技术领域
本发明涉及陶瓷技术领域，特别涉及一种低密度陶瓷压裂支撑剂及其制备 方法。
背景技术
压裂支撑剂是一种陶瓷颗粒产品，具有很高的压裂强度，主要用于油田井 下支撑，以增加石油天然气的产量，属环保产品。其利用优质铝矾土等多种原 材料，用陶瓷烧结而成，是天然石英砂、玻璃球、金属球等中低强度支撑剂的 替代品，对增产石油天然气有良好效果。石油天然气深井开采时，高闭合压力 低渗透性矿床经压裂处理后，使含油气岩层裂开，油气从裂缝形成的通道中汇 集而出。用陶粒支撑材料随同高压溶液进入地层充填在岩层裂隙中，起到支撑 裂隙不因应力释放而闭合的作用，从而保持高导流能力，使油气畅通，增加产 量。实践证明，使用陶粒支撑剂压裂的油井可提高产量30－50％，还能延长油 气井服务年限。压裂支撑剂是石油页岩油、页岩气和煤层气开发过程中必需的 压裂用填充介质，在世界范围内煤层气的开发尚处于起步阶段，因此对煤层气 开发所用陶瓷压裂支撑剂的研究成果较少。
目前国内外所用压裂支撑剂主要是基于石油页岩油和页岩气开发使用的高 密度(体积密度≧1.5g/cm3)、高强度(闭合压力≧52MPa)产品，该产品的主要 特点是密度大、强度高；缺点是由于密度大，导致其悬浮性能和导流性能较差， 使得压裂闭合压力大、压裂面积小、施工成本高。
基于煤层气的开采深度比石油页岩油和页岩气浅的事实，其压裂闭合压力 小(≦42MPa)，因此其所需要的陶瓷支撑剂的强度相对较低，因此开发低密度 的陶瓷压裂支撑剂可以降低压裂施工成本，增大压裂面积，提高压裂效率。
申请号为200880004784.8的中国专利申请公开一种低密度陶瓷支撑剂，其 由轻质聚集体和陶瓷粘合材料组成，其中将天然矿物用作所述轻质聚集体，所 述天然矿物在烧制时能够膨胀它在支撑剂颗粒中的体积，并且改变它的真密度 和表观密度。所述天然矿物为蛭石、珍珠岩、水云母、天然沸石、烧结骨料、 膨胀粘土，所述陶瓷粘合材料为氧化铝、高岭土、铝土矿或它们的组合物。
上述低密度陶瓷支撑剂的原料组成使其原料成本偏高，同时所述低密度陶 瓷支撑剂的制备过程中，其烧成温度高、使得制备成本亦偏高。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种烧成温度低、且成本低的低密度 陶瓷压裂支撑剂及其制备方法。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
一种低密度陶瓷压裂支撑剂，包括以下重量份的原料制备而成：高岭土 70-85份、稻壳类植物外壳8-20份和陶瓷添加剂5-15份，所述稻壳类植物外壳 经过缺氧碳化处理。
本发明还公开一种上述的低密度陶瓷压裂支撑剂的制备方法，将所述高岭 土、稻壳类植物外壳和陶瓷添加剂按上述比例混合后，依次进行粉碎、造粒、 烧成、覆膜和固化，所述烧成的温度为1150-1250℃，时间为5-12h，所述覆膜 中加入树脂，所述树脂的重量为所述高岭土、植物壳和陶瓷添加剂总重量的 2-10％，所述固化的温度小于或等于170℃。
本发明的低密度陶瓷压裂支撑剂的有益效果在于：
(1)本发明的低密度陶瓷压裂支撑剂采用高岭土和植物外壳作为原料，降 低了原料成本；
