專利名稱：一種利用金礦尾砂和海泡石纖維制備復合型壓裂支撐劑的方法
技術領域：
本發明涉及一種利用廢料制備陶瓷復合材料的方法，特別涉及一種利用金礦尾砂和海泡石纖維制備復合型壓裂支撐劑的方法。
背景技術：
壓裂支撐劑作為一個新興行業，在我國發展時間不長，其產品結構和品種還很不完善，行業的加工規模與水平都處在初期的發展階段。大部分油氣田屬于中等深度，要求壓裂支撐劑具有高強度、低破碎率，以承受巖層巨大的壓力及地層環境中的各種腐蝕。國際上多采用燒結剛玉制品作為中、深層油氣田壓裂支撐劑，這種制品雖然在理化性能上可以滿 足要求，但原料來源困難，加工工藝復雜，且能耗大、成本高，使其應用受到限制。用陶瓷燒成法燒結而成的新型石油深井閉合壓裂材料，是天然石英砂、包覆復合顆粒、玻璃球、金屬球等中、低強度支撐劑的替代品，具有強度高、密度低的特點，因而成為石油化工材料的研究熱點之一。當前，壓裂支撐劑陶粒面臨的主要問題是如何在高溫條件下通過控制化學成分及顯微結構來提高其綜合力學性能，有效減小材料的脆性，以提高該材料的實際應用效果。現有的支撐劑陶粒制備方法有熔融噴吹法、有機物包覆固化法、燒結法等。唐民輝等[油井壓裂支撐劑的研制[J].哈爾濱建筑大學學報，1995，28⑷73-76]以玄武巖為主要原料配制的爐料，經熔化、特殊的成珠及熱處理工藝，研制成了輝石型微晶硅酸鹽珠體。專利公開了“一種固體支撐劑及其制造方法”(周生武，申請號89102544. 8)，用鋁礬土為主要原料，經電弧爐熔融噴吹成球，具有抗壓強度高，破碎率低，密度適中和成本低等特點。盡管熔融噴吹法制備的支撐劑在實際中有所應用，但是，用該方法制備陶粒支撐劑存在能耗高、成球不易控制、支撐劑強度低等缺陷，目前已很少被采用。有機物包覆固化法是以有機粘結劑作為固化劑，以人工或天然的粉體為原料，粘結固化免燒而成，雖然強度低，但密度不大，具有一定的特點。孫虎、汪義發專利(申請號200710188410)《低密度支撐劑的制備方法及制備工藝》，周福建專利(申請號201010278084)《一種纖維復合防砂材料及其制備方法》，分別利用植物纖維或有機纖維材料作為原料，有機固化免燒結成型或摻入壓裂液中起到防沙導油的作用。此類產品并非是真正意義上的高強度支撐劑。此外有研究者用FMS- A G型、FMS-(R)型樹脂包衣法制備壓裂支撐劑，其產品在減脆方面有所提高，但明顯在強度方面存在缺陷。燒結法是采用陶瓷原料和傳統的陶瓷工藝制備致密陶粒支撐劑的技術。以鋁礬土等礦物原料制備石油壓裂陶粒支撐劑的研制已有許多文獻和專利報道。高海利等[高強石油壓裂支撐劑的研制[J].陶瓷，2006，(10) 43-46]以攀枝花本地二灘鋁礬土、鋁礬土生料及高鈦型高爐渣為主要原料，研制成高強石油壓裂支撐劑。趙士鰲、吳伯麟等專利(申請號201010143771. 8)，《一種無硅或低硅耐酸陶粒壓裂支撐劑的制備方法》；田小讓等專利(申請號200710168057)《一種耐酸壓裂支撐劑的制備方法》；R.迪恩克爾、M.埃蒙茲等專利(申請號200580030660. 3)《燒結球形顆粒》等分別采用燒結法，以鋁礬土或氧化鋁為主料，添加長石、氧化鈦或是含有碳酸鋇或重晶石的助熔劑，制備出高強低密的支撐劑，提高了材料的強度和耐酸度。燒結法依然是目前制備支撐劑的主流方法。以燒結法制備支撐劑，采用的主料是鋁礬土，這對優質的資源是個極大的浪費，因此，以低成本的固體廢料大比例替代鋁礬土，制備壓裂陶粒支撐劑是國內、外技術進步與發展的必然趨勢。