一种页岩气开采用压裂支撑剂及其制备方法技术

本发明专利技术涉及油气开发辅助材料领域，公开了一种页岩气开采用压裂支撑剂及其制备方法，取高岭土、粉煤灰、碳酸盐矿物、铝土矿、石英、氧化锌晶和二氧化锆须，粉碎后与四氧化三铁粉末和石墨粉末搅拌混合均匀，制备成30

【技术实现步骤摘要】
一种页岩气开采用压裂支撑剂及其制备方法


[0001]本专利技术涉及油气开发辅助材料
，尤其涉及一种页岩气开采用压裂支撑剂及其制备方法。

技术介绍

[0002]页岩气是存在页岩及其夹层中，以吸附或游离状态存在的天然气，主要成分以甲烷为主，是一种重要的非常规天然气资源。页岩气常分布在盆地内厚度较大、分布广的页岩烃源岩地层中，且普遍含气量高，这使得页岩气井能够长期地以稳定的速率产气。因此页岩气分布广泛，开发潜力巨大，是常规石油天然气的理想接替能源。但是，页岩气的成藏规律、储集空间、渗流规律不同于常规天然气，特别是储层具有低孔特征和极低的基质渗透率，因此，页岩气储集层渗透率低，开采难度较大,气流的阻力比常规天然气大，岩气的最终采收率依赖于有效的压裂措施。在压裂开采中，压裂支撑剂发挥着重要的作用。因此，压裂支撑剂的性能直接影响页岩气的开采。
[0003]页岩气压裂技术是通过压裂液给地层页岩压出裂缝，为页岩气的流动打开通道，防止在地层闭合压力条件下裂缝闭合，需使用压裂支撑剂。压裂支撑剂随压裂液进入地层的页岩缝隙，在压裂液形成的缝隙里驻留，以阻挡页岩裂缝的闭合，形成一个高导流能力的支撑带。因此，压裂支撑剂是影响页岩气开采收集的关键材料。在石油、常规天然气的开采过程中，也会用到支撑剂，但由于石油、常规天然气存在于离散的岩石中，闭合压力低，空隙相对较多，所以对压裂支撑剂的要求并不高。但在页岩气的开采中，页岩呈致密的聚集性，压裂液形成的缝隙很容易在高闭合压力下闭合，因此支撑页岩的空隙对开采收集页岩气非常重要，要求支撑剂具有高强度以避免页岩缝隙闭合。
[0004]目前页岩气开采所用的压裂支撑剂主要为石英砂和陶瓷颗粒。一般石英砂的承压能力在35MPa,破碎率≤10％；陶瓷颗粒的承压能力52MPa，破碎率≤25％；69MPa，破碎率≤20％；而深层页岩的闭合力可达100MPa，普通的石英砂和陶瓷颗粒难以达到页岩开采中的支撑强度要求。比如申请号为201310520168.0的专利公开了一种页岩油气开采压裂用陶粒支撑剂及其制造方法，压裂陶粒支撑剂组成包括窑皮、铝土矿、粉煤灰和菱苦土，混合物的粒度≤500目。申请号为201410017729.X的专利公开了一种页岩气开采压裂支撑剂，是以40
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50重量份的微膨胀材料为内核，以50
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60重量份的塑性无机材料为外壳组成的压裂支撑剂，该压裂支撑剂为圆形微球。
[0005]上述的这些陶瓷类压裂支撑剂虽然较常规支撑剂的承压能力有所上升，能够适用于页岩气的开发，但是目前的陶瓷压裂支撑剂的密度一般都比较大，体积密度都在1.5
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1.8之间，这么高的密度其不易被压裂液携带到地层的深处，容易在裂缝端口处堆积，从而不利于页岩气的导流。

