[发明专利]一种利用炉渣制备页岩气开采用压裂支撑剂的方法

说明书

技术领域

本发明涉及页岩气专用压裂开采技术领域，具体涉及一种利用炉渣制备页岩气开采用压裂支撑剂的方法。

背景技术

页岩气储集层渗透率低，气流的阻力比常规天然气大，开采难度较大，页岩气的最终采收率依赖于有效的压裂措施，其中压裂支撑剂的作用十分重要。目前广泛使用的支撑剂主要天然石英砂、人造陶粒及涂敷预固化涂层和可固化涂层树脂的天然砂或人造支撑剂三种类型。其中人造陶粒支撑剂主要采用铝矾土为原料。随优质铝矾土资源的枯竭，人们开始用低品位的铝矾土和其它含铝原料。

申请号为201210453012.0中国专利公开了一种超低密度陶粒支撑剂及其制备方法，该低密度陶粒支撑剂以铝土矿为主要原料，配入粘土、石英、白云石，以锰矿并添加少量的二氧化钛、碳酸钙、氧化铁中的一种或者组合为助烧剂，经过球磨、造粒、烧成、筛分得到成品。申请号为201210116790.0中国专利公开了一种利用低品位铝矾土制备陶粒支撑剂的生产工艺，主料为低品位铝矾土，添加高岭土，以钛精矿为助烧剂。

利用其它固体废弃物制备支撑剂可减少对铝矾土的依赖。如中国专利201010301161公开了一种陶粒及其制作方法，它的原料及其组分为：高铝粉煤灰或渣40%-99.5%、粘结剂0.5-60%，特别是还添加辅助材料1-23%的原料组分。专利201010550527公开了一种陶粒的制备方法，它是将粉煤灰、高岭土、三氧化二铁和碱式碳酸镁湿磨后烘干破碎得粉料；将粉料制成球形颗粒后素烧得素烧陶粒；取Li-Al-Si系统微晶玻璃粉；将所制备的微晶玻璃粉倒入造粒机中搅拌，待素烧陶粒表面已被微晶玻璃粉完全包裹后，得包裹微晶玻璃粉的素烧陶粒；将包裹微晶玻璃粉的素烧陶粒放入造粒机中，加入粉料，待包裹有微晶玻璃粉的素烧陶粒再被粉料完全包裹后得待烧陶粒；在马弗炉中烧结后破碎即得陶粒。中国专利200910015979公开了一种高强度石油压裂支撑剂及其制备方法，它采用陶瓷辊棒废料、赤泥、粉煤灰为主要原料，添加白云石、陶瓷粘土为辅料，氧化锰或碳酸钡为助烧剂。但是利用炉渣制备陶粒的报道较少。如：申请号为201110237966.3的中国专利公开了一种气化炉渣陶粒的材料配方及其陶粒生产方法，其中气化炉渣为主要原料，还添加有CaO、CaSO₄或玻璃粉为助溶剂。所得陶粒粒径大（10mm），强度低，用于滤池填料和建筑保温，但是无法用作页岩气开采压裂支撑剂。这是因为页岩气开采需要的压裂支撑剂的粒径小（其颗粒要求粒度为1-500微米），因此上述的陶粒无法用作页岩气专用压裂支撑剂。此外,如何在支撑剂小颗粒中形成较均匀分布的气孔也是一道难题。

助烧剂也是人造陶粒支撑剂生产必不可少的。中国专利200510021256提供了一种高钛型石油压裂支撑剂，其化学成分按重量百分比组成包括：5～45%的高钛型高炉渣、10～30%的高铝砖、17～77%铝矾土和4～8%的复合烧结剂。申请号为201210143576的中国专利公开了一种利用鹅卵石为主要添加剂的超低密度陶粒支撑剂及其制备方法。选用钾长石、方解石和镁砂为助烧剂，比目前常用的锰矿粉的成本要低。申请号为201110236846的中国专利提供了一种轻质耐酸陶粒压裂支撑剂的制备方法，它所用助烧剂为钡、钙、镁和硼的化合物中的一种或多种；申请号为201010143771的中国专利公开了一种无硅或低硅耐酸陶粒压裂支撑剂的制备方法，它所使用的助烧剂为二氧化钛、硼酸、碳酸钙、氧化镁和白云石中的一种或多种；申请号为200710168057的中国专利公开了一种耐酸压裂支撑剂的制备方法，它所用助烧剂助烧为Fe₂O₃、TiO₂、硼砂和磁铁矿中的一种或数种。以上助烧剂成本较高。

发明内容

本发明克服了上述现有技术的不足，提供了一种制备页岩气开采用压裂支撑剂的方法，该方法是以煤燃烧后的炉渣为主要原料，可完全利用炉渣含碳量高的特性，在支撑剂高温生产过程中，炉渣残留碳继续燃烧，产生的大量气体，利用特别配制的助烧剂，让气体在颗粒尺寸很小的支撑剂中局部微小区域成为封闭气孔，从而有利于降低支撑剂密度。

本发明的技术方案是：一种利用炉渣制备页岩气开采用压裂支撑剂的方法，其特征是，以炉渣为主料，以高温氧化铝收尘粉（即高温氧化铝粉体生产时收集的废尘粉体）、氧化铝粉体废料（含钠0.5～1.5wt%）及锂辉石尾矿组成复合烧结助剂，各原料的重量份如下：炉渣88.5～93.8份，高温氧化铝收尘粉5～8份，氧化铝粉体废料1～2份，锂辉石尾矿0.2～1.5份。