這一方面，已有報道李慶維專利(申請號201010552791.0)《一種利用油頁巖渣制備的石油支撐劑及其制備方法》以油頁巖渣替代了部分鋁礬土制備出符合國標的支撐劑。尹國勛等[利用赤泥等工業固體廢物制備陶粒[J].河南理工大學學報(自然科學版)，2008，27 (4) =491-496] o田小讓專利(申請號200710137758. X) “利用赤泥制備耐酸壓裂支撐劑的方法”。張傳鎂專利(申請號02134274. 1)“瓷渣陶粒及其制備方法”。翟冠杰等[高摻量粉煤灰燒結陶粒的試制[J].粉煤灰.2008，(I) 42-43]試制了高摻量粉煤灰 燒結陶粒。張玉軍專利(申請號200910015979. 9)“一種高強度石油壓裂支撐劑及其制備方法”，利用高氧化鋁含量的陶瓷輥棒廢料制備的石油壓裂支撐劑具有高強、耐酸的特點。支撐劑陶粒性能的優劣，取決于產品的內部顯微結構，對此研究者已有充分的認識，并進行了一些有益的探索。李占剛專利(申請號CN201010136972. 5)《低密度陶粒支撐劑及其制備方法》，改變成型方式，利用多層包殼的巧妙方式，合成具有內芯和外殼的結核狀增強型的支撐劑，提高了產品性能，但成型方式過于復雜，操控性不強，影響了工業化生產和推廣應用的前景。目前，低密高強低脆耐腐蝕成為支撐劑陶粒主要的研究趨勢，為實現這一目標，在支撐劑配方中引入了不同的高溫助熔劑并優化陶粒成型的方式，一定程度上改善了支撐劑的力學性能，提高了材料的耐酸性和耐鹽性，盡管如此，依然不能從根本上解決陶粒支撐劑力學性能較差(脆性較大)的缺點。
發明內容
本發明的目的是克服現有技術和手段的不足，提供一種利用金礦尾砂和海泡石纖維制備復合型壓裂支撐劑的方法。按本發明的制備方法能夠制備出高強高韌、低密度和低破損率的復合型壓裂支撐劑，使該產品能應用于中、深層次的壓裂環境中，實現油氣增產的目的。為達到上述目的，本發明采用的技術方案是I)將金礦尾砂和氧化鋁粉分別放入球磨機中干磨，然后分別過120目篩；2 )按質量百分比將40% 55%過篩后的金礦尾砂、30% 45%的氧化鋁粉和10% 15%的耐高溫海泡石短切纖維混合后加入到球磨機中，再向球磨機中加入質量濃度為10%的樹膠水溶液混勻濕磨形成混合泥漿，泥漿過300目篩；3)將過篩后泥漿采用壓力式噴霧造粒機造粒，造粒形成的球形顆粒過18目和30目篩，將兩篩之間的篩余物顆粒收集待燒；4)將待燒顆粒放入氧化鋁坩堝中，并置于硅碳棒電阻爐內，以5°C /min 10°C /min的加熱速度自室溫升溫至1230°C,保溫0. 5h Ih,以5°C /min 7°C /min的加熱速度升溫至1350°C 1400°C，保溫2h 3h，隨爐自然冷卻后取出，過20目 40目篩，即得復合壓裂支撐劑。所述的步驟I)干磨是利用氧化鋁球石作為研磨介質，控制磨球和原料的質量比為(2 3) : I,分別球磨0. 5h 2h。所述的步驟2)濕磨是利用氧化鋁球石作為研磨介質，控制磨球、混合料和樹膠水溶液的質量比為(2 3) I (0. 3 0. 4)，研磨0. 5h 3h。所述的步驟3)造粒噴霧造粒機進風溫度為300°C 500°C，熱風爐溫度為600°C 800°C，排風溫度為80°C 95°C，泥漿壓力為I. 2MPa I. 5MPa。所述的氧化鋁粉是工業用的a-氧化鋁(剛玉粉)，其剛玉含量> 98%，粉體粒經
