[发明专利]超轻质支撑剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及石油、天然气压裂开采领域，特别是涉及一种超轻质支撑剂及其制备方法。

背景技术

压裂增产是石油、天然气井开采增产的重要技术。支撑剂则是压裂施工的关键材料。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气井寿命。

目前常用的压裂支撑剂有石英砂、陶粒及树脂覆膜的颗粒等。其中石英砂的价格最便宜，相对密度低，便于施工泵送，但是石英砂的强度低、圆球度差、破碎率高，从而降低了裂缝的导流能力，特别不适用于闭合压力高的深井。石英砂用树脂覆膜后圆球度有所改善，抗破碎率能力大幅度提高，导流能力比石英砂好，但仍比陶粒低。以铝钒土为主料制造的陶粒支撑剂，圆球度、抗破碎能力和导流能力都比石英砂好，广泛的被深油气井所采用。但是陶粒的密度(视密度一般大于3.2g/cm³)比石英砂(视密度一般大于2.56g/cm³左右)大，对泵送条件及压裂液的性能都提出了更高的要求，加大了施工难度；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，从而影响后期出油效果。相比之下，低密度支撑剂具有较好的空隙率，携带更容易，能大大降低压裂液的粘度，减少对管道和泵的伤害，甚至可以实现清洁压裂，有效降低施工难度和采油成本；另外低密度支撑剂导流递减率比较低，能产生好的采油效果。因此低密度支撑剂的开发成为支撑剂研究的方向。

煤矸石是采煤过程中排出的含碳量较少的黑色废石，是我国排放量最大的固体废弃物，其排放与堆积不仅占用大量耕地，同时对地表、大气造成了很大污染。煤矸石的化学成分与粘土比较相似，适合制造陶粒；粉煤灰是燃煤电厂排出的主要固体废物。是我国当前排量较大的工业废渣之一，现阶段我国年排渣量已达3000万吨。随着电力工业的发展，燃煤电厂的粉煤灰排放量逐年增加。大量的粉煤灰不加处理，就会产生扬尘，污染大气；若排入水系会造成河流淤塞，而其中的有毒化学物质还会对人体和生物造成危害。因此，粉煤灰的处理和利用问题引起人们广泛的关注。由于粉煤灰的含铝硅量比较高，密度小，适合制造低密度陶粒。

发明内容

本发明目的在于解决目前陶粒支撑剂密度过大，生产中能耗高的不足，提供一种质量稳定、具有较高强度的超轻树脂覆膜陶粒支撑剂，适应闭合压力高的深层油气井压裂用支撑剂。同时提供该支撑剂的制备方法。

超轻质支撑剂的制备方法，以粉煤灰、煤矸石、粘土和铝钒土为主原料烧结成球，即得超轻质陶粒，所述粉煤灰、煤矸石、粘土和铝钒土的重量比为1～50∶0.5～20∶20～50∶10～30。

所述烧结前，在旋转成球机中，骨料混合均匀后，往骨料上喷洒粘结剂(甲基纤维素、羟乙基纤维素、羟丙基纤维素、聚乙烯醇和水玻璃中的一种或几种的混合物)进行成球，质量百分浓度为0.01～5％的粘结剂，所述球的粒径为212～1180μm。

所述粉煤灰、煤矸石、粘土和铝矾土粒度为5～75μm。

所述烧结温度为1100～1250℃。

所述制备方法还包括在超轻质陶粒的表面覆膜腰果酚改性热固性酚醛树脂，所述腰果酚改性热固性酚醛树脂与超轻陶粒的重量之比为1～10∶100。

所述腰果酚改性酚醛树脂的合成方法为：将苯酚、腰果酚和甲醛加入反应器中搅拌，用催化剂调节溶液的PH在7～11之间，升温到70℃，在70～90℃保温反应2～3小时，降温到55℃以下真空脱水，树脂中含水量控制在25％以下，所述腰果酚改性酚醛树脂：所用原材料摩尔比为：苯酚∶腰果酚∶甲醛＝0.70～0.95∶0.3～0.05∶1.0～1.8。

所述催化剂用氨水、碳酸钠或氢氧化钡，用量占苯酚和甲醛总重量的0.1～5.0％。

所述覆膜方法为：(1)加热超轻陶粒，放入混料机中搅拌冷却到180～250℃之间；2)往混料机中加入腰果酚改性酚醛树脂搅拌，当物料结团前，加入润滑剂继续搅拌直至物料完全分散，继续后固化；3)将物料冷却、破碎、过筛。

所述润滑剂是硬脂酸盐、石蜡或硅油，且所述润滑剂与腰果酚改性酚醛树脂重量之比为0.05∶100～8∶100。

上述方法即可得到的超轻质支撑剂。