技术实现思路

[0006]有鉴于此，本专利技术的目的是提供一种页岩气开采用压裂支撑剂及其制备方法，能
够在保持陶瓷压裂支撑剂的承压能力的同时，压裂支撑剂的密度更低，更容易被压裂液携带至地层深处，从而提升页岩气的导流能力。
[0007]本专利技术通过以下技术手段解决上述技术问题：
[0008]一种页岩气开采用压裂支撑剂，按质量份数，包括以下的原材料：高岭土60
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70份、粉煤灰5
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10份、碳酸盐矿物1
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3份、铝土矿5
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10份、石英20
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25份、氧化锌晶须1
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3份、二氧化锆1
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2份、四氧化三铁粉末4
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5份、石墨粉末1.5
‑
2.5份。
[0009]本技术方案中高岭土作为主材料，以高岭石族粘土矿物粘土和粘土岩为主，烧结后其耐压强度高；粉煤灰一般为废弃物，来源广，价格便宜，其含有Al2O3、SiO2、Fe2O3和TiO2等成分，与高岭土一起烧结后，能增加支撑剂的承压强度；铝土矿中的Al2O3在高温下可以与粉煤灰中的SiO2、TiO2等成分反映生成铝硅钛尖晶物质，进一步的提升支撑剂的承压强度；石英的加入能够提高硬度、耐磨性与耐化学腐蚀性；碳酸盐矿物能够提高硬度、耐磨性和光泽度；氧化锌晶须在1500℃以上的高温时保持良好的晶须状，存留在支撑剂外壳中保证支撑剂的塑性和韧性；二氧化锆的加入其与铝土矿相互作用也可以提升支撑剂的强度。
[0010]四氧化三铁粉末和石墨粉末的加入在制备时不仅增加压裂支撑剂的烧结均匀性，使得支撑剂每个部位的承压能力均较高，进而增加压裂支撑剂的整体承压强度；并且在制备时，其还可以产生气体使得压裂支撑剂成为蜂窝状，降低支撑剂的密度，从而使得支撑剂更容易被压裂液携带至地层深处，从而提升页岩气的导流能力。
[0011]进一步，所述压裂支撑剂按质量份数，原材料中高岭土为65份、粉煤灰为7.5份、碳酸盐矿物为2份、铝土矿为7.5份、石英为22.5份、氧化锌晶须为2份、二氧化锆1.5份、四氧化三铁粉末为4.5份、石墨粉末为2份。
[0012]进一步，所述四氧化三铁粉末的粒径为15
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25微米，所述石墨粉末的粒径为5
‑
10微米。
[0013]进一步，所述石英选用脉石英、石英岩、石英砂、燧石、硅藻土、粉石英中的一种或者多种的组合；所述碳酸盐矿物选用方解石、大理石、白云石中的一种或者多种的组合。
[0014]本专利技术还公开了一种页岩气开采用压裂支撑剂的制备方法，包括以下步骤：
[0015]S1、取高岭土、粉煤灰、碳酸盐矿物、铝土矿、石英、氧化锌晶和二氧化锆须进行混合，粉碎成粒径为800
‑
1000目的粉末，然后与四氧化三铁粉末和石墨粉末搅拌混合均匀，得到混合原料；
[0016]S2、将混合原料加入CMC胶黏剂和纯净水，混合均匀后静置12
‑
24h，然后制备成为30
‑
50目的圆形微球，对圆形微球烘干至表面不粘连；
[0017]S3、将烘干的圆形微球置于烧结窑中进行烧结，所述烧结窑内设置有连接交流电的电磁线圈；
[0018]S4、烧结窑加热至700
‑
760℃进行烧结15
‑
20min后，维持烧结窑温度在700
‑
760℃的条件下，开启烧结窑的交流电，交流电的频率设置为20
‑
40Hz，电压150
‑
220V，进行加热8
‑
12min；
[0019]S5、将烧结窑温度提升至1100
‑
1300℃，并将电磁线圈的交流电电压上升至320
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380V，频率30
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50Hz，加热烧结20
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30min；
[0020]S6、将步骤S5中烧结的圆形微球取出，快速冷却，得到压裂支撑剂。
[0021]本技术方案，使用高岭土、粉煤灰、碳酸盐矿物、铝土矿、石英、氧化锌晶须、四氧化
三铁粉末和本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种页岩气开采用压裂支撑剂，其特征在于，按质量份数，包括以下的原材料：高岭土60
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70份、粉煤灰5
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10份、碳酸盐矿物1
‑
3份、铝土矿5
‑
10份、石英20
‑
25份、氧化锌晶须1
‑
3份、二氧化锆1
‑
2份、四氧化三铁粉末4
‑
5份、石墨粉末1.5
‑
2.5份。2.根据权利要求1所述的一种页岩气开采用压裂支撑剂，其特征在于：所述压裂支撑剂按质量份数，原材料中高岭土为65份、粉煤灰为7.5份、碳酸盐矿物为2份、铝土矿为7.5份、石英为22.5份、氧化锌晶须为2份、二氧化锆1.5份、四氧化三铁粉末为4.5份、石墨粉末为2份。3.根据权利要求2所述的一种页岩气开采用压裂支撑剂，其特征在于：所述四氧化三铁粉末的粒径为15
‑
25微米，所述石墨粉末的粒径为5
‑
10微米。4.根据权利要求3所述的一种页岩气开采用压裂支撑剂，其特征在于：所述石英选用脉石英、石英岩、石英砂、燧石、硅藻土、粉石英中的一种或者多种的组合；所述碳酸盐矿物选用方解石、大理石、白云石中的一种或者多种的组合。5.一种页岩气开采用压裂支撑剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、取高岭土、粉煤灰、碳酸盐矿物、铝土矿、石英、氧化锌晶须和二氧化锆进行混合，粉碎成粒径为800
‑
1000目的粉末，然后与四氧化三铁粉末和石墨粉末搅拌混合均匀，得到混合原料；S2、将混合原料加入...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈马林，李维，颜杨，李斌，孙超亚，黎明，陈利，曹世曹，文科智，汪洋，
申请(专利权)人：重庆页岩气勘探开发有限责任公司，
类型：发明
国别省市：