<10 u m。 所述的耐高溫海泡石短切纖維的化學式為Mg8 (H2O)4 [Si6O16J2 (OH)4 8H20，熔點 1500。。一 1700。。。本發明所合成的是具細晶化和彌散化的復合支撐劑陶粒，它由基體相和增強相兩部分組成，基體相主要由石英和少量的玻璃相、氣孔相組成；增強相為細晶化的剛玉、引入的海泡石纖維及原位生成的莫萊石纖維相。材料的組成成分比(重量％)為增強相5-15%，基體相85-95%。本發明通過引入耐高溫海泡石纖維，將復合材料的理念整合于非致密的陶粒支撐劑之中，用外來引入和高溫反應自生成的方式提供增強增韌所必需的纖維，通過纖維增強和顆粒增強兩種手段中至少一種制備出高強高韌、低密度和低破損率的復合型支撐劑陶粒，使該產品能應用于中、深層次的壓裂環境中，實現油氣增產的最終目的。本發明利用工業廢棄物一金礦尾砂為主料，以“調整化學成分+優化顯微結構”的思路，通過引入和利用原位反應自生成具有纖維狀晶體的同時，使纖維與生成的細小顆粒自彌散基體相之間進一步優化形成纖維狀/粒狀復合陶瓷材料的具體方法，將“雙重彌散”技術與陶瓷復合技術相結合，既開發利用了廢棄的礦渣，又改善支撐劑的化學組成，優化陶粒的顯微結構，克服陶瓷材料的脆性，有望進一步提高支撐劑陶粒材料的綜合性能。
具體實施例方式實施例I :I)將金礦尾砂和氧化鋁粉分別放入球磨機中干磨，利用氧化鋁球石作為研磨介質，控制磨球和原料的質量比為2 I,分別球磨0. 5h 2h然后分別過120目篩；2)按質量百分比將40%過篩后的金礦尾砂、45%的氧化鋁粉和15%的耐高溫海泡石短切纖維放入球磨機中，再加入質量濃度為10%的樹膠水溶液混勻利用氧化鋁球石作為研磨介質，控制磨球、混合料和樹膠水溶液的質量比為2 I 0.3，研磨0.511 311形成混合泥漿，泥漿過300目篩；其中，氧化鋁粉是工業用的a-氧化鋁即剛玉粉，其剛玉含量> 98%，粉體粒經
<IOiim;耐高溫海泡石短切纖維，化學式Mg8 (H2O)4 [Si6O16]2 (OH)4 8H20，是一種纖維狀富鎂粘土礦物，熔點1500°C — 1700°C，具極高的熱穩定性，可在高條件下長期使用；3)將過篩后泥漿采用壓力式噴霧造粒機造粒，噴霧造粒機進風溫度為500°C，熱風爐溫度為800°C，排風溫度為95°C，泥漿壓力為I. 2Mpa，造粒形成的球形顆粒過18目和30目篩，將兩篩之間的篩余物顆粒收集待燒；
4)將待燒顆粒放入氧化鋁坩堝中，并置于硅碳棒電阻爐內，以5°C /min的加熱速度自室溫升溫至1230°C，保溫0. 5h lh，以5°C /min的加熱速度升溫至1350°C，保溫2h 3h，隨爐自然冷卻后取出，過20目 40目篩，即得復合壓裂支撐劑。實施例2 I)將金礦尾砂和氧化鋁粉分別放入球磨機中干磨，利用氧化鋁球石作為研磨介質，控制磨球和原料的質量比為2. 5 1，分別球磨0. 5h 2h然后分別過120目篩；2)按質量百分比將55%過篩后的金礦尾砂、30%的氧化鋁粉和15%的耐高溫海泡石短切纖維放入球磨機中，再加入質量濃度為10%的樹膠水溶液混勻利用氧化鋁球石作為研磨介質，控制磨球、混合料和樹膠水溶液的質量比為2. 5 I 0.35，研磨0.511 311形成混合泥漿，泥漿過300目篩；其中，氧化鋁粉是工業用的a -氧化鋁即剛玉粉，其剛玉含量> 98 %，粉體粒經
<IOiim ;耐高溫海泡石短切纖維，化學式Mg8 (H2O)4 [Si6O16]2 (OH)4 8H20，是一種纖維狀富鎂粘土礦物，熔點1500°C — 1700°C，具極高的熱穩定性，可在高條件下長期使用；3)將過篩后泥漿采用壓力式噴霧造粒機造粒，噴霧造粒機進風溫度為300°C，熱風爐溫度為600°C，排風溫度為80°C，泥漿壓力為I. 4MPa，造粒形成的球形顆粒過18目和30目篩，將兩篩之間的篩余物顆粒收集待燒；4)將待燒顆粒放入氧化鋁坩堝中，并置于硅碳棒電阻爐內，以8°C /min的加熱速度自室溫升溫至1230°C，保溫0. 