铝矾土20‑30份，钾长石15‑20份，以及原料总重量的1%‑5%的矿物添加剂白云石。

【技术特征摘要】
1.一种超低密高强度陶瓷压裂支撑剂,其特征在于包括以下重量份的原料制备而成：铝矾土50-65份，轻烧铝矾土20-30份，钾长石15-20份，以及原料总重量的1%-5%的矿物添加剂白云石。2.如权利要求1所述的一种超低密高强度陶瓷压裂支撑剂,其特征在于铝矾土的技术指标为Al/Si重量比≥8，Al2O3含量≥65wt%。3.如权利要求1所述的一种超低密高强度陶瓷压裂支撑剂,其特征在于所述的轻烧铝矾土是由铝矾土在600-800℃下煅烧0.5-1.5h所制备的。4.如权利要求1所述的一种超低密高强度陶瓷压裂支撑剂,其特征在于所述钾长石主要含量为Al2O310-20wt%，SiO250-70wt%。5.如权利要求1所述的一种超低密高强度陶瓷压裂支撑剂,其特征在于所述白云石主要含量为CaO25-35wt%，MgO20-30wt%。6.如权利要求1－5任一项所述的一种超低密高强度...

【专利技术属性】
技术研发人员：高峰，岳俊磊，陈耀斌，
申请(专利权)人：太原理工大学，
类型：发明
国别省市：山西,14