一种轻质高强压裂支撑剂及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种轻质高强压裂支撑剂，由以下重量份数的组分制成：低品位铝矾土50‑80份、黏土5‑10份、钢渣5‑10份、K

A light high strength fracturing proppant and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种轻质高强压裂支撑剂及其制备方法
本专利技术属于油田化工
，具体涉及一种轻质高强压裂支撑剂及其制备方法。
技术介绍
压裂支撑剂是填充并支撑水力压裂裂缝，使之不再重新闭合而具有一定圆度和球度的固体颗粒。在水力压裂过程中，利用地面的高压泵组等压裂设备通过井筒不断地向油层注入超出其吸收能力的、具有高粘度的压裂液而使得油层上形成较高的压力，随着压裂液的不断注入，压力也不断升高，当此压力高于井壁附近地层压力和地层岩石扩张强度时，油层就会被压裂开而形成大小不一，长短不同的裂缝，而支撑剂的作用就是当形成裂缝后由携砂液输送至裂缝中支撑裂缝，使得油层与井筒之间形成一条流体通道，达到增产的效果。现有的支撑剂主要有三类：石英砂、陶粒和树脂包砂。石英砂强度低，破裂后的碎屑会堵塞裂缝，从而降低导流率；树脂包砂能够解决石英砂强度低的问题，但其生产成本高，工艺复杂；陶粒虽然具有较高的强度，但是目前制备出的陶粒支撑剂的相对密度高达2.7-3.6g/cm3，这对压裂液的黏度、流变性等性能以及设备功率、排量等泵送条件都提出了较高的要求。目前，国内大量的研究主要集中在提高陶粒支撑剂的强度方面，忽视了视密度的大小，使支撑剂在应用中容易产生较短的支撑带，堆积在裂缝的端口处，对导流极其不利。因此，很有必要研制开发轻质高强压裂支撑剂，以解决上述问题。
技术实现思路
本专利技术提供了一种轻质高强压裂支撑剂，解决了现有技术中存在的陶粒支撑剂视密度大，导致其在应用中容易产生较短的支撑带，堆积在裂缝的端口处，对导流极其不利的问题。本专利技术的第一个目的是提供一种轻质高强压裂支撑剂，由以下重量份数的组分制成：低品位铝矾土50-80份、黏土5-10份、钢渣5-10份、K2TiF61-2份、Sb2O30.5-1份、硅烷偶联剂1-2份、可溶性聚酰亚胺3-5份、烷基苯磺酸钠0.5-1份。优选的，所述轻质高强压裂支撑剂由以下重量份数的组分制成：低品位铝矾土60份、黏土8份、钢渣8份、K2TiF61.5份、Sb2O30.5份、硅烷偶联剂1.5份、可溶性聚酰亚胺4份、烷基苯磺酸钠1份。优选的，所述低品位铝矾土中Al2O3质量含量为50-55％。优选的，所述钢渣中各化学组分的质量百分含量为：CaO：40.08％、SiO2：15.22％、Fe2O3：26.51％、MgO：10.10％、Al2O3：6.38％、P2O5：0.88％、Na2O：0.31％、TiO2：0.52％。优选的，所述硅烷偶联剂为乙烯基三乙氧基硅烷。本专利技术的第二个目的是提供上述轻质高强压裂支撑剂的制备方法，包括以下步骤：S1，按重量份称取低品位铝矾土50-80份、黏土5-10份、钢渣5-10份、K2TiF61-2份、Sb2O30.5-1份、硅烷偶联剂1-2份、可溶性聚酰亚胺3-5份、烷基苯磺酸钠0.5-1份；S2，将S1中称取的低品位铝矾土、黏土、钢渣混合后粉碎，得到混合料A；S3，将S1中称取的硅烷偶联剂与DMF按照1:5的质量比混合分散，得到偶联剂溶液，往偶联剂溶液中加入S1中称取的可溶性聚酰亚胺，混合均匀在50℃下反应0.5-1h，得到有机混合液；S4，往有机混合液中加入S1中称取的K2TiF6、Sb2O3、烷基苯磺酸钠以及S2中的混合料A，混合均匀，得到混合物B；S5，将混合物B制粒，得到生料球；S6，将生料球在氮气氛围下，于400-500℃预焙烧30min，预焙烧完毕后再于600-750℃下一次焙烧30-60min，然后升温至1000-1100℃进行二次焙烧，焙烧时间为20-30min，焙烧完毕冷却至室温，得到陶粒，即为所述轻质高强压裂支撑剂。优选的，S2中低品位铝矾土、黏土、钢渣混合后粉碎后过400目筛。优选的，S6中得到的陶粒粒径为0.4-0.8mm。与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：1)本专利技术选用低品位铝矾土作为主料，钢渣中含有一定量的Al2O3，能够补充主料中Al2O3，此外，钢渣中还含有一定量的Fe2O3和MgO，其作为强的溶剂性氧化物，有助于配料体系在较低的温度下产生液相，最终进入玻璃相，降低支撑剂的烧结温度；烷基苯磺酸钠是一种引气剂，低温焙烧时能在生料球内形成众多微孔；黏土具有良好的塑形，便于造粒；K2TiF6能够促使β-Al2O3、γ-Al2O3快速向α-Al2O3刚玉相转变，使样品的主晶相为莫来石或刚玉石，从而提高其强度，同时，其还能降低烧结温度；可溶性聚酰亚胺是一种高分子材料，能够控制各物料之间团聚作用的影响，使原料分散性能更好，有利于发挥各原料组分的特性；此外，可溶性聚酰亚胺的熔点在300℃以上，热分解温度在600℃以上，在400-500℃预焙烧时其熔化，在600-750℃下一次焙烧时热分解挥发，进一步在陶粒内部形成微小气孔；在1000℃以上的温度下，Sb2O3能对陶粒内部气孔大小进行调节，使气孔数量变多，尺寸变小，从而更有利于保持陶粒的力学强度，同时保持其轻质的特性。2)本专利技术制备出的轻质高强压裂支撑剂质轻、强度高，使用过程中破碎率低，可有效保持压裂液的导流率，适用于深井压裂，有广阔的市场前景。具体实施方式为了使本领域技术人员更好地理解本专利技术的技术方案能予以实施，下面结合具体实施例对本专利技术作进一步说明，但所举实施例不作为对本专利技术的限定。下述实施例中，钢渣中各化学组分的质量百分含量为：CaO：40.08％、SiO2：15.22％、Fe2O3：26.51％、MgO：10.10％、Al2O3：6.38％、P2O5：0.88％、Na2O：0.31％、TiO2：0.52％；可溶性聚酰亚胺购买自湖北万得化工有限公司，CAS编号：26023-21-2。下述各实施例中所述实验方法如无特殊说明，均为常规方法；所述试剂和材料，如无特殊说明，均可在市场上购买得到。实施例1一种轻质高强压裂支撑剂，由以下重量的组分制成：低品位铝矾土60份、黏土8份、钢渣8份、K2TiF61.5份、Sb2O30.5份、硅烷偶联剂1.5份、可溶性聚酰亚胺4份、烷基苯磺酸钠1份，其中，低品位铝矾土中Al2O3含量为50％；具体制备方法如下：S1，按重量份称取低品位铝矾土60份、黏土8份、钢渣8份、K2TiF61.5份、Sb2O30.5份、硅烷偶联剂1.5份、可溶性聚酰亚胺4份、烷基苯磺酸钠1份；S2，将S1中称取的低品位铝矾土、黏土、钢渣混合后粉碎过400目筛，得到混合料A；S3，将S1中称取的硅烷偶联剂与DMF按照1:5的质量比混合后得到偶联剂溶液，往偶联剂溶液中加入S1中称取的可溶性聚酰亚胺，混合均匀在50℃下反应1h，得到有机混合液；S4，往有机混合液中加入S1中称取的K2TiF6、Sb2O3、烷基苯磺酸钠以及S2中的混合料A，混合均匀，得到混合物B；S5，将混合物B制粒，得到生料球；S6，将生料球在氮气氛围下，于400℃预焙烧30min，预焙烧完毕后再于600℃下一次焙烧6本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种轻质高强压裂支撑剂，其特征在于，由以下重量份数的组分制成：低品位铝矾土50-80份、黏土5-10份、钢渣5-10份、K