5h lh，以6°C /min的加熱速度升溫至1380°C，保溫2h 3h，隨爐自然冷卻后取出，過20目 40目篩，即得復合壓裂支撐劑。實施例3 I)將金礦尾砂和氧化鋁粉分別放入球磨機中干磨，利用氧化鋁球石作為研磨介質，控制磨球和原料的質量比為3 1，分別球磨0. 5h 2h然后分別過120目篩；2)按質量百分比將50%過篩后的金礦尾砂、40%的氧化鋁粉和10%的耐高溫海泡石短切纖維放入球磨機中，再加入質量濃度為10%的樹膠水溶液混勻利用氧化鋁球石作為研磨介質，控制磨球、混合料和樹膠水溶液的質量比為3 I 0.38，研磨0.511 311形成混合泥漿，泥漿過300目篩；其中，氧化鋁粉是工業用的a-氧化鋁即剛玉粉，其剛玉含量> 98%，粉體粒經
<IOiim;耐高溫海泡石短切纖維，化學式Mg8 (H2O)4 [Si6O16]2 (OH)4 8H20，是一種纖維狀富鎂粘土礦物，熔點1500°C — 1700°C，具極高的熱穩定性，可在高條件下長期使用；3)將過篩后泥漿采用壓力式噴霧造粒機造粒，噴霧造粒機進風溫度為400°C，熱風爐溫度為700°C，排風溫度為88°C，泥漿壓力為I. 3MPa，造粒形成的球形顆粒過18目和30目篩，將兩篩之間的篩余物顆粒收集待燒；4)將待燒顆粒放入氧化鋁坩堝中，并置于硅碳棒電阻爐內，以6°C /min的加熱速度自室溫升溫至1230°C，保溫0. 5h lh，以7V Mn的加熱速度升溫至1360°C，保溫2h 3h，隨爐自然冷卻后取出，過20目 40目篩，即得復合壓裂支撐劑。實施例4 I)將金礦尾砂和氧化鋁粉分別放入球磨機中干磨，利用氧化鋁球石作為研磨介質，控制磨球和原料的質量比為2.3 1，分別球磨0.5h 2h然后分別過120目篩；2)按質量百分比將45%過篩后的金礦尾砂、43%的氧化鋁粉和12%的耐高溫海泡石短切纖維放入球磨機中，再加入質量濃度為10%的樹膠水溶液混勻利用氧化鋁球石作為研磨介質，控制磨球、混合料和樹膠水溶液的質量比為2. 3 I 0.33，研磨0.511 311形成混合泥漿，泥漿過300目篩；其中，氧化鋁粉是工業用的a-氧化鋁即剛玉粉，其剛玉含量> 98%，粉體粒經
<IOiim;耐高溫海泡石短切纖維，化學式Mg8 (H2O)4 [Si6O16]2 (OH)4 8H20，是一種纖維狀富鎂粘土礦物，熔點1500°C — 1700°C，具極高的熱穩定性，可在高條件下長期使用；3)將過篩后泥漿采用壓力式噴霧造粒機造粒，噴霧造粒機進風溫度為350°C，熱風爐溫度為650°C，排風溫度為84°C，泥漿壓力為I. 5MPa，造粒形成的球形顆粒過18目和30目篩，將兩篩之間的篩余物顆粒收集待燒； 4)將待燒顆粒放入氧化鋁坩堝中，并置于硅碳棒電阻爐內，以7°C /min的加熱速度自室溫升溫至1230°C，保溫0. 5h lh，以5°C /min的加熱速度升溫至1390°C，保溫2h 3h，隨爐自然冷卻后取出，過20目 40目篩，即得復合壓裂支撐劑。實施例5 I)將金礦尾砂和氧化鋁粉分別放入球磨機中干磨，利用氧化鋁球石作為研磨介質，控制磨球和原料的質量比為2. 8 I,分別球磨0. 5h 2h然后分別過120目篩；2)按質量百分比將52%過篩后的金礦尾砂、35%的氧化鋁粉和13%的耐高溫海泡石短切纖維放入球磨機中，再加入質量濃度為10%的樹膠水溶液混勻利用氧化鋁球石作為研磨介質，控制磨球、混合料和樹膠水溶液的質量比為2. 8 I 0.4，研磨0.511 311形成混合泥漿，泥漿過300目篩；其中，氧化鋁粉是工業用的a-氧化鋁即剛玉粉，其剛玉含量> 98%，粉體粒經
