一种低密度碳化硅基复相陶粒支撑剂及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种低密度碳化硅基复相陶粒支撑剂，该支撑剂以石英粉和废矿物油为原料烧制而成，具有碳化硅晶体结构；废矿物油中包含质量百分比20～50％的轻质油、20％以上的高碳重质油。支撑剂的制备方法步骤：以经过预处理后的废矿物油和石英粉为原料，添加无水乙醇和氧化硼，混合球磨；待无水乙醇挥发后，将球磨后的物料烘干，再研磨成粉体进行造粒成球，得到支撑剂素坯；将支撑剂素坯干燥后于真空条件下进行烧结，得到低密度碳化硅基复相陶粒支撑剂。与常规陶粒支撑剂相比，本发明专利技术制得的支撑剂具有高强度低密度的性能特征，且以废矿物油为原料，有利于废矿物油回收处理。

【技术实现步骤摘要】
一种低密度碳化硅基复相陶粒支撑剂及其制备方法
本专利技术涉及油气田开发
，尤其是一种低密度碳化硅基复相陶粒支撑剂及其制备方法。
技术介绍
水力压裂是油气田增产改造中应用最广的一门技术，它是利用地面高压泵组，将具有一定粘度的液体注入地层，使地层产生人工裂缝。人工裂缝产生后，为了防止其在地层应力下闭合，需要进一步地注入携带支撑剂的液体。压裂结束后，支撑剂留在地下裂缝中，保持裂缝张开，增加裂缝的导流能力，从而达到使油气田增产的目的。由此可见，支撑剂在水力压裂中发挥着重要的作用，是影响水力压裂效果的关键材料之一。目前国内使用的支撑剂主要是石英砂和陶粒。石英砂主要由石英石经破碎加工而成，视密度在2.65g/cm3左右，在低闭合压力的储层有较好的增产效果。但石英砂的抗压强度低，在20MPa的闭合应力下就开始破碎。在高闭合应力储层，特别对目前的深层页岩气井压裂而言，支撑剂主要以陶粒为主。陶粒一般是由中低品位的铝矾土为原料，添加软锰矿、白云石等添加剂烧结而得，主要含有玻璃相、莫来石相和刚玉相，视密度一般在2.7-3.4g/cm3之间。理想的陶粒支撑剂应该同时具有低密度和高强度的特征。支撑剂的密度越低，越有利于泵送到裂缝远端，增加支撑面积。支撑剂强度越高，在高闭合应力下不容易破碎，能够有效支撑压裂裂缝。目前的陶粒支撑剂大都是铝矾土烧结而成，物相以形成莫来石相为主。支撑剂强度越高，莫来石相含量也越高。但随着我国的铝矾土资源的日益减少，人们已越来越多地开始尝试用其他原料来替代铝矾土制备压裂支撑剂，但是仍然难以完全弃用铝矾土作为主要原料之一来生产。例如专利201610694698.0公布的“一种粉煤灰烧制成的油气井压裂支撑剂及其制备方法”，采用30～50wt％的粉煤灰，1～10wt％二氧化钛和高达50～70wt％铝矾土。专利2009101028785公布的“低密度陶粒支撑剂”，采用高岭土62～75wt％、二氧化锰1～6wt％、氧化镁0.5～2wt％和高品位的铝矾土17～30wt％。另一方面，废矿物油是从石油、煤炭、油页岩中提取和精炼，但其原有物理、化学性能改变不能继续被使用的油类，属于危险废物，如钻井过程中的油基泥浆、运输行业中的压舱废油等。废矿物油的处置问题一直都是困扰地方生态环境保护的核心，特别是近些年随着城市人口环保意识的逐渐提升，针对废矿物油的处理也有了更加严格的要求。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种以废矿物油为原料制备的低密度碳化硅基复相陶粒支撑剂。本专利技术提供的低密度碳化硅基复相陶粒支撑剂，以石英粉和废矿物油为原料烧制而成。该支撑剂具有碳化硅晶体结构。所述废矿物油中包含质量百分比20～50％的轻质油和20％以上的高碳重质油。所述石英粉的氧化硅质量百分比大于90％，是由天然石英石经过破碎加工而成。所述轻质油含碳量低于10，与重质油存在明显的分层现象，烧结过程中能够在低于600℃的温度下挥发，在支撑剂内部形成一定的多孔结构。所述高碳重质油中含碳量高，其沸点较高，能够在高温的情况下与氧化硅发生反应，用作制备碳化硅结构支撑剂的碳源。。废矿物油中轻质油和重质油含量测定方法如下：(1)取重量为m0废矿物油加热到60℃，离心机进行油水分离，收集油相；(2)取一个纸杯，称量空纸杯的重量m1，然后将油相倒入纸杯中，称量纸杯和油的总重量m2，静置30分钟，上层漂浮的是轻质油，将轻质油慢慢倒出，粘附在纸杯壁面的糊状物即为重质油，称量粘附有重质油的纸杯重量m3，轻质油的含量等于(m2-m3)/m0，重质油的含量等于(m3-m1)/m0。上述支撑剂的制备方法步骤如下：S1、废矿物油预处理：将废矿物油原料加热到40～60℃，离心机进行油水分离；由于油中含有少量机械杂质，所述机械杂质是指不溶于油和规定溶剂的沉淀或悬浮物，如泥砂、尘土、铁屑、纤维和某些不溶性盐类；为了除去杂质，往分离后的油中添加絮凝剂，搅拌60min，过滤除去油中杂质；优选的絮凝剂是阳离子性聚丙烯酰胺，加入量是废矿物油质量的1％～5％。S2、以石英粉和废矿物油为原料，添加无水乙醇和氧化硼，混合球磨；待无水乙醇挥发后，将球磨后的物料在100～120℃下烘干4h以上，然后研磨成粉体；S3、将粉体干料造粒成球，造粒过程中喷洒粘结剂，得到圆球状的支撑剂素坯；S4、将支撑剂素坯干燥后于真空条件下进行烧结，冷却筛分，得到低密度碳化硅基复相陶粒支撑剂。优选的是，所述步骤S2具体是：首先将石英粉和氧化硼混合干法球磨，得到85％以上的粉体粒径在30um以下，再添加废矿物油和无水乙醇混合湿磨，待无水乙醇挥发后，将凝固的粉体100～120℃下烘干4h以上，然后研磨成粉体干料。其中，所述废矿物油与石英粉的质量比大于1，氧化硼用量质量占废矿物油和石英粉总质量的1-3％。所述粘结剂为羧甲基纤维素、聚乙烯醇、水玻璃中的一种。所述步骤S4中烧结工艺具体是：真空环境下进行烧结，300～600℃烧结1～2h，蒸发掉轻质油，1000～1100℃烧结1～2小时，发生碳-硅-氧化硅-氧化硼初级反应，最后在1450℃以上烧结1～2小时，整个过程中控制升温速率为5℃/min，生成低密度碳化硅基复相陶粒支撑剂。与现有技术相比，本专利技术的有益之处在于：(1)目前现有陶粒支撑剂主要以氧化物相为主，主要是基于“氧化铝-莫来石-石英”的矿相结构。本专利技术提供的低密度碳化硅基复相陶粒支撑剂具有碳化硅晶体结构，是以石英粉和废矿物油为原料，废矿物油中的油作为支撑剂制备的碳源，添加氧化硼作烧结助剂烧制而成。利用该方法制备的支撑剂具有较高圆球度(＞0.8)、较低的视密度(≤2.5g/cm3)，耐压强度达到69MPa，同时还有一定的亲油疏水性能，比同级别的氧化物相陶粒支撑剂具有更高的导流能力。与莫来石相比较，碳化硅的密度相差无几，却具有更高的强度。同等密度下该支撑剂比常规陶粒支撑剂具有更高的强度。(2)本专利技术不仅制备出了低密度高强度的压裂支撑剂，同时还提供了一种废矿物油回收处理的新方法。本专利技术的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本专利技术的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。附图说明图1、低密度碳化硅基复相陶粒支撑剂的制备工艺流程图。图2、单颗粒低密度碳化硅基复相陶粒支撑剂的形貌图。具体实施方式以下结合附图对本专利技术的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。实施例1一种低密度碳化硅基复相陶粒支撑剂的制备方法，步骤如下：S1.废矿物油预处理：将废矿物油原料加热到60℃，利用离心机进行油水分离；往分离后的油相中加入油质量3％的阳离子性聚丙烯酰胺，搅拌60min后，过滤掉油中的杂质。S2.球磨转速设置为300r/min，称取50g石英粉，1g氧化硼混合球磨12h，得到85％以上的粉体粒径在30μm以下；再添加50g预处理后的废矿物油，160g无水乙醇，混合本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种低密度碳化硅基复相陶粒支撑剂，其特征在于，该支撑剂以石英粉和废矿物油为原料烧制而成，具有碳化硅晶体结构；所述废矿物油中包含质量百分比20～50％的轻质油和20％以上的高碳重质油；所述石英粉的氧化硅质量百分比大于90％，是由天然石英石经过破碎加工而成。/n