(2)本发明的低密度陶瓷压裂支撑剂的体积密度为1.05～1.18(g/cm3)、视 密度为1.50～1.80(g/cm3)，产品体积密度、视密度与现有产品相比大幅度降低， 导流能力提高，从而降低施工成本，提高压裂面积；
(3)本发明的低密度陶瓷压裂支撑剂的抗破碎能力为：42MPa闭合压力下， 40/60目产品破碎率≤8％；16/40目产品破碎率≤12％；12/20目产品破碎率≤16％， 具有产品破碎率低的有益效果，其已用于煤层气的开发与应用中，并取得了明 显效果。
本发明的低密度陶瓷压裂支撑剂的制备方法的有益效果在于：
(1)本发明的低密度陶瓷压裂支撑剂的制备方法的烧成温度为 1150-1250℃，与现有陶瓷支撑剂产品相比，烧成温度得到有效降低，从而降低 生产成本；
(2)其制备出的低密度陶瓷压裂支撑剂的体积密度为1.05～1.18(g/cm3)、 视密度为1.50～1.80(g/cm3)，产品体积密度、视密度与现有产品相比大幅度降 低，导流能力提高，从而降低施工成本，提高压裂面积；同时，在42MPa闭合 压力下，40/60目产品破碎率≤8％；16/40目产品破碎率≤12％；12/20目产品破碎 率≤16％，具有产品破碎率低的有益效果；
(3)工艺简单易推广，可广泛用于煤层气的开发与应用中。
具体实施方式
为详细说明本发明的技术内容、所实现目的及效果，以下结合实施方式予 以说明。
本发明最关键的构思在于：通过将高岭土和植物外壳作为原料，从而获得 较低密度和破碎率的低密度陶瓷压裂支撑剂，并降低其成本。
本发明的一种低密度陶瓷压裂支撑剂，包括以下重量份的原料制备而成： 高岭土70-85份、植物外壳8-20份和陶瓷添加剂5-15份，所述植物外壳经过缺 氧碳化处理。
本发明的低密度陶瓷压裂支撑剂的有益效果在于：
(1)本发明的低密度陶瓷压裂支撑剂采用高岭土和植物外壳作为原料，降 低了原料成本；
(2)本发明的低密度陶瓷压裂支撑剂的体积密度为1.05～1.18(g/cm3)、视 密度为1.50～1.80(g/cm3)，产品体积密度、视密度与现有产品相比大幅度降低， 导流能力提高，从而降低施工成本，提高压裂面积；
(3)本发明的低密度陶瓷压裂支撑剂的抗破碎能力为：42MPa闭合压力下， 40/60目产品破碎率≤8％；16/40目产品破碎率≤12％；12/20目产品破碎率≤16％， 具有产品破碎率低的有益效果，其已用于煤层气的开发与应用中，并取得了明 显效果。
进一步的，所述原料还包括树脂，所述树脂的重量为原料总重量的2-10％。
进一步的，所述树脂为酚醛树脂和/或乙烯基树脂。
由上述描述可知，所述原料中还可以加入树脂，从性能、工艺复杂度和成 本综合考虑，所述树脂优选为酚醛树脂和乙烯基树脂。
进一步的，所述原料的细度大于或等于300目。
由上述描述可知，原料细度会影响产品的微观结构，进而影响产品的强度 等指标，本发明的原料的细度大于或等于300目，具有强度好的优点。
进一步的，由以下重量份的原料制备而成：高岭土70-85份、稻壳类植物外 壳8-20份和陶瓷添加剂5-15份，所述稻壳类植物外壳经过缺氧碳化处理。
本发明还公开一种上述的低密度陶瓷压裂支撑剂的制备方法，将所述高岭 土、稻壳类植物外壳和陶瓷添加剂按上述比例混合后，依次进行粉碎、造粒、 烧成、覆膜和固化，所述烧成的温度为1150-1250℃，时间为5-12h，所述覆膜 中加入树脂，所述树脂的重量为所述高岭土、植物壳和陶瓷添加剂总重量的 2-10％，所述固化的温度小于或等于170℃。