<IOiim;耐高溫海泡石短切纖維，化學式Mg8 (H2O)4 [Si6O16]2 (OH)4 8H20，是一種纖維狀富鎂粘土礦物，熔點1500°C - 1700°C，具極高的熱穩定性，可在高條件下長期使用；3)將過篩后泥漿采用壓力式噴霧造粒機造粒，噴霧造粒機進風溫度為450°C，熱風爐溫度為750°C，排風溫度為92°C，泥漿壓力為I. 2MPa，造粒形成的球形顆粒過18目和30目篩，將兩篩之間的篩余物顆粒收集待燒；4)將待燒顆粒放入氧化鋁坩堝中，并置于硅碳棒電阻爐內，以10°C /min的加熱速度自室溫升溫至1230°C，保溫0. 5h lh，以5°C /min的加熱速度升溫至1370°C，保溫2h 3h，隨爐自然冷卻后取出，過20目 40目篩，即得復合壓裂支撐劑。實施例6 I)將金礦尾砂和氧化鋁粉分別放入球磨機中干磨，利用氧化鋁球石作為研磨介質，控制磨球和原料的質量比為3 1，分別球磨0.5h 2h然后分別過120目篩；2)按質量百分比將50%過篩后的金礦尾砂、36%的氧化鋁粉和14%的耐高溫海泡石短切纖維放入球磨機中，再加入質量濃度為10%的樹膠水溶液混勻利用氧化鋁球石作為研磨介質，控制磨球、混合料和樹膠水溶液的質量比為3 I 0.4，研磨0.511 311形成混合泥漿，泥漿過300目篩；其中，氧化鋁粉是工業用的a-氧化鋁即剛玉粉，其剛玉含量> 98%，粉體粒經
<IOiim;耐耐高溫海泡石短切纖維，化學式Mg8 (H2O)4 [Si6O16]2 (OH)4 8H20，是一種纖維狀富鎂粘土礦物，熔點1500°C -1700°C，具極高的熱穩定性，可在高條件下長期使用；3)將過篩后泥漿采用壓力式噴霧造粒機造粒，噴霧造粒機進風溫度為380°C，熱風爐溫度為680°C，排風溫度為90°C，泥漿壓力為I. 5MPa，造粒形成的球形顆粒過18目和30目篩，將兩篩之間的篩余物顆粒收集待燒；4)將待燒顆粒放入氧化鋁坩堝中，并置于硅碳棒電阻爐內，以9°C /min的加熱速度自室溫升溫至1230°C，保溫0. 5h lh，以7V Mn的加熱速度升溫至1400°C，保溫2h 3h，隨爐自然冷卻后取出，過20目 40目篩，即得復合壓裂支撐劑。本發明以金礦尾砂為主料，通過引入耐高溫海泡石纖維的同時，利用高溫反應，原位自形成纖維狀3A1203 23102莫萊石晶體與瓷體中的粒狀晶體彌散強韌化的復合材料，不但具有制造成本低廉，而且纖維狀的莫萊石具有較大的比表面積和表面能與顆粒狀的剛玉、方石英陶瓷基體依靠強有力的晶界力相結合，一方面纖維狀晶體分布在剛玉、方石英顆粒之間，形成纖維/顆粒彌散結構，另一方面，合成的剛玉晶體具“細晶化”結構，均 勻彌散在方石英等晶體周圍，形成顆粒/顆粒二次彌散的疊加。“雙重彌散”導致纖維/粒狀復合彌散結構的形成，有效的改善了瓷體的顯微結構，對提高瓷體的強度和韌性起到了決定性的作用，從而使該材料的綜合性能有了很大的提高。在陶粒支撐劑配方中引入能在高溫下充分反應形成纖維狀晶體的化學組份，以其作為必須的初始原料，經過高溫反應使纖維狀晶體與新形成粒狀晶體之間，合成了“雙重彌散”顯微結構的復合材料。由于各個不同的相是在相同溫度、環境和條件下形成的，致使纖維增強相與顆粒相及氣孔相之間具有很好的應力相容性和潤濕性，有效的改善和優化了陶粒的顯微結構，使該材料的綜合力學性能有了明顯的提高。本發明用金礦尾砂作為主料制備石油壓裂支撐劑。尾砂是黃金生產中不可避免產生的廢渣。