[发明专利]低密度高强度陶粒支撑剂及其生产方法

说明书

一、技术领域：

本发明涉及一种油、气井压裂工艺用的固体支撑剂，特别是涉及一种低密度高强度陶粒支撑剂及其生产方法。

二、背景技术：

为开发深层油、气井，提高其产量，压裂工艺被广泛采用。为确保地下深层压裂缝的有效撑开，合适的支撑剂是必要的。支撑剂可增加地层的导流能力，提高油或气的产量，是压裂工艺应用好坏的一个重要因素。由于烧结陶粒强度高、圆球度好，是人们优先选择的压裂支撑剂，一直受到高度重视。我国石油行业一般把承压能力69MPa、86MPa的支撑剂称为高强度陶粒支撑剂，其中以铝矾土为主要原料，配合其他无机物料制造的陶粒支撑剂，为众多厂家采用。

中国专利200610017614.6公开一种超强度陶粒支撑剂及其制备方法，原料质量组成为铝钒土10-30％、铝土矿50-70％、高铁铝土矿8-15％、粘土7-20％、锰矿2-5％、钾长石0.5-2.5％和糊精0.1-1.2％。将上述组分磨成细粉、过筛，混合搅拌均匀，在制粒机中经水气雾化滚动成球，然后再加入糊精，过筛，在遂道窑中经高温烧结而成。该方法生产的陶粒支撑剂强度较低，产品质量不稳定，不能满足现有油、气井压裂用固体支撑剂的性能要求。因此，通过技术创新提高产品的性能质量已刻不容缓。

三、发明内容：

本发明要解决的技术问题：在于提供一种低密度高强度的陶粒支撑剂，还提供了该支撑剂的生产方法。

本发明的技术方案：

一种陶粒支撑剂，由下述重量百分比含量的原料组成，铝矾土生料80～90％、玄武岩3～10％、粘土粉4～10％、锰矿石粉2～8％。

一种陶粒支撑剂的生产方法，先称取各原料，分别磨成细粉，过320目筛，混合搅拌均匀，加入旋转制粒机中制粒，同时加雾化水气，至混合料形成圆粒半成品；将半成品在回转窑中烧制，窑头温度1280～1310℃，窑尾温度290～320℃，6～8h后出窑，得到成品。

所述半成品圆粒粒度为18目～30目；成品出窑后降温至30℃以下，过20目～40目筛筛分。

本发明原材料的性能要求(各成分含量以重量百分比表示，％)：

本发明的积极有益效果：

(1)本发明精选原料，配方合理，各成分配伍性好。利用粘土粉的可塑性、结合性，制粒致密，并增加颗粒的表面光洁度，保证在常温下颗粒有一定强度。

利用主要成分铝矾土生料制得颗粒在1200-1310℃下烧制时，其中的Al₂O₃和SiO₂发生反应，形成大量莫来石相与少量刚玉相，从而起到骨架支撑作用，使陶粒具有较高的耐压强度；成分中锰矿石粉主要是起催化和着色作用，MnO₂在高温980-1200℃时，形成大量的玻璃固溶体，使Al₂O₃形成一次莫来石相。

玄武岩在高温1230-1300℃烧制时形成固溶体，成分中的MgO、Fe₂O₃、TiO₂促使主料中的Al₂O₃形成较多的二次莫来石相或刚玉相，并填充主料骨架间的空隙，从而使陶粒达到更高强度；并且玄武岩原料易得，可降低生产成本，具有很强的实用性。以往的陶粒砂一般采用低熔物做矿化剂，在高温下形成各种晶相的混合体，导致陶粒砂的强度较低。

(2)利用本发明方法生产的产品在压力69MPa、86MPa下的破碎率分别低于6.8％、9.8％，体积密度在1.45-1.55g/cm³，密度明显低于同类产品，其强度高于其它同类产品，表面光洁度较高，有效提高了产品质量，降低了石油压裂成本。本发明产品的性能见表1。

(3)本发明所需原料较少，并且原料易得，生产工艺简化，投资少，成本低，易于推广实施。

四、具体实施方式：

实施例1：低密度高强度陶粒支撑剂及其生产方法

原料组成见表1，以重量百分比计，铝矾土生料为89％、玄武岩为4％、粘土粉为5％、锰矿石粉为2％。原料性能要求见技术方案部分。