專利名稱：低密度高強陶粒支撐劑及其制備方法
技術領域：
本發明涉及一種壓裂支撐劑，具體涉及一種低密度高強陶粒支撐劑及其制備方法。
背景技術：
壓裂工藝技術在石油、天然氣的開發中發揮重要的作用，而壓裂的成敗及有效期 的長短取決于壓裂支撐劑的技術性能。支撐劑由壓裂液帶入并支撐在壓裂地層的裂隙中， 從而有效地將油氣導入油氣井，大幅度提高油氣產量和延長油井壽命。支撐劑(proppant) 則是壓裂施工的關鍵材料，其為具有一定粒度和級配的天然砂或人造高強陶瓷顆粒。陶粒 支撐劑(ceramicproppant)以鋁礬土為原料，通過粉末制粒，燒結而成，具有耐高溫、耐高 壓、耐腐蝕、高強度、高導流能力、低密度、低破碎率等特點，使用最為廣泛。目前的人造陶粒雖具高強度的特性，但顆粒相對密度較高，對壓裂液的性能及泵 送條件都提出了更高要求，所以研制開發低密度中強度或高強度燒結陶粒將是重要的發展 方向。隨著深井壓裂技術的發展，對支撐劑的抗破碎能力提出了更高的要求。美國在支撐 劑的開發生產中一直處于領先地位，其開發的Carbo-prop系列的支撐劑(視密度為3. 22g/ cm3)性能優異，0. 4 0. 8mm粒徑范圍的支撐劑在69MPa閉合壓力下的破碎率僅為4. 7%。 視密度的大小影響著支撐劑在壓裂液中的沉降速度，從而影響支撐劑在井下裂縫中形成的 有效支撐裂縫長度。目前，國內大量的研究也集中在提高支撐劑的強度，雖然取得一定的成 效，但卻忽視了視密度的大小(一般大于3. 3g/cm3)，使支撐劑在應用中容易產生較短的支 撐帶，堆積在裂縫的端口處，對導流極其不利。低視密度支撐劑將有利于形成長的支撐帶， 提高產層導流能力。高質量的陶粒支撐劑對提高油井的經濟效益有重要的作用。充分利用我國富有的 高鋁礬土資源，研究改進陶粒支撐劑制造的工藝技術，是一件有意義的工作。對國內外陶粒 支撐劑的性能、成份和微觀組織的對比研究表明，支撐劑的性能取決于它的化學組成和微 觀結構。因此，優選原料和改進粉體加工工藝可以有效地提高支撐劑的質量。
發明內容
本發明要解決的技術問題是提供一種低密度高強陶粒支撐劑，并給出了一種利用 濕磨法制備該低密度高強陶粒支撐劑的方法。為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案是—種低密度高強陶粒支撐劑，以重量百分比計，其制備原料包括鋁礬土 40 60%、硬質粘土 30 55%、鋰輝石4 12%、工業淀粉1 3%。所述低密度高強陶粒支撐劑的制備原料包括鋁礬土 40 50%、硬質粘土 45 55%、鋰輝石4 8%、工業淀粉1 2%。所述低密度高強陶粒支撐劑的制備原料包括鋁礬土 50 60%、硬質粘土 30 45%、鋰輝石4 10%、工業淀粉1 3%。
所述低密度高強陶粒支撐劑的制備原料包括鋁礬土 45 55%、硬質粘土 40 50%、鋰輝石4 10%、工業淀粉1 2%。所述鋁礬土為三級或三級以上的鋁礬土。所述硬質粘土三級或三級以上的硬質粘土。所述鋰輝石中氧化鋰含量>8%。鋰輝石化合物屬于低熔點成分，為易熔性化合物。鋰輝石有助于在較低溫度下形 成莫來石以增加陶粒強度，這些作用使鋰輝石質陶粒具有極低的熱震性和高溫化學穩定 性。上述低密度高強陶粒支撐劑的制備方法，包括如下步驟(1)將鋁礬土、硬質粘土、鋰輝石進行輕燒處理；(2)將輕燒后的鋁礬土、硬質粘土、鋰輝石分別鄂破、對輥加工成1 3mm的塊料；(3)按權利要求1所述的原料配比取鋁礬土、硬質粘土、鋰輝石和工業淀粉混配成 混合料；(4)取上步所得混合料，以混合料研磨介質水=1 1. 5 2. 5 0. 