[发明专利]一种高密高强压裂支撑剂的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于新材料领域，涉及一种制备支撑剂的方法，特别涉及一种高密高强压裂支撑剂的制备方法。

背景技术

压裂技术是开发低孔、低渗透气藏增产增效的有效武器。在压裂工艺中，压裂液给地层造出裂缝，为岩气的运移打开通道，为防止在地层闭合压力条件下，裂缝慢慢闭合，阻挡岩气运移，需使用压裂支撑剂，压裂支撑剂随压裂液进入地层，在压裂液造缝后停留在缝隙之中，阻挡裂缝闭合，形成一个高导流能力的支撑带，保证岩气成功运移。因此，压裂支撑剂是影响压裂工艺的至关因素。由于支撑剂需要停留在几千米的地下，且地层闭合压力大，压裂支撑剂不仅需要有良好的耐温性，也要有足够的抗压能力。目前在油气增产市场上广泛使用的支撑剂有天然石英砂、中等强度低密度的硅酸铝支撑剂、人造的中等强度高密度的氧化铝和硅酸盐支撑剂、高强度的铝矾土和高强度的硅酸锆支撑剂、以及涂敷预固化涂层和可固化涂层树脂的天然砂或人造支撑剂。对于中、深油气田，要求支撑剂视密度3.4g/cm³，103MPa压力下的破损率＜10％。国际上支撑剂中的高档产品由美国的Carbo公司生产，国内厂家主要生产中、低档产品，存在的问题是强度低、破损率高，烧结热效率低、烧成温度高，能耗高，成本大，不能满足深层压裂市场的需要。

以氧化铝微粉和铝矾土等原料制备石油压裂支撑剂的研究已有许多文献和专利报道，中国专利201010231375.0公开了一种高强度支撑剂，原料组成为：铝矾土生料80%～90%、重晶石2%～10%、明矾0.1%～0.6%、氧化铁4%～10%、锰矿石粉3%～8%；中国专利201110236850.8公开了一种高密度耐酸陶粒压裂支撑剂的制备方法，包括氧化铝95%～99％，高岭土0.4%～2％，方解石0.3%～1.5％，滑石或菱镁矿0.3%～1.7％，烧结助剂（碱金属化合物或碱土金属化合物中的一种或多种）0～5％。这两种支撑剂陶粒采用铝矾土或氧化铝为主要原料，对合理利用资源起到了积极作用，但所述的支撑剂生产成本高，能耗大，烧成热效率低，烧成温度高（1400℃～1450℃），特别是以普通的加热方式热损耗高达50％以上，燃料占总生产成本的一半以上。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高密高强压裂支撑剂的制备方法，该方法原料来源广泛、种类少、配料简单，烧成温度低、烧成周期短、节约能源、低碳环保、成型方法能耗小、生产过程简单易控且产品质量稳定。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案包括以下步骤：

1）将焦炭放入球磨机中湿磨，形成粉炭浆；

2）按质量百分比，将65%～75%的氧化铝微粉、15%～30%的铝矾土、3%～6%的高岭土、2%～4%的复合型烧结助剂混合，得混合料，将混合料放入球磨机中湿磨混匀，形成混合泥浆；其中，所述的复合型烧结助剂是由氧化钙微粉和氧化镁微粉组成的；

3）以电熔莫莱石砂为母粒，以混合泥浆为包覆液，采用流化床喷雾造粒机造粒，造粒形成的颗粒过18目～30目筛，将两筛之间的筛余物颗粒收集成为一次颗粒；

4）以一次颗粒为母粒，以粉炭浆为包覆液，采用流化床喷雾造粒机造粒，造粒形成的颗粒过8目～12目筛，将两筛之间的筛余物颗粒收集成为待烧颗粒；

5）将待烧颗粒放在坩埚内，然后在电炉内以3℃/min～5℃/min的加热速度自室温升至150℃，保温5min～10min，以5℃/min～15℃/min的加热速度升至750℃～850℃，保温1h～2h，然后随炉自然冷却后取出，过20目～40目筛，即得高密高强压裂支撑剂。

所述的步骤1）中的焦炭为工业焦炭，质量要求指标为：固定炭的质量分数≥83％，硫的质量分数≤0.5％，挥发分的质量分数≤1.5％，灰分的质量分数≤15％。

所述的步骤1）在湿磨焦炭时，控制磨球、焦炭和水的质量比为(2～2.5):1:(0.6～0.8)，研磨时间为0.5～1h。

所述的步骤2）中的铝矾土为煅烧铝矾土，质量要求指标为：Al₂O₃的质量分数≥80％，SiO₂的质量分数≤12％，Fe₂O₃的质量分数≤1.5％。

所述的步骤2）中的复合型烧结助剂按质量百分比是由60%～80%的氧化钙微粉和20%～40%的氧化镁微粉混合而成的，且氧化钙微粉和氧化镁微粉的粒度均＜5μm。

所述的步骤2）在湿磨混合料时，控制磨球、混合料和水的质量比为(2～3):1:(0.5～0.7)，研磨时间为0.5h～3h。