[发明专利]一种利用油页岩渣制备的石油支撑剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及油田采油领域所用的一种化学助剂，特别是一种利用油页岩渣制备的石油支撑剂及其制备方法。

背景技术

石油支撑剂是水力压裂中重要的支撑介质，其性能的优异对油田增产有着非常重要的影响。石油支撑剂一般分为石英砂和陶粒两种，石英砂由于体积密度较大，圆球度差，强度低等缺点，一般是在浅层油气井中使用；陶粒的强度大，破碎率小，可以在较大深度范围的油气井中使用。

陶粒支撑剂的生产一般使用高铝含量的铝矾土和少量助熔相，经过造粒成球、高温煅烧制得，其矿物成分主要是以刚玉相为主。但是，随着铝矾土资源的大量开发，高铝含量的铝矾土越来越少。因此，陶粒生产领域急需一种能替代高铝矾土的原料。

油页岩渣是油页岩在开采、炼油及燃烧过程中产生的剥离土和岩灰渣。它的来源有油页岩开采过程中剥离的围岩、油页岩干馏提取页岩油后剩余的废渣、油页岩燃烧发电后的废渣和油页岩作为燃料直接燃烧产生的炉渣等。油页岩渣所含的主要矿物有石英、高岭石、赤铁矿、云母、刚玉、白云石、硫铁矿等，属于含有少量残炭的类似火山灰质瘠性原料，有一定的颗粒度。由于在干馏或燃烧过程中，去除了其中的挥发分、碳质或其它有机酸等，形成多孔结构，具有很好的活性。油页岩渣的主要成分为SiO₂、Al₂O₃、Fe₂O₃、MgO、CaO、SO₃等。

发明内容

本发明的目的在于提供一种利用油页岩渣制备的石油支撑剂及其制备方法，该方法可大量利用油页岩渣，避免废弃的油页岩渣污染土壤和环境，油页岩渣替代越来越少高铝矾土原料，节约不可再生资源。

本发明采用的技术方案是：该利用油页岩渣制备的石油支撑剂包括下列原料，各原料按重量份配比：铝矾土70～95份、油页岩渣5～30份、助熔剂MnO₂  0～3份及粘结剂0.5～3.5份。

上述的利用油页岩渣制备的石油支撑剂的制备方法包括下列步骤：

(1)、将权利要求1所述的原料混合均匀，得到混合料； 

(2)、将混合料投入到盘式造粒机中制粒，得到陶粒胚球；使用喷雾法加水，加水量为混合料质量的10%-20%； 

(3)、将加湿后的陶粒胚球放入硅钼棒箱式电炉中，先以10℃/min的速度升温至1000℃，再以5℃/min的速度升温至1300～1400℃，在1300～1400℃煅烧保温2小时，得到石油支撑剂。

本发明的原理是利用油页岩渣（铝含量在20%以上，硅含量在60%以上，以及各种碱金属与碱土金属）和铝矾土制备矿物相为刚玉—莫来石的复合结构陶粒，并使用粘结剂增强。该陶粒玻璃相含量较低，结晶效应起着决定作用，其高温力学性能远胜过烧结矾土材料。在刚玉—莫来石试样中，长棱柱状莫来石晶体穿插在刚玉骨架结构里，可以起到类似于纤维和颗粒的增韧增强作用，在高温下能够有效的抑制和延缓刚玉晶粒的滑移。

上述方案中的ρ-Al₂O₃在造粒时，ρ- Al₂O₃与水接触发生水化，生成了三水铝石和勃姆石凝胶，具有胶结性能，可以提高陶粒生料球的强度性能。在高温时，ρ-Al₂O₃会形成活性中心，便于刚玉相与莫来石相的形成，抑制了对强度有较大影响的石英相及方石英相的生成。

本发明的有益效果是：本发明与现有技术相比，具有以下突出有益效果：(1)使用了大量的工业废弃物——油页岩渣，消除了油页岩渣对环境的危害；(2)通过添加粘结剂ρ-Al₂O₃，加快了陶粒制备的速度，提升了陶粒胚球的强度；(3)采用本方法制备的石油支撑剂的体积密度和视密度远远低于常见的支撑剂，而强度也符合国家标准要求。

附图说明：

图1为对比实例1所得陶粒支撑剂的XRD图；

图2为实施例4所得陶粒支撑剂的XRD图；

图3为实施例1所得的石油支撑剂的XRD图； 

图4为实施例2所得的石油支撑剂的XRD图；

图5为实施例3所得的石油支撑剂的XRD图。

具体实施方式：

下面结合实施例对本发明作进一步说明：实验中的体积密度、视密度均采用国家标准《中华人民共和国石油天然气行业标准：压裂支撑剂性能测试推荐方法》测试方法，破碎率使用WHY-300万能压力机测定。