【技术特征摘要】
1.一种低密度碳化硅基复相陶粒支撑剂，其特征在于，该支撑剂以石英粉和废矿物油为原料烧制而成，具有碳化硅晶体结构；所述废矿物油中包含质量百分比20～50％的轻质油和20％以上的高碳重质油；所述石英粉的氧化硅质量百分比大于90％，是由天然石英石经过破碎加工而成。


2.一种如权利要求1所述的低密度碳化硅基复相陶粒支撑剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、废矿物油预处理：将废矿物油原料加热到40～60℃，离心机进行油水分离，往分离后的油中添加絮凝剂，搅拌60min，过滤除去油中杂质；
S2、以石英粉和废矿物油为原料，添加无水乙醇和氧化硼，混合球磨；待无水乙醇挥发后，将球磨后的物料在100～120℃下烘干4h以上，然后研磨成粉体；
S3、将粉体造粒成球，造粒过程中喷洒粘结剂，得到圆球状的支撑剂素坯；
S4、将支撑剂素坯干燥后于真空条件下进行烧结，冷却筛分，得到低密度碳化硅基复相陶粒支撑剂。


3.如权利要求2所述的低密度碳化硅基复相陶粒支撑剂的制备方法，其特征在于，所述絮凝剂是阳离子性聚丙烯酰胺，加入量是废矿物油质量的...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨兆中，廖梓佳，李小刚，薛屺，陈浩，杜博迪，舒鸫锟，
申请(专利权)人：西南石油大学，
类型：发明
国别省市：四川;51