一种以刚玉-钙长石为主晶相的压裂支撑剂及制备方法技术

一种以刚玉

【技术实现步骤摘要】
一种以刚玉-钙长石为主晶相的压裂支撑剂及制备方法


[0001]本专利技术涉及到油气井压裂技术用的烧结型固体陶粒支撑剂，具体的说是一种以刚玉-钙长石为主晶相的压裂支撑剂及制备方法。

技术介绍

[0002]水力压裂技术目前已被广泛应用于石油天然气的开采作业中。在该技术的实施过程中，为了防止形成的岩层裂缝在地层压力下重新闭合，阻塞油气流经通道，需要将高强度的颗粒状支撑剂由压裂液带入油井岩层裂缝，使之将裂缝撑开，从而形成具有一定导流能力的油气流通道。因此，作为实施水力压裂技术的关键基础材料之一，压裂支撑剂(以下简称支撑剂)对于保持岩层裂缝的导流能力、提高油气井的产量和开采效益至关重要。
[0003]支撑剂按体积密度和破碎率大致可分为以下几类，即低密度中等强度支撑剂、中密度中等强度支撑剂、中密度高强度支撑剂和高密度高强度支撑剂，如附图1所示，各类支撑剂可以被选择性地应用于相应地质条件下的油气井开采作业中。但是，随着油气开采地质条件和支撑剂市场竞争形势的变化，用户和市场对支撑剂的品质和生产工艺创新提出了越来越高的要求。一方面，出于降低油气开采成本，延长油气井寿命，提高油气开采效益等考虑，油气开采企业无不希望支撑剂具有尽可能低的视密度和体积密度，以及尽可能高的耐压强度(或抗破碎能力)。因此，在保持足够高强度的前提下，尽量降低支撑剂的密度已成为各支撑剂生产企业努力追求的目标。另一方面，为了降低生产成本、提高经济效益，支撑剂生产企业又无不尽可能地追求采用性价比高的生产原料和简短易控的工艺过程，以及实现尽可能低的烧成温度和尽可能短的烧成周期，等等。
[0004]另外，长期以来高强度烧结型陶粒支撑剂都是采用优质高铝矾土(Al2O3含量＞70％)作为主要原料生产的。然而随着优质铝矾土资源的日益减少，以及国家产业政策的调整和市场竞争的日趋激烈，陶粒支撑剂生产企业不再允许使用、也不再用得起高品位的优质铝矾土原料资源，因此只能更多地采用中低品位的铝矾土，甚至一些工业固体废弃物作为主要原料来生产陶粒支撑剂。
[0005]虽然目前国内开发的支撑剂已是种类繁多，涵盖了附图1所示的各种类型，但就高强度支撑剂而言，大多是属于高密度型的，极少见有中低密度的高强度支撑剂。而且即使属于中低密度的高强度支撑剂，也存在各种问题，诸如：或所用原料种类多、价格贵，或生产工艺过程复杂、电耗大，或烧成温度较高、烧成周期较长、单位产品能耗大等等。
[0006]例如，专利技术专利CN103525396A公布的一种中密度、高强度支撑剂制备方法，虽然采用了中低品位的铝矾土原料进行生产，但是该方法的弊病也很突出：一是采用的原料种类较多，包括用量为2-6％的价格昂贵的氧化锰粉；二是生产工艺较为复杂，需先将铝矾土原料在800-1100℃下保温1-3h进行预烧；三是制品的烧成温度也偏高(达1320-1360℃)，再加之将铝矾土进行预烧处理，因此使得单位产品的能耗太大；四是配合料的粉磨细度要求达到600目，势必造成粉磨加工的电耗很大；五是支撑剂的体积密度(1.67-1.79g/cm3)和视密度(3.15-3.30g/cm3)偏大。
[0007]又如专利技术专利CN102952537A公布了一种中密度陶粒支撑剂及其制备方法，虽然制品的耐压强度令人满意(69MPa破碎率＜5.0％)，但是其存在以下问题：(1)采用的铝矾土品质较好，且氧化锰粉用量较大(4-10％)，因此原料成本高；(2)制品在烧成温度(1320-1340℃)下的保温时间长(达2-4h)，燃料消耗大；(3)支撑剂的体积密度(1.77-1.78g/cm3)和视密度(3.19-3.20g/cm3)也偏大。
[0008]再如申请公布号为CN107266045A的专利技术专利公布了一种刚玉-莫来石陶粒支撑剂及其制备方法，虽然其采用的原料种类少、主料铝矾土品位较低(Al2O3含量为60-63％)、生产工艺简单成熟，但是也存在三方面的不足：(1)支撑剂制粒成型时的加水量大(达到配合料质量的14-19％)，致使半成品的含水率高，干燥过程时间长；(2)支撑剂的烧成温度高(1300-1450℃)，烧成周期较长(4-5h)，故单位产品的热处理(干燥+烧成)能耗高；(3)支撑剂成品的质量稳定性差，其体积密度(1.64-1.83g/cm3)、视密度(3.10-3.33g/cm3)及69MPa闭合压力下的破碎率(3.3-6.4％)均波动较大。
[0009]另外需要指出的是，目前开发的各种高强度级别的压裂支撑剂，几乎都是属于刚玉-莫来石质或莫来石-刚玉质的，即支撑剂成品的主晶相矿物以刚玉为主、莫来石为辅，或以莫来石为主、刚玉为辅。迄今为止，尚未见有刚玉-钙长石质的压裂支撑剂产品被开发应用。然而与莫来石比较，钙长石具有更低的体积密度和合成温度，因此使得刚玉-钙长石质支撑剂与目前常见的刚玉-莫来石质支撑剂相比，前者具有更低的视密度和体积密度，而且烧成温度通常也更低一些。