本发明的低密度陶瓷压裂支撑剂的制备方法的有益效果在于：
(1)本发明的低密度陶瓷压裂支撑剂的制备方法的烧成温度为 1150-1250℃，与现有陶瓷支撑剂产品相比，烧成温度得到有效降低，从而降低 生产成本；
(2)其制备出的低密度陶瓷压裂支撑剂的体积密度为1.05～1.18(g/cm3)、 视密度为1.50～1.80(g/cm3)，产品体积密度、视密度与现有产品相比大幅度降 低，导流能力提高，从而降低施工成本，提高压裂面积；同时，在42MPa闭合 压力下，40/60目产品破碎率≤8％；16/40目产品破碎率≤12％；12/20目产品破碎 率≤16％，具有产品破碎率低的有益效果；
(3)工艺简单易推广，可广泛用于煤层气的开发与应用中。
进一步的，所述高岭土、植物外壳、陶瓷添加剂和树脂的细度分别大于或 等于300目。
本发明的实施例一为：
本实施例的一种低密度陶瓷压裂支撑剂，由以下重量份的原料制备而成： 高岭土70份、稻壳类植物外壳8份和陶瓷添加剂5份，所述稻壳类植物外壳经 过缺氧碳化处理。所述缺氧碳化处理优选为将待处理物在炭化炉中经高温缺氧 燃烧而分解出可燃气体、焦油和木碳。
本实施例的低密度陶瓷压裂支撑剂的制备方法，将所述高岭土、稻壳类植 物外壳和陶瓷添加剂按上述比例混合后，依次进行粉碎、造粒、烧成、覆膜和 固化，所述烧成的温度为1150℃，时间为5h，所述覆膜中加入树脂，所述树脂 的重量为所述高岭土、稻壳类植物壳和陶瓷添加剂总重量的2％，所述固化的温 度等于170℃。优选的，可以将按上述比例混合后的原料放至球磨机中磨至细度 为300目，经干燥之半干粉后在成球机中成球，然后进行干燥、筛分后进入旋 转窑烧成，烧成后的产品在覆膜机中进行覆膜。
本发明的实施例二为：
本实施例的一种低密度陶瓷压裂支撑剂，由以下重量份的原料制备而成： 高岭土85份、稻壳类植物外壳20份和陶瓷添加剂15份，所述稻壳类植物外壳 经过缺氧碳化处理。
本实施例的低密度陶瓷压裂支撑剂的制备方法，将所述高岭土、稻壳类植 物外壳和陶瓷添加剂按上述比例混合后，依次进行粉碎、造粒、烧成、覆膜和 固化，所述烧成的温度为1250℃，时间为12h，所述覆膜中加入树脂，所述树 脂的重量为所述高岭土、稻壳类植物壳和陶瓷添加剂总重量的10％，所述固化 的温度为150℃。
本发明的实施例三为：
本实施例的一种低密度陶瓷压裂支撑剂，由以下重量份的原料制备而成： 高岭土75份、稻壳类植物外壳15份和陶瓷添加剂10份，所述稻壳类植物外壳 经过缺氧碳化处理。
本实施例的低密度陶瓷压裂支撑剂的制备方法，将所述高岭土、稻壳类植 物外壳和陶瓷添加剂按上述比例混合后，依次进行粉碎、造粒、烧成、覆膜和 固化，所述烧成的温度为1200℃，时间为8h，所述覆膜中加入覆膜用树脂，所 述树脂的重量为所述高岭土、稻壳类植物壳和陶瓷添加剂总重量的6％，所述固 化的温度为100℃。
本发明的实施例四为：
本实施例的一种低密度陶瓷压裂支撑剂，包括以下重量份的原料制备而成： 高岭土70份、稻壳类植物外壳8份和陶瓷添加剂5份，所述稻壳类植物外壳经 过缺氧碳化处理。所述原料还包括树脂，所述树脂的重量为原料总重量的2％， 所述树脂为酚醛树脂和/或乙烯基树脂，所述原料的细度等于300目。
