低密度高强陶粒支撑剂及其制备方法 【技术领域】
本发明涉及一种压裂支撑剂， 具体涉及一种低密度高强陶粒支撑剂及其制备方法。 背景技术
压裂工艺技术在石油、 天然气的开发中发挥重要的作用， 而压裂的成败及有效期 的长短取决于压裂支撑剂的技术性能。支撑剂由压裂液带入并支撑在压裂地层的裂隙中， 从而有效地将油气导入油气井， 大幅度提高油气产量和延长油井寿命。支撑剂 (proppant) 则是压裂施工的关键材料， 其为具有一定粒度和级配的天然砂或人造高强陶瓷颗粒。陶粒 支撑剂 (ceramicproppant) 以铝矾土为原料， 通过粉末制粒， 烧结而成， 具有耐高温、 耐高 压、 耐腐蚀、 高强度、 高导流能力、 低密度、 低破碎率等特点， 使用最为广泛。
目前的人造陶粒虽具高强度的特性， 但颗粒相对密度较高， 对压裂液的性能及泵 送条件都提出了更高要求， 所以研制开发低密度中强度或高强度烧结陶粒将是重要的发展 方向。随着深井压裂技术的发展， 对支撑剂的抗破碎能力提出了更高的要求。美国在支撑 剂的开发生产中一直处于领先地位， 其开发的 Carbo-prop 系列的支撑剂 ( 视密度为 3.22g/ 3 cm ) 性能优异， 0.4 ～ 0.8mm 粒径范围的支撑剂在 69MPa 闭合压力下的破碎率仅为 4.7％。 视密度的大小影响着支撑剂在压裂液中的沉降速度， 从而影响支撑剂在井下裂缝中形成的 有效支撑裂缝长度。 目前， 国内大量的研究也集中在提高支撑剂的强度， 虽然取得一定的成 3 效， 但却忽视了视密度的大小 ( 一般大于 3.3g/cm )， 使支撑剂在应用中容易产生较短的支 撑带， 堆积在裂缝的端口处， 对导流极其不利。低视密度支撑剂将有利于形成长的支撑带， 提高产层导流能力。
高质量的陶粒支撑剂对提高油井的经济效益有重要的作用。 充分利用我国富有的 高铝矾土资源， 研究改进陶粒支撑剂制造的工艺技术， 是一件有意义的工作。 对国内外陶粒 支撑剂的性能、 成份和微观组织的对比研究表明， 支撑剂的性能取决于它的化学组成和微 观结构。因此， 优选原料和改进粉体加工工艺可以有效地提高支撑剂的质量。 发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种低密度高强陶粒支撑剂， 并给出了一种利用 湿磨法制备该低密度高强陶粒支撑剂的方法。
为解决上述技术问题， 本发明采用的技术方案是 ：
一种低密度高强陶粒支撑剂， 以重量百分比计， 其制备原料包括 ： 铝矾土 40 ～ 60％、 硬质粘土 30 ～ 55％、 锂辉石 4 ～ 12％、 工业淀粉 1 ～ 3％。
所述低密度高强陶粒支撑剂的制备原料包括 ： 铝矾土 40 ～ 50％、 硬质粘土 45 ～ 55％、 锂辉石 4 ～ 8％、 工业淀粉 1 ～ 2％。
所述低密度高强陶粒支撑剂的制备原料包括 ： 铝矾土 50 ～ 60％、 硬质粘土 30 ～ 45％、 锂辉石 4 ～ 10％、 工业淀粉 1 ～ 3％。所述低密度高强陶粒支撑剂的制备原料包括 ： 铝矾土 45 ～ 55％、 硬质粘土 40 ～ 50％、 锂辉石 4 ～ 10％、 工业淀粉 1 ～ 2％。
所述铝矾土为三级或三级以上的铝矾土。
所述硬质粘土三级或三级以上的硬质粘土。
所述锂辉石中氧化锂含量≥ 8％。
锂辉石化合物属于低熔点成分， 为易熔性化合物。锂辉石有助于在较低温度下形 成莫来石以增加陶粒强度， 这些作用使锂辉石质陶粒具有极低的热震性和高温化学稳定 性。
上述低密度高强陶粒支撑剂的制备方法， 包括如下步骤 ：
(1) 将铝矾土、 硬质粘土、 锂辉石进行轻烧处理 ；
(2) 将轻烧后的铝矾土、 硬质粘土、 锂辉石分别鄂破、 对辊加工成 1 ～ 3mm 的块料 ；
(3) 按权利要求 1 所述的原料配比取铝矾土、 硬质粘土、 锂辉石和工业淀粉混配成 混合料 ；
(4) 取上步所得混合料， 以混合料∶研磨介质∶水＝ 1 ∶ 1.5 ～ 2.5 ∶ 0.6 ～ 1 的 重量比与研磨介、 质水混合后， 置球磨机中湿磨 20 ～ 30 小时， 使混合料粒度达至 5 ～ 20um ； (5) 将上步磨所得泥浆料搅拌均匀后， 将该泥浆泵入喷雾干燥塔进行干燥， 干燥过 的粉体用打散后， 转入圆盘制粒机中造粒， 经筛分得到半成品粒 ；
(6) 将半成品粒送入回转窑中， 烧成温度 1350 ～ 1450℃， 保温 1.5 ～ 2.5 小时。
所述研磨介质为钢球、 碳化硅球、 氧化锆球、 氧化铝球中的至少一种。
本发明具有积极有益的效果 ：
1. 本发明陶粒产品表面光滑、 致密， 具有耐压强度高、 视密度低、 化学稳定性和耐 酸性好的优异性能， 有关性能指标详见表 1， 产品的成分组成见表 2。