6 1的 重量比與研磨介、質水混合后，置球磨機中濕磨20 30小時，使混合料粒度達至5 20um ；(5)將上步磨所得泥漿料攪拌均勻后，將該泥漿泵入噴霧干燥塔進行干燥，干燥過 的粉體用打散后，轉入圓盤制粒機中造粒，經篩分得到半成品粒；(6)將半成品粒送入回轉窯中，燒成溫度1350 1450°C，保溫1. 5 2. 5小時。所述研磨介質為鋼球、碳化硅球、氧化鋯球、氧化鋁球中的至少一種。本發明具有積極有益的效果1.本發明陶粒產品表面光滑、致密，具有耐壓強度高、視密度低、化學穩定性和耐 酸性好的優異性能，有關性能指標詳見表1，產品的成分組成見表2。2.本發明陶粒產品原料來源廣泛，資源豐富，原料成本低廉。3.原料配方中添加鋰輝石，可起到減小密度、呈現較強的熔劑效應，具有顯著降 低熔化溫度和縮短燒成周期等優點；還可降低熔體粘度，增強高溫流動性和玻化程度，增強 陶粒強度和陶粒表面光滑平整度，降低熱膨脹系數，提高熱穩定性，提高化學穩定性和耐酸 性。4.本發明改進了制粉工藝，采用濕法球磨工藝，改善原料的形狀和粒度分布，可將 原料加工很細，降低粉體的粒徑，改善粉體粒徑的均勻性，可有效地提高陶粒的質量(球磨 的過程同時是一個均化原料的過程，保證了產品的質量穩定)；濕法工藝可減少粉塵污染， 利于工人身心健康，利于環保。5.本發明制備工藝耗能小，產能大，粉磨效率高，且不引入雜質。表1本發明陶粒產品的主要性能指標
表2本發明陶粒產品的主要化學成分及含量
具體實施例方式下面結合具體實施例對本發明作進一步描述，但不局限于下列實施例。實施例1 一種低密度高強陶粒支撐劑，制備原料構成為三級鋁礬土 50%、硬質粘 土 40 %、鋰輝石8 %、工業淀粉2 %。上述低密度高強陶粒支撐劑的制備方法，包括如下步驟(1)將鋁礬土、硬質粘土在600°C下進行輕燒處理；(2)將輕燒后的鋁礬土、硬質粘土及鋰輝石分別經鄂破、對輥加工成1 3_的塊 料；(3)按權利要求1所述的原料配比取鋁礬土、硬質粘土、鋰輝石和工業淀粉混配成 混合料；(4)取上步所得混合料，以混合料研磨介質水=1 2 0. 8的重量比與研磨 介、質水混合后，置球磨機中濕磨24小時，使混合料粒度達至5 20um ；(5)將上步磨所得泥漿料攪拌均勻后，將該泥漿泵入噴霧干燥塔進行干燥，干燥過 的粉體用打散后，轉入圓盤制粒機中造粒，經篩分得到半成品粒；
(6)將半成品粒送入回轉窯中，燒成溫度1400°C，保溫2小時，冷卻后即成。實施例2 —種低密度高強陶粒支撐劑，制備原料構成為三級鋁礬土 40%、三級硬 質粘土 55%、鋰輝石4%、工業淀粉1%。其制備方法與實施例1基本相同，不同之處在于步驟(4)中以混合料研磨介 質水=1 2.2 0.7的重量比與研磨介、質水混合后，置球磨機中濕磨20小時，使混合 料粒度達至10 20um。實施例3 —種低密度高強陶粒支撐劑，制備原料構成為三級鋁礬土 60%、三級硬 質粘土 30 %、鋰輝石7 %、工業淀粉3 %。其制備方法與實施例1基本相同，不同之處在于步驟(4)中以混合料研磨介 質水=1 2 1的重量比與研磨介、質水混合后，置球磨機中濕磨28小時，使混合料粒 度達至10 15um。實施例4 一種低密度高強陶粒支撐劑，制備原料構成為三級鋁礬土 55%、三級硬 質粘土 42 %、鋰輝石6 %、工業淀粉2 %。其制備方法與實施例1基本相同，不同之處在于步驟(4)中以混合料研磨介 質水=1 1.8 0.6的重量比與研磨介、質水混合后，置球磨機中濕磨28小時，使混合 料粒度達至5 15um。實施例5 —種低密度高強陶粒支撐劑，制備原料構成為三級鋁礬土 45%、三級硬 質粘土 45 %、鋰輝石9 %、工業淀粉1 %。其制備方法與實施例1基本相同。實施例6 —種低密度高強陶粒支撐劑，制備原料構成為二級鋁礬土 40%、硬質粘 土 50 %、鋰輝石8 %、工業淀粉2 %。