[发明专利]低密度石油压裂支撑剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及材料科学领域，用于石油和天然气井浅井压裂，页岩油和页岩气开采的新型水力压裂工艺用的石油压裂支撑剂，特别是涉及一种低密度石油压裂支撑剂及其制备方法。

背景技术

石油压裂支撑剂是使地层深处岩石裂隙保持裂开状态的支撑物，其作用在于支撑裂缝的两壁，以使停止泵注后，在井底压力下降到小于闭合压力时通向油气井眼的裂缝依然保持张开。油气井中注入压裂支撑剂不仅能提高油气层的渗透能力，增加油气产量，而且能延长油气井使用年限。

我国的石油压裂支撑剂生产企业生产的石油压裂支撑剂根据中国石油天然气行业标准SY/T5108-2007《压裂支撑剂性能指标及测试荐方法》按体积密度和视密度分为低密度石油压裂支撑剂、中密度石油压裂支撑剂和高密度石油压裂支撑剂三个系列，其中低密度石油压裂支撑剂的体积密度大于1.60g/cm³，视密度2.90-3.00g/cm³。

页岩油和页岩气是指主体位于暗色泥页岩或高碳泥页岩中，以吸附或游离状态为主要存在方式的天然气或油的聚集。页岩油气的开采技术，主要有水平井多段压裂技术、清水压裂技术、重复压裂技术和同步压裂技术，这些新的压裂技术对于石油压裂支撑剂提出了新的要求。中国石油天然气行业标准中规定的低密度石油压裂支撑剂已经无法满足页岩油气的开采。在页岩油气井压裂作业中，最理想的石油压裂支撑剂需要满足：（1）圆度球度高，能大大提高油气的导流能力，提高油气产量；（2）抗压强度高，能保证支撑相应的地层，保证压裂通道的畅通；（3）视密度小，压裂液的携带能力好，便于水平压裂，同时大大降低设备的能耗和损耗；（4）化学稳定性好，能抵抗地层下油、酸、盐、水的腐蚀。

申请号为200910102878.5的中国专利文献公开了一种低密度陶粒支撑剂的制造方法，其技术方案是以含高岭土62%-76%和Al₂O₃含量为80%-85%铝矾土17%-30%为主要原料，以二氧化锰1%-6%和氧化镁0.5%-2%为辅助原料进行配置，磨细至400目，加水成球，在回转窑中经1310℃-1330℃烧结后，冷却和筛分而成。该方案首先成球困难，产品圆度和球度差，严重影响导流能力。其次由于主要原料采用高岭土和Al₂O₃含量为80%-85%铝矾土，因此产品成本高。申请号为200910172662.6的中国专利文献公开了一种低密度陶粒支撑剂及其制备方法，其技术方案是以瓷石45%-60%和铝土矿30%-45%为主要原料，加入粘土3%-10%，滑石粉1%-4%和沉淀碳酸钡2%-8%，经过粉磨到325目，在成球锅中用1%-3%的羧甲基纤维素水溶液喷雾造粒，在回转窑中经1280℃-1350℃烧结后，冷却和筛分而成。该发明产品的体积密度为1.62g/cm³，视密度2.86g/cm³，无法达到页岩油气开采的需要。申请号为201010136972.5的中国专利文献公开了低密度陶粒支撑剂及其制备方法，其技术方案是以铝矾土和煤矸石为内芯，以铝矾土和四氧化三锰为外壳，成球烧结得到。该发明仅仅是在实验室中采用马弗炉进行的烧结，无法进行工业化生产，产品的抗破碎能力差。申请号为201010160351.0的中国专利文献公开了低密度高强陶粒支撑剂及其制备方法，其技术方案是以轻烧铝矾土、硬质粘土、锂辉石颗粒与工业淀粉按40-60∶30-55∶4-12∶1-3的重量比混合，再以混合料∶研磨介质∶水=1∶1.5-2.5∶0.6-1的重量比混合介质、水，于球磨机中湿磨20-30小时，研磨泥浆经喷雾干燥所得粉体转入圆盘制粒机中造粒，筛分后的颗粒送入回转窑中烧制，烧成温度1350-1450℃，保温1.5-2.5小时。该方案采用的原材料价格极高，烧结温度很高致使生产成本过高且产品质量无法保证。由于采用球磨机中湿磨20-30小时，研磨泥浆经喷雾干燥制成成球所需的粉料，整个制粉过程能耗极高，且制成的粉体也无法满足成球的需要。申请号为201110423348.8的中国专利文献公开了低密度陶粒支撑剂及其制备方法，其技术方案是以铝土矿、粘土、钾长石、石英、石灰石和白云石为原料，在1320℃-1380℃温度烧制0.5-1.5h制成。该发明产品的体积密度为1.56-1.59g/cm³，视密度2.78-2.84g/cm³，闭合压力52Mpa时破碎率为4.8-5.5%，无法达到页岩油气开采的需要。

发明内容