[发明专利]一种利用粉煤灰制备页岩气专用压裂支撑剂的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种制备压裂支撑剂的方法，特别涉及一种利用粉煤灰制备页岩气专用压裂支撑剂的方法。

背景技术

压裂支撑剂作为一个新兴行业，在我国发展时间不长，其产品结构和品种还很不完善，行业的加工规模与水平都处在初期的发展阶段。大部分油气田属于中等深度，要求压裂支撑剂具有高强度、低破碎率，以承受岩层巨大的压力及地层环境中的各种腐蚀。国际上多采用烧结刚玉制品作为中、深层油气田压裂支撑剂，这种制品虽然在理化性能上可以满足要求，但原料来源困难，加工工艺复杂，且能耗大、成本高，使其应用受到限制。用陶瓷烧成法烧结而成的新型石油深井闭合压裂材料，是天然石英砂、包覆复合颗粒、玻璃球、金属球等中、低强度支撑剂的替代品，具有强度高、密度低的特点，因而成为石油化工材料的研究热点之一。当前，压裂支撑剂陶粒面临的主要问题是如何在高温条件下通过控制化学成分及显微结构来提高其综合力学性能，有效减小材料的脆性，以提高该材料的实际应用效果。

现有的支撑剂陶粒制备方法有熔融喷吹法、有机物包覆固化法、烧结法等。

中国专利89102544.8公开了“一种固体支撑剂及其制造方法”，用铝矾土为主要原料，经电弧炉熔融喷吹成球，具有抗压强度高，破碎率低，密度适中和成本低等特点。尽管熔融喷吹法制备的支撑剂在实际中有所应用，但是，用该方法制备陶粒支撑剂存在能耗高、成球不易控制、支撑剂强度低等缺陷，目前已很少被采用。

有机物包覆固化法是以有机粘结剂作为固化剂，以人工或天然的粉体为原料，粘结固化免烧而成，虽然强度低，但密度不大，具有一定的特点。中国专利200710188410公开了“低密度支撑剂的制备方法及制备工艺”，中国专利201010278084公开了“一种纤维复合防砂材料及其制备方法”，分别利用植物纤维或有机纤维材料作为原料，有机固化免烧结成型或掺入压裂液中起到防沙导油的作用。此类产品并非是真正意义上的高强度支撑剂。

烧结法是采用陶瓷原料和传统的陶瓷工艺制备致密陶粒支撑剂的技术。以铝矾土等矿物原料制备石油压裂陶粒支撑剂的研制已有许多文献和专利报道。高海利等“高强石油压裂支撑剂的研制[J]．陶瓷，2006，(10)：43-46”，以攀枝花本地二滩铝矾土、铝矾土生料及高钛型高炉渣为主要原料，研制成高强石油压裂支撑剂；中国专利201010143771.8公开了“一种无硅或低硅耐酸陶粒压裂支撑剂的制备方法”，分别采用烧结法，以铝矾土或氧化铝为主料，添加长石、氧化钛或是含有碳酸钡或重晶石的助熔剂，制备出高强低密的支撑剂，提高了材料的强度和耐酸度。烧结法依然是目前制备支撑剂的主流方法。

以烧结法制备支撑剂，采用的主料是铝矾土，这对优质的资源是个极大的浪费，因此，以低成本废料大比例替代铝矾土，制备压裂陶粒支撑剂是国内、外技术进步与发展的必然趋势。这一方面，已有报道：中国专利201010552791.0公开了“一种利用油页岩渣制备的石油支撑剂及其制备方法”以油页岩渣替代了部分铝矾土制备出符合国标的支撑剂。翟冠杰等“高掺量粉煤灰烧结陶粒的试制[J]．粉煤灰．2008，(1)：42-43”，试制了高掺量粉煤灰烧结陶粒。但其制备过程中应用常压烧结的技术手段，烧结温度偏高。

支撑剂陶粒性能的优劣，取决于产品的内部显微结构，对此研究者已有充分的认识，并进行了一些有益的探索。中国专利CN201010136972.5公开了“低密度陶粒支撑剂及其制备方法”，改变成型方式，利用多层包壳的巧妙方式，合成具有内芯和外壳的结核状增强型的支撑剂，提高了产品性能，但成型方式过于复杂，操控性不强，影响了工业化生产和推广应用的前景。

目前，低密高强耐腐蚀成为支撑剂陶粒主要的研究趋势，为实现这一目标，在支撑剂配方中引入了不同的高温助熔剂，一定程度上改善了支撑剂的力学性能，提高了材料的耐酸性和耐盐性，尽管如此，依然不能从根本上解决陶粒支撑剂力学性能较差、烧结温度偏高的缺点。

发明内容

本发明的目的在于提供一种充分利用粉煤灰中的碳热量、低碳环保，烧成温度低，烧成周期短、成型方法能耗小、生产过程简单易控且产品质量稳定的利用粉煤灰制备页岩气专用压裂支撑剂的方法。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案包括以下步骤：

1）将焦炭放入球磨机中湿磨，形成粉炭浆；