2. 本发明陶粒产品原料来源广泛， 资源丰富， 原料成本低廉。
3. 原料配方中添加锂辉石， 可起到减小密度、 呈现较强的熔剂效应， 具有显著降 低熔化温度和缩短烧成周期等优点 ； 还可降低熔体粘度， 增强高温流动性和玻化程度， 增强 陶粒强度和陶粒表面光滑平整度， 降低热膨胀系数， 提高热稳定性， 提高化学稳定性和耐酸 性。
4. 本发明改进了制粉工艺， 采用湿法球磨工艺， 改善原料的形状和粒度分布， 可将 原料加工很细， 降低粉体的粒径， 改善粉体粒径的均匀性， 可有效地提高陶粒的质量 ( 球磨 的过程同时是一个均化原料的过程， 保证了产品的质量稳定 ) ； 湿法工艺可减少粉尘污染， 利于工人身心健康， 利于环保。
5. 本发明制备工艺耗能小， 产能大， 粉磨效率高， 且不引入杂质。
表 1 本发明陶粒产品的主要性能指标 ：
表 2 本发明陶粒产品的主要化学成分及含量
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步描述， 但不局限于下列实施例。
实施例 1 一种低密度高强陶粒支撑剂， 制备原料构成为 ： 三级铝矾土 50％、 硬质粘 土 40％、 锂辉石 8％、 工业淀粉 2％。
上述低密度高强陶粒支撑剂的制备方法， 包括如下步骤 ：
(1) 将铝矾土、 硬质粘土在 600℃下进行轻烧处理 ；
(2) 将轻烧后的铝矾土、 硬质粘土及锂辉石分别经鄂破、 对辊加工成 1 ～ 3mm 的块 料；
(3) 按权利要求 1 所述的原料配比取铝矾土、 硬质粘土、 锂辉石和工业淀粉混配成 混合料 ；
(4) 取上步所得混合料， 以混合料∶研磨介质∶水＝ 1 ∶ 2 ∶ 0.8 的重量比与研磨 介、 质水混合后， 置球磨机中湿磨 24 小时， 使混合料粒度达至 5 ～ 20um ；
(5) 将上步磨所得泥浆料搅拌均匀后， 将该泥浆泵入喷雾干燥塔进行干燥， 干燥过 的粉体用打散后， 转入圆盘制粒机中造粒， 经筛分得到半成品粒 ；(6) 将半成品粒送入回转窑中， 烧成温度 1400℃， 保温 2 小时， 冷却后即成。
实施例 2 一种低密度高强陶粒支撑剂， 制备原料构成为 ： 三级铝矾土 40％、 三级硬 质粘土 55％、 锂辉石 4％、 工业淀粉 1％。
其制备方法与实施例 1 基本相同， 不同之处在于 ： 步骤 (4) 中以混合料∶研磨介 质∶水＝ 1 ∶ 2.2 ∶ 0.7 的重量比与研磨介、 质水混合后， 置球磨机中湿磨 20 小时， 使混合 料粒度达至 10 ～ 20um。
实施例 3 一种低密度高强陶粒支撑剂， 制备原料构成为 ： 三级铝矾土 60％、 三级硬 质粘土 30％、 锂辉石 7％、 工业淀粉 3％。
其制备方法与实施例 1 基本相同， 不同之处在于 ： 步骤 (4) 中以混合料∶研磨介 质∶水＝ 1 ∶ 2 ∶ 1 的重量比与研磨介、 质水混合后， 置球磨机中湿磨 28 小时， 使混合料粒 度达至 10 ～ 15um。
实施例 4 一种低密度高强陶粒支撑剂， 制备原料构成为 ： 三级铝矾土 55％、 三级硬 质粘土 42％、 锂辉石 6％、 工业淀粉 2％。
其制备方法与实施例 1 基本相同， 不同之处在于 ： 步骤 (4) 中以混合料∶研磨介 质∶水＝ 1 ∶ 1.8 ∶ 0.6 的重量比与研磨介、 质水混合后， 置球磨机中湿磨 28 小时， 使混合 料粒度达至 5 ～ 15um。 实施例 5 一种低密度高强陶粒支撑剂， 制备原料构成为 ： 三级铝矾土 45％、 三级硬 质粘土 45％、 锂辉石 9％、 工业淀粉 1％。
其制备方法与实施例 1 基本相同。
实施例 6 一种低密度高强陶粒支撑剂， 制备原料构成为 ： 二级铝矾土 40％、 硬质粘 土 50％、 锂辉石 8％、 工业淀粉 2％。
其制备方法与实施例 1 基本相同。
实施例 7 一种低密度高强陶粒支撑剂， 制备原料构成为 ：
二级铝矾土 48％、 硬质粘土 54％、 锂辉石 6％、 工业淀粉 2％。
其制备方法与实施例 1 基本相同。
实施例 8 一种低密度高强陶粒支撑剂， 制备原料构成为 ：
铝矾土 50 ～ 60％、 硬质粘土 30 ～ 45％、 锂辉石 4 ～ 10％、 工业淀粉 1 ～ 3％。
其制备方法与实施例 1 基本相同。
实施例 9 一种低密度高强陶粒支撑剂， 制备原料构成为 ：
铝矾土 50 ～ 60％、 硬质粘土 30 ～ 45％、 锂辉石 4 ～ 10％、 工业淀粉 1 ～ 3％。
其制备方法与实施例 1 基本相同。
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