【技术特征摘要】
1.一种轻质高强压裂支撑剂，其特征在于，由以下重量份数的组分制成：低品位铝矾土50-80份、黏土5-10份、钢渣5-10份、K2TiF61-2份、Sb2O30.5-1份、硅烷偶联剂1-2份、可溶性聚酰亚胺3-5份、烷基苯磺酸钠0.5-1份。


2.根据权利要求1所述的轻质高强压裂支撑剂，其特征在于，由以下重量份数的组分制成：低品位铝矾土60份、黏土8份、钢渣8份、K2TiF61.5份、Sb2O30.5份、硅烷偶联剂1.5份、可溶性聚酰亚胺4份、烷基苯磺酸钠1份。


3.根据权利要求1或2所述的轻质高强压裂支撑剂，其特征在于，所述低品位铝矾土中Al2O3质量含量为50-55％。


4.根据权利要求1或2所述的轻质高强压裂支撑剂，其特征在于，所述钢渣中各化学组分的质量百分含量为：CaO：40.08％、SiO2：15.22％、Fe2O3：26.51％、MgO：10.10％、Al2O3：6.38％、P2O5：0.88％、Na2O：0.31％、TiO2：0.52％。


5.根据权利要求1或2所述的轻质高强压裂支撑剂，其特征在于，所述硅烷偶联剂为乙烯基三乙氧基硅烷。


6.根据权利要求1所述的轻质高强压裂支撑剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1...

【专利技术属性】
技术研发人员：包劲青，张博，张瑞华，
申请(专利权)人：西安摩根恩能能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：陕西;61