[发明专利]低密度陶瓷支撑剂及其生产方法

说明书

本发明涉及石油和天然气工业的领域，并且可以被用于特别是在使用 水力压裂技术时提高石油和天然气的开采量。

本发明描述了构成具有低于2.65g/cm³的低密度的支撑剂粒子的陶瓷 颗粒、它们的组成和制备方法。

在基于使用水力压裂法的石油开采技术中，通过下列方法提高井开采 量：将支撑剂颗粒注射到含油地层中形成的裂缝内，以固定裂缝壁的位置， 从而防止它们闭合。支撑剂是通过在高压下泵送含支撑剂的压裂流体而注 射到裂缝中的。已经在实验上确认的是，较低的表观密度允许支撑剂的更 均匀分布，并且增加石油和天然气开采水平。

存在的现有技术方案(WO，申请2006/034298)描述了一种由无机材料 制成的涂覆粒子形式的支撑剂颗粒，其是石英和氧化铝的约2.2∶5的比率 的混合物，并且具有小于或约等于1g/cm³的堆积密度。此外，此技术解 决方案描述了一种地下地层处理方法，根据该方法，将压裂流体注射到地 下地层中，并且所述压裂流体含有由石英和氧化铝以约2.2∶5的比率组成 的无机粒子，并且所述无机材料具有小于或约等于1g/cm³的表观密度。

而且，存在的现有技术的低密度复合粒子(美国专利6,582,819)，该复 合粒子基于粘合剂和填料并且适用于水力压裂技术。所述填料可以含有两 种以上的不同材料。所述粘合剂通常由聚合物材料构成，可能地，添加有 水泥。得到的复合粒子具有在0.5至1.30g/cm³范围内的堆积密度，并且 可以被用作石油和天然气开采工业中的支撑剂，以及用于水过滤和用于运 动场用合成草的生产。现有技术方案还描述了所述复合粒子的生产方法。

还存在的现有技术的复合粒子(美国专利6,632,527)，该复合粒子基于 粘合剂和填料并且适用于水力压裂技术。所述填料通常是可以向其中添加 纤维状材料的细小矿物质。除水力压裂技术以外，所述粒子可以用于水过 滤并且用于运动场用合成草的生产。还描述了所述复合粒子的生产方法。

根据实验检验，现有技术支撑剂显示在水力压裂技术方面缺乏效率。

要通过所开发的技术方案解决的技术问题在于密度低于2.6g/cm³的陶 瓷支撑剂的开发。

通过技术方案的执行得到的技术结果在于提高了通过使用水力压裂技 术工作的井的开采量。

为了获得所述技术结果，建议使用一种球形和/或角形粒子形式的支撑 剂，其具有低于2.6g/cm³的低表观密度，并且由也称为填料的轻质聚集体 和也称为粘合剂的粘合材料组成。

所述轻质聚集体是天然矿物，其在烧制时能够在支撑剂颗粒中形成新 的相并且改变所述轻质聚集体的比容(蛭石、珍珠岩、水云母和天然沸石)， 或其已经具有多孔结构(浮石)。

可以将所属轻质聚集体预涂覆有机或无机(包括金属)涂层(例如，硅、 糊精、硅酸盐玻璃、环氧树脂或它们的组合物)，以改进材料的模塑性质和 最终用途性质。

可以以不同的重量比使用不同类型的轻质聚集体的组合(尤其是，以下 系列中的至少一种：蛭石、烧结骨料(aggloporite)、膨胀粘土、珍珠岩、合 成和天然沸石)，并且每一种轻质填料都可以被预涂覆。最终产物中的轻质 填料含量低于80重量％(通常，10-40重量％)，并且取决于填料本身的物 理性质，以及取决于对所得到的支撑剂颗粒的要求。

粘合材料是有机、无机或金属粉末，例如铝土矿、高岭土、粘土、氧 化铝、冶金级矿渣、酚醛树脂、铝、青铜或它们的组合。

所开发的支撑剂颗粒生产方法包括预压碎和预混合原料组分，随后进 行它们的造粒、干燥和尺寸筛分。在此方法中，将至少一种陶瓷粘合剂和 填料用作原料组分，并且将至少一种天然矿物用作轻质聚集体，所述天然 矿物在烧制时能够在支撑剂颗粒中形成新的相，并且能够由于通过热处理 对填料所致的体积变化而改变它的表观密度。

根据此方法的一个实施方案，将预热处理的填料或不同填料的混合物 与其它组分一起加入到基本材料中，然后将混合物造粒并烧制(burnt)。