技术实现思路

[0010]本专利技术的目的是提供一种以刚玉-钙长石为主晶相的压裂支撑剂及制备方法，其具有以下特点或优点：(1)该支撑剂属于一种具有中低密度、高强度的刚玉-钙长石质压裂支撑剂，其体积密度为1.69-1.73g/cm3，视密度为3.04-3.13g/cm3；69MPa闭合压力下的破碎率＜7.0％，其他质量指标亦满足行业标准SY/T5108-2014之要求；(2)生产原料种类少，且主要采用II级铝矾土(Al2O3含量65-68％)和支撑剂废品料，故原料成本低；(3)易制粒成型，成型加水量少，半成品含水率低、强度高，干燥脱粉率极低；(4)生产工艺简单、成熟，过程易控；(5)制品的烧成温度较低(1290-1320℃)，保温时间较短(1.0h)，烧成能耗低。
[0011]本专利技术为实现上述技术目的所采用的技术方案为：一种以刚玉-钙长石为主晶相的压裂支撑剂，该压裂支撑剂以刚玉-钙长石为主晶相，其余物相为铁铝钛酸盐固溶体和玻璃相；其中，主晶相中的刚玉相占压裂支撑剂质量百分数的50-80％，钙长石相占压裂支撑剂质量百分数的10-35％，其余物相(铁铝钛酸盐固溶体和玻璃相)占压裂支撑剂质量百分数的10-15％。
[0012]作为上述以刚玉-钙长石为主晶相的压裂支撑剂的一种优选方案，按照重量比，所述以刚玉-钙长石为主晶相的压裂支撑剂，由73-77份的II级铝矾土、20-23份的支撑剂废品料和2-5份的复合添加剂烧制而成，所述复合添加剂为普通铝酸盐水泥和硅灰石按等重量比配合而成。
[0013]作为上述以刚玉-钙长石为主晶相的压裂支撑剂的另一种优选方案，所述II级铝矾土为Al2O3质量含量65-68％、SiO2质量含量7-10％、Fe2O3质量含量2.5-3.5％、细度为325目的生铝矾土粉。
[0014]作为上述以刚玉-钙长石为主晶相的压裂支撑剂的另一种优选方案，所述支撑剂废品料为生产压裂支撑剂过程中出现的不合格品，经过破碎后得到的细度＞300目再粉碎料，且其中Al2O3质量含量为62-65％、SiO2质量含量为13-15％、Fe2O3质量含量为4.5-5本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种以刚玉-钙长石为主晶相的压裂支撑剂，其特征在于：该压裂支撑剂以刚玉-钙长石为主晶相，其余物相为铁铝钛酸盐固溶体和玻璃相形成的混合体；其中，主晶相中的刚玉相占压裂支撑剂质量百分数的50-80％，钙长石相占压裂支撑剂质量百分数的10-35％，其余物相占压裂支撑剂质量百分数的10-15％。2.根据权利要求1所述的一种以刚玉-钙长石为主晶相的压裂支撑剂，其特征在于：按照重量比，所述以刚玉-钙长石为主晶相的压裂支撑剂，由73-77份的II级铝矾土、20-23份的支撑剂废品料和2-5份的复合添加剂烧制而成，所述复合添加剂为普通铝酸盐水泥和硅灰石按等重量比配合而成。3.根据权利要求2所述的一种以刚玉-钙长石为主晶相的压裂支撑剂，其特征在于：所述II级铝矾土为Al2O3质量含量65-68％、SiO2质量含量7-10％、Fe2O3质量含量2.5-3.5％、细度为325目的生铝矾土粉。4.根据权利要求2所述的一种以刚玉-钙长石为主晶相的压裂支撑剂，其特征在于：所述支撑剂废品料为生产压裂支撑剂过程中出现的不合格品，经过破碎后得到的细度＞300目再粉碎料，且其中Al2O3质量含量为62-65％、SiO2质量含量为13-15％、Fe2O3质量含量为4.5-5.7％、MnO2质量含量为1.5-2.0％。5.根据权利要求2所述的一种以刚玉-钙长石为主晶相的压裂支撑剂，其特征在于：所述复合添加剂中的普通铝酸盐水泥选用市售Al2O3质量含量为50-53％...

【专利技术属性】
技术研发人员：陆昕昱，张国强，廖桂华，朱艳红，郭利朋，张文辉，
申请(专利权)人：洛阳理工学院，
类型：发明
国别省市：