其制備方法與實施例1基本相同。實施例7 —種低密度高強陶粒支撐劑，制備原料構成為二級鋁礬土 48 %、硬質粘土 54 %、鋰輝石6 %、工業淀粉2 %。其制備方法與實施例1基本相同。實施例8 一種低密度高強陶粒支撐劑，制備原料構成為鋁礬土 50 60%、硬質粘土 30 45%、鋰輝石4 10%、工業淀粉1 3%。其制備方法與實施例1基本相同。實施例9 一種低密度高強陶粒支撐劑，制備原料構成為鋁礬土 50 60%、硬質粘土 30 45%、鋰輝石4 10%、工業淀粉1 3%。其制備方法與實施例1基本相同。
權利要求
一種低密度高強陶粒支撐劑，其特征在于，以重量百分比計，其制備原料包括鋁礬土40～60％、硬質粘土30～55％、鋰輝石4～12％、工業淀粉1～3％。
2.根據權利要求1所述的低密度高強陶粒支撐劑，其特征在于，它的制備原料包括鋁 礬土 40 50 %、硬質粘土 45 55 %、鋰輝石4 8 %、工業淀粉1 2 %。
3.根據權利要求1所述的低密度高強陶粒支撐劑，其特征在于，它的制備原料包括鋁 礬土 50 60%、硬質粘土 30 45%、鋰輝石4 10%、工業淀粉1 3%。
4.根據權利要求1所述的低密度高強陶粒支撐劑，其特征在于，它的制備原料包括鋁 礬土 45 55%、硬質粘土 40 50%、鋰輝石4 10%、工業淀粉1 2%。
5.根據權利要求1 4任意一項權利要求所述的低密度高強陶粒支撐劑，其特征在于， 所述鋁礬土為三級或三級以上的鋁礬土。
6.根據權利要求1 4任意一項權利要求所述的低密度高強陶粒支撐劑，其特征在于， 所述硬質粘土三級或三級以上的硬質粘土。
7.根據權利要求1 4任意一項權利要求所述的低密度高強陶粒支撐劑，其特征在于， 所述鋰輝石中氧化鋰含量> 8%。
8.權利要求1所述低密度高強陶粒支撐劑的制備方法，包括如下步驟(1)將鋁礬土、硬質粘土進行輕燒處理；(2)將輕燒后的鋁礬土、硬質粘土及鋰輝石分別經鄂破、對輥加工成1 3mm的塊料；(3)按權利要求1所述的原料配比取鋁礬土、硬質粘土、鋰輝石和工業淀粉混配成混合料；(4)取上步所得混合料，以混合料研磨介質水=1 1. 5 2. 5 0. 6 1的重量 比與研磨介、質水混合后，置球磨機中濕磨20 30小時，使混合料粒度達至5 20um ；(5)將上步磨所得泥漿料攪拌均勻后，將該泥漿泵入噴霧干燥塔進行干燥，干燥過的粉 體用打散后，轉入圓盤制粒機中造粒，經篩分得到半成品粒；(6)將半成品粒送入回轉窯中，燒成溫度1350 1450°C，保溫1.5 2. 5小時。
9.根據權利要求8所述低密度高強陶粒支撐劑的制備方法，其特征在于，所述研磨介 質為鋼球、碳化硅球、氧化鋯球、氧化鋁球中的至少一種。
全文摘要
本發明涉及一種低密度高強陶粒支撐劑及其制備方法。其是將輕燒鋁礬土、硬質粘土、鋰輝石顆粒與工業淀粉按40～60∶30～55∶4～12∶1～3的重量比混合，再以混合料∶研磨介質∶水＝1∶1.5～2.5∶0.6～1的重量比混合介質、水，于球磨機中濕磨20～30小時，研磨泥漿經噴霧干燥所得粉體轉入圓盤制粒機中造粒，篩分后的顆粒送入回轉窯中燒制，燒成溫度1350～1450℃，保溫1.5～2.5小時。本發明陶粒產品表面光滑、致密，具有耐壓強度高、視密度低、化學穩定性和耐酸性好的優異性能；采用濕法球磨工藝，改善原料的形狀和粒度分布，提高了陶粒的質量，并減少粉塵污染，利于工人身心健康，利于環保。
文檔編號C09K8/80GK101838530SQ20101016035
公開日2010年9月22日 申請日期2010年4月30日 優先權日2010年4月30日
發明者唐珂, 張豐樂, 張順慶, 石凱, 胡波 申請人:鄭州德賽爾陶粒有限公司