根據國內黃金產出的地質特征，金礦廢渣主要礦物以石英(30% 60%)、黃鐵礦(5% 20 % )、斜長石(10% 30 % )、鉀長石(15% 30 % )、絹云母(5% 15 % )為主，化學組成一般以 SiO2 (40% 60%)、A1203 ( 15% 25%)、Fe203 (2% 10% )、Ti02 (0 2%)、K2O (3% 8%)、Na20 (2% 5% )等氧化物形成存在，外形為細粒粉末狀半固體，排放堆積疏松，顆粒度在70目 160目(0. 22mm 0. 097mm)之間。金礦尾砂既提供了高溫反應所必須的組份，又起到了高溫復合熔劑的作用。尾砂在成份上體現出高硅、低鋁、高鐵、鉀、鈉的特點，在性質上表現出低熔點、高效助熔的特征。莫來石纖維的主要來源是高溫下廢渣中的SiO2和氧化鋁粉中的Al2O3反應形成莫來石柱體或纖維，纖維相/顆粒相/氣孔相構成了彌散態的顯微結構。非a-Al2O3轉變成增強相的細粒剛玉，剛玉增強相也呈細晶一彌散態分布于方石英的周圍，形成了雙重彌散的顯微結構。剛玉和莫來石的產生對支撐劑強度起到了決定性的作用。另一方面尾砂中是熔劑組份1(20、似20、0&0、1%0、？6203、1102等，能有效降低混合料的低共融點，使支撐劑燒結溫度降低，并與其他組分相互作用形成的少量玻璃相，充填在因高溫反應放出氣體或晶形轉化體積膨脹所形成的氣孔內，對提高支撐劑強度起到了有效的補充。本發明利用金礦尾砂、氧化鋁粉、短切海泡石纖維經燒結工藝，通過高溫反應在基體相和增強相同時合成，并使基體相“細晶化”、“彌散化”，增強相與基體相再次“彌散“，雙重彌散制備了復合支撐劑陶粒。由于該材料綜合了細晶化陶瓷材料和纖維材料的優點，并使其中的氣孔相也呈彌散態均勻分布，一方面保證了陶粒的強度和韌性，另一方面有效降低了材料的密度，使該材料的綜合力學性能得到了進一步的提高。另外，在原料上，大量引入低成本的選礦廢渣，降低了燒成溫度，在快速燒成中實現了細晶化和彌散化，同時降低了生產成本。本發明不改變現有工藝，不增加任何設備，其產品的技術指標和使用性能完全符合石油天然氣行業標準SY/T5108-2006《壓裂支撐劑性能指標及評價測試方法》。本發明用海泡石纖維和金礦尾砂作為主料制備復合型石油壓裂支撐劑，不僅可以發揮廢渣粒度細、高硅、低鋁、鐵、鈦、鉀、鈉組份含量大，熔點低、高溫助熔效果顯著的優勢，還可以通過工藝條件控制高溫反應，使石油壓裂支撐劑中既有高強度的彌散態粒狀晶體(方石英、剛玉)，又有增強增韌的纖維狀晶體(海泡石、莫萊石)，二者呈現彌散一細晶有序的纖維/顆粒微觀結構，從而有效提高支撐劑的強度和耐酸度、降低其破碎率。形成性能優異的支撐劑材料。本發明的效果體現在(I)本發明的主要原料是選礦過程中不可避免排放的工業廢棄物，用金礦尾砂制備壓裂支撐劑不僅有助于節約天然資源，降低生產成本，而且有利于環境保護。
(2)尾砂原料主要為微米級球形顆粒，與天然礦物相比，原料無需使用大功率破碎機破碎，且各組份之間混料均勻，有效地減小了原料球磨所產生的大量能耗。(3)金礦尾砂的礦物化學組成和性質表現具有高硅、低鋁、鐵、鈦雜質含量大，熔點低、高溫助熔效果顯著的特點，既提供了高溫反應中所必須的Si02、Al2O3等組份，又供給了高溫熔劑組份K20、Na2O, Fe203、TiO2, CaO, MgO等，減小生產成本。(4)以復合材料的理論為指導，引入海泡石纖維，使石油壓裂支撐劑中既有高強度的彌散一細晶態的剛玉晶體構成了顆粒/顆粒的彌散結構，又有增強增韌的纖維狀彌散化的纖維/顆粒彌散結構，雙重彌散有效改善了瓷體的顯微結構，提高支撐劑的強度和耐酸腐蝕性，降低其破碎率。(5)制備的壓裂支撐劑強度可達到95MPa 135MPa，具有強度高、質輕、耐高溫、耐腐蝕等優良特性，可作為中、深層油氣田壓裂支撐劑。表I為引入海泡石纖維并以金礦尾砂為主料于1400°C所制備的壓裂支撐劑陶粒樣品的性能指標。表I 1400°C所制備的壓裂支撐劑陶粒樣品的性能
