本发明专利技术提供一种超低密度高强度陶粒支撑剂及其制备方法，以含有铝矾土的原料为内核，在内核外包覆有金属氧化物层，在金属氧化物层外保护有树脂层；其中，所述金属氧化物层为MgO、Al2O3或MgAl2O4。本发明专利技术在支撑剂的原料外包覆两层结构，形成核壳结构，将高硬度的MgO、Al2O3或MgAl2O4作为第一包覆层，将超低密度的树脂作为第二包覆层，第一包覆层利用氧化物高硬度、耐腐蚀的特点，第二包覆层利用有机物密度的特点，实现兼顾超低密度和高强度，达到平衡超低密度和高强度的目的。衡超低密度和高强度的目的。
【技术实现步骤摘要】
一种超低密度高强度陶粒支撑剂及其制备方法
[0001]本专利技术属于油气田压裂施工开采用支撑剂
，尤其涉及一种超低密度高强度陶粒支撑剂及其制备方法。
技术介绍
[0002]以石英砂、陶粒、树脂覆膜支撑剂为代表的压裂支撑剂，为解决页岩气开采问题提供了途径。其中，陶粒支撑剂以其低密度、高强度、耐腐蚀强、导流能力好等优点，受到广泛关注。为了进一步满足苛刻工况的使用要求，需要开发超低密度高强度的陶粒支撑剂。然而，受限于陶粒支撑剂的组成和烧结工艺，难以兼顾超低密度(体积密度＜1.50g/cm3，视密度＜2.60g/cm3)和高强度(69MPa破碎率＜4.0％)。安丽丽获得了体积密度和视密度低至1.13g/cm3和1.32g/cm3的陶粒支撑剂，但69MPa破碎率升高至8.5％(授权公告号CN 106336242 B)。付平以酵母菌糠、煤矸石等为原料，制备了体积密度和视密度分别为1.45g/cm3和2.68g/cm3的陶粒支撑剂，52MPa破碎率虽有降低(5.8％)，但密度仍然较高(申请公告号CN 110358524 A)。树脂覆膜法可以获得超低密度支撑剂，但其强度不及陶粒。马沁玥等人采用树脂覆膜法制备了体积密度为1.18g/cm3、视密度为1.95g/cm3、69MPa破碎率为3.8％的树脂覆膜支撑剂(授权公告号CN 105176512 B)。龙丹等人通过进一步开发这种方法，利用硅烷偶联剂制备了体积密度(＜1.0g/cm3)和视密度(1.07g/cm3)更低的陶粒支撑剂，但是52MPa破碎率高达6.9％(申请公告号CN 110194658 A)。因此，寻找一种能够在支撑剂性能方面同时实现超低密度和高强度的方法至关重要。
技术实现思路
[0003]针对现有技术中存在的问题，本专利技术提供一种超低密度高强度陶粒支撑剂及其制备方法，能兼顾超低密度和高强度。
[0004]本专利技术是通过以下技术方案来实现：
[0005]一种超低密度高强度陶粒支撑剂，以含有铝矾土的原料为内核，在内核外包覆有金属氧化物层，在金属氧化物层外保护有树脂层；其中，所述金属氧化物层为MgO、Al2O3或MgAl2O4。
[0006]优选的，含有铝矾土的原料为高炉水渣、钢渣、粉煤灰、废砖粉、煤矸石、废玻璃、城市垃圾焚烧后的炉渣或以煤为燃料燃烧后形成的炉渣。
[0007]优选的，树脂层材质为酚醛树脂、环氧树脂和呋喃树脂中的一种或者多种。
[0008]所述的超低密度高强度陶粒支撑剂的制备方法，包括：
[0009]步骤1，将镁源和/或铝源与含有铝矾土的原料混合，球磨，然后加入沉淀剂，球磨，得到混合粉体；
[0010]步骤2，将混合粉体与聚乙烯醇的水溶液混合，进行造粒，干燥，获得生坯；
[0011]步骤3，将生坯在1150
‑
1350℃烧结2
‑
4h，获得骨料；
[0012]步骤4，将骨料加热到150～350℃，再搅拌冷却到50～100℃时，加入树脂，搅拌，加
入固化剂继续搅拌，然后加入润滑剂继续搅拌，得到超低密度高强度陶粒支撑剂。
[0013]优选的，步骤1之前，将含有铝矾土的原料进行球磨，转速为100～300r/min，球磨时间为1
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24h。
[0014]优选的，镁源为氯化镁、硝酸镁和乙酸镁中的一种或多种的混合。
[0015]优选的，铝源为氯化铝和硝酸铝中的一种或两种的混合。
[0016]优选的，沉淀剂为铵盐、氨基酸和氨水中的一种或多种的混合。
[0017]优选的，镁源和/或铝源的质量与含有铝矾土的原料的质量的比值为(1～10):100；树脂和骨料的质量比为(1～8):100。
[0018]优选的，润滑剂为硬脂酸盐、石蜡或硅油。
[0019]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益的技术效果：
[0020]本专利技术在支撑剂的原料外包覆两层结构，形成核壳结构，将高硬度的MgO、Al2O3或MgAl2O4作为第一包覆层，将超低密度的树脂作为第二包覆层，第一包覆层利用氧化物高硬度、耐腐蚀的特点，第二包覆层利用有机物密度的特点，实现兼顾超低密度和高强度，达到平衡超低密度和高强度的目的。