本实施例的低密度陶瓷压裂支撑剂的制备方法，将所述高岭土、稻壳类植 物外壳和陶瓷添加剂按上述比例混合后，依次进行粉碎、造粒、烧成、覆膜和 固化，所述烧成的温度为1150℃，时间为5h，所述覆膜中加入树脂，所述树脂 的重量为所述高岭土、稻壳类植物壳和陶瓷添加剂总重量的2％，所述固化的温 度等于170℃。
本发明的实施例五为：
本实施例的一种低密度陶瓷压裂支撑剂，包括以下重量份的原料制备而成： 高岭土85份、稻壳类植物外壳20份和陶瓷添加剂15份，所述稻壳类植物外壳 经过缺氧碳化处理。所述原料还包括树脂，所述树脂的重量为原料总重量的 10％，所述树脂为酚醛树脂和/或乙烯基树脂，所述原料的细度为500目。
本实施例的低密度陶瓷压裂支撑剂的制备方法，将所述高岭土、稻壳类植 物外壳和陶瓷添加剂按上述比例混合后，依次进行粉碎、造粒、烧成、覆膜和 固化，所述烧成的温度为1250℃，时间为12h，所述覆膜中加入树脂，所述树 脂的重量为所述高岭土、稻壳类植物壳和陶瓷添加剂总重量的10％，所述固化 的温度为150℃。
本发明的实施例六为：
本实施例的一种低密度陶瓷压裂支撑剂，包括以下重量份的原料制备而成： 高岭土75份、稻壳类植物外壳10份和陶瓷添加剂7份，所述植物外壳经过缺 氧碳化处理。所述原料还包括树脂，所述树脂的重量为原料总重量的5％，所述 树脂为酚醛树脂和/或乙烯基树脂，所述原料的细度为900目。
本实施例的低密度陶瓷压裂支撑剂的制备方法，将所述高岭土、稻壳类植 物外壳和陶瓷添加剂按上述比例混合后，依次进行粉碎、造粒、烧成、覆膜和 固化，所述烧成的温度为1200℃，时间为8h，所述覆膜中加入树脂，所述树脂 的重量为所述高岭土、稻壳类植物壳和陶瓷添加剂总重量的6％，所述固化的温 度为100℃。
效果分析
1、将上述实施例一至实施例六获得的低密度陶瓷压裂支撑剂分别进行体积 密度、视密度的测定。
测定结果为，实施例一至实施例六获得的低密度陶瓷压裂支撑剂的体积密 度为1.05～1.18(g/cm3)、视密度为1.50～1.80(g/cm3)。本发明的低密度陶瓷压裂 支撑剂具有体积密度和视密度低的性质。
将上述实施例一至实施例六获得的低密度陶瓷压裂支撑剂分别在42MPa闭 合压力下，对其40/60目、16/40目和12/20目大小分别进行抗破碎能力测试。
测试结果显示，实施例一至实施例六获得的低密度陶瓷压裂支撑剂的抗破 碎能力为：在42MPa闭合压力下，40/60目大小的破碎率≤8％；16/40目大小的 破碎率≤12％；12/20目大小的破碎率≤16％。本发明的低密度陶瓷压裂支撑剂具 有破碎率低的优点。
综上所述，本发明提供的低密度陶瓷压裂支撑剂具有成本低、体积密度与 视密度低、导流能力高、抗破碎能力强的优点，本发明的低密度陶瓷压裂支撑 剂的制备方法具有烧成温度低、生产成本低、工艺简单易推广的优点，其制备 出的低密度陶瓷压裂支撑剂的体积密度和视密度低、导流能力高且抗破碎能力 强。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利 用本发明说明书内容所作的等同变换，或直接或间接运用在相关的技术领域， 均同理包括在本发明的专利保护范围内。