權利要求
1.一種利用金礦尾砂和海泡石纖維制備復合型壓裂支撐劑的方法，其特征在于 1)將金礦尾砂和氧化鋁粉分別放入球磨機中干磨，然后分別過120目篩； 2)按質量百分比將40% 55%過篩后的金礦尾砂、30% 45%的氧化鋁粉和10% 15%的耐高溫海泡石短切纖維混合后加入到球磨機中，再向球磨機中加入質量濃度為10%的樹膠水溶液混勻濕磨形成混合泥漿，泥漿過300目篩； 3)將過篩后泥漿采用壓力式噴霧造粒機造粒，造粒形成的球形顆粒過18目和30目篩，將兩篩之間的篩余物顆粒收集待燒； 4)將待燒顆粒放入氧化鋁坩堝中，并置于硅碳棒電阻爐內，以5°C/min 10°C /min的加熱速度自室溫升溫至1230°C，保溫0. 5h lh，以5°C /min 7 V /min的加熱速度升溫至1350°C 1400°C，保溫2h 3h，隨爐自然冷卻后取出，過20目 40目篩，即得復合壓裂支撐劑。
2.根據權利要求I所述的利利用金礦尾砂和海泡石纖維制備復合型壓裂支撐劑的方法，其特征在于所述的步驟I)干磨是利用氧化鋁球石作為研磨介質，控制磨球和原料的質量比為(2 3) 1，分別球磨0. 5h 2h。
3.根據權利要求I所述的利用金礦尾砂和海泡石纖維制備復合型壓裂支撐劑的方法，其特征在于所述的步驟2)濕磨是利用氧化鋁球石作為研磨介質，控制磨球、混合料和樹膠水溶液的質量比為(2 3) I (0. 3 0. 4)，研磨0. 5h 3h。
4.根據權利要求I所述的利用金礦尾砂和海泡石纖維制備復合型壓裂支撐劑的方法，其特征在于所述的步驟3)造粒噴霧造粒機進風溫度為300°C 500°C，熱風爐溫度為600°C 800°C，排風溫度為80°C 95°C，泥漿壓力為I. 2MPa I. 5MPa。
5.根據權利要求I所述的利用金礦尾砂和海泡石纖維制備復合型壓裂支撐劑的方法，其特征在于所述的氧化鋁粉是工業用的a -氧化鋁(剛玉粉)，其剛玉含量> 98%，粉體粒經< 10 u m。
6.根據權利要求I所述的利用金礦尾砂和莫來石纖維制備復合型壓裂支撐劑的方法，其特征在于所述的耐高溫海泡石短切纖維的化學式為=Mg8(H2O)4[Si6O16]2(OH)4 8H20，熔點 1500。。一 1700。。。
全文摘要
一種利用金礦尾砂和海泡石纖維制備復合型壓裂支撐劑的方法，將金礦尾砂、氧化鋁粉和耐高溫海泡石短切纖維混合后加入樹膠水溶液混勻濕磨后造粒，將顆粒放入氧化鋁坩堝中，并置于硅碳棒電阻爐內，以5℃/min～10℃/min的加熱速度自室溫升溫至1230℃，保溫0.5h～1h，以5℃/min～7℃/min的加熱速度升溫至1350℃～1400℃，保溫2h～3h，隨爐自然冷卻后取出，過20目～40目篩，即得復合壓裂支撐劑。本發明將復合材料的理念整合于非致密的陶粒支撐劑之中，并輔以高溫反應自生成的方式提供增強增韌所必需的纖維(晶須)，通過纖維增強和顆粒增強兩種手段制備出高強高韌、低密度和低破損率的復合型壓裂支撐劑。
文檔編號C04B35/80GK102718528SQ20121020113
公開日2012年10月10日 申請日期2012年6月18日 優先權日2012年6月18日
發明者陳平 申請人:陜西科技大學