[0021]本专利技术将树脂覆膜法与陶粒结合，利用双层包覆的方法，将高硬度的MgO、Al2O3或MgAl2O4作为第一包覆层包覆在陶粒外，将超低密度的树脂作为第二包覆层包覆在第一包覆层外，平衡了陶瓷支撑剂超低密度和高强度的矛盾，通过调节包覆层用量，达到平衡超低密度和高强度的目的。本专利技术操作简单、易于实现，利于工业化生产，具有很强的实用性。
[0022]进一步的，通过对含有铝矾土的原料进行球磨，通过控制球磨机转速控制颗粒粒径分布，同时可以通过控制球磨时间调节颗粒粒径尺寸。
[0023]进一步的，骨料加热到150～350℃，再搅拌冷却到50～100℃，可以有效提高陶粒支撑剂强度；然后，加入树脂，搅拌，加入固化剂继续搅拌，然后加入润滑剂继续搅拌，降低陶粒支撑剂密度。
具体实施方式
[0024]下面结合具体的实施例对本专利技术做进一步的详细说明，所述是对本专利技术的解释而不是限定。
[0025]针对同时获取超低密度高强度陶粒支撑剂的需求，本专利技术提供了一种简易合成超低密度高强度陶粒支撑剂的方法，具体实施方式如下：
[0026]根据本专利技术的陶粒支撑剂，以含有铝矾土的原料为主要原料，原料经过球磨后获得粒径分布较窄的颗粒，后经氧化物包覆、有机物造粒、控制烧结工艺获得陶粒骨料，烧结工艺为1150
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1350℃烧结2
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4h，之后将骨料经树脂包覆，得到超低密度高强度陶粒支撑剂。
[0027]含有铝矾土的原料为高炉水渣、钢渣、粉煤灰、废砖粉、煤矸石、废玻璃、城市垃圾焚烧后的炉渣或以煤为燃料燃烧后形成的炉渣。通过控制球磨机转速控制颗粒粒径分布，转速范围为100～300r/min，同时可以通过控制球磨时间调节颗粒粒径尺寸，球磨时间范围在1
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24h。经过球磨后获得粒径分布较窄的颗粒。之后，利用沉淀法将氧化物包覆在所得颗粒外表面，形成包覆结构。氧化物包覆步骤如下：
[0028](1)准备采用镁源，是指氯化镁、硝酸镁、乙酸镁中的一种或多种；采用铝源，是指氯化铝、硝酸铝中的一种或多种；采用铵盐、氨基酸、氨水中的一种或多种，作为沉淀剂；
[0029](2)将上述镁源或铝源按照与原料质量比为1:100～10:100投加到原料中，球磨0.5～2h混合均匀后，加入一定量的上述沉淀剂，通过沉淀剂不同用量控制pH为8.0～12.0，持续球磨1～10h，获得混合粉体。
[0030]将上述混合粉体与占混合粉体质量分数为5％的聚乙烯醇水溶液(质量浓度为4％)混合，进行造粒，之后在60
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80℃干燥，获得生坯。将生坯在1150
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1350℃烧结2
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4h，获得具有第一层包覆的骨料。随后利用酚醛树脂本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种超低密度高强度陶粒支撑剂，其特征在于，以含有铝矾土的原料为内核，在内核外包覆有金属氧化物层，在金属氧化物层外保护有树脂层；其中，所述金属氧化物层为MgO、Al2O3或MgAl2O4。2.根据权利要求1所述的超低密度高强度陶粒支撑剂，其特征在于，含有铝矾土的原料为高炉水渣、钢渣、粉煤灰、废砖粉、煤矸石、废玻璃、城市垃圾焚烧后的炉渣或以煤为燃料燃烧后形成的炉渣。3.根据权利要求1所述的超低密度高强度陶粒支撑剂，其特征在于，树脂层材质为酚醛树脂、环氧树脂和呋喃树脂中的一种或者多种。4.权利要求1
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3任一项所述的超低密度高强度陶粒支撑剂的制备方法，其特征在于，包括：步骤1，将镁源和/或铝源与含有铝矾土的原料混合，球磨，然后加入沉淀剂，球磨，得到混合粉体；步骤2，将混合粉体与聚乙烯醇的水溶液混合，进行造粒，干燥，获得生坯；步骤3，将生坯在1150
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1350℃烧结2
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4h，获得骨料；步骤4，将骨料加热到150～350℃，再搅拌冷却到50～100℃时，加入树脂，搅拌，加...
【专利技术属性】
技术研发人员：蔡克，宋恩鹏，靳权，樊治海，包小平，张秋芳，
申请(专利权)人：中国石油天然气集团公司管材研究所，
类型：发明
国别省市：
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