[发明专利]一种用于煤层气开采的低密度压裂支撑剂及其制备方法

说明书

本发明公开了一种用于煤层气开采的低密度压裂支撑剂及其制备方法。该压裂支撑剂包括以下重量百分比的原料：低品位铝矾土10‑20％、粉煤灰20‑30％、煤矸石50‑60％。制备方法包括：原料预处理；粉碎混合；造粒成球；干燥；煅烧；冷却筛分。本发明利用低品质的铝矾土、煤矸石和粉煤灰固废物来制作煤层气井用陶粒支撑剂，工艺简单，成本较低，同时又能满足实际生产要求。

技术领域

本发明涉及一种用于煤层气开采的低密度压裂支撑剂及其制备方法，属于煤层气开采技术领域。

背景技术

陶粒支撑剂是煤层气井压裂与能源开采过程中的关键材料，是用来支撑压裂裂缝，并且具有一定机械强度的固体颗粒物质。在开采过程中，将带有支撑剂的压裂液利用高压手段缓慢注入到裂缝中，撤去压力后，支撑剂留在压裂产生的裂缝中支撑裂缝，使得煤层裂缝保持张开状态，为煤层气的逸出提供了一条具有高导流能力的通道，使得煤层气由煤层深处不断向外逸出，最终实现提高煤层气开采量与采收率的目的。

煤矸石是在采煤和洗煤过程中产生的一种固体废弃物,是在成煤过程中由煤矿、泥土和砂岩形成的一种坚硬的、含碳量较低的黑色混合物岩石，其主要成分是A1₂O₃与SiO₂，以及Fe₂O₃、K₂O等。据统计山西省煤矸石排放量约15亿吨，居全国首位，煤矸石山约1540座，占地约26万公顷，年均排放量约1亿吨。固体废弃物的堆积与排放不仅占用了大量的土地，污染水资源与土地资源，而且产生的固体粉尘也对生态环境造成了严重危害，同时也导致了A1₂O₃资源的浪费。

粉煤灰是煤粉在电厂锅炉内经过高温悬浮燃烧后，经过供热锅炉的除尘器时收集的剩余物，是一种人工火山灰质，具有高度分散性。粉煤灰为球状或微珠的集合体，具有较大的比表面积和孔隙率。随着经济的发展,粉煤灰产量逐年增大，如果处理不当，将严重污染环境，给人们的生活、动植物的生长等造成严重的危害。

目前，国内外大多采用高品位铝矾土或高岭土为原料制备刚玉质陶粒支撑剂，但随着陶粒支撑剂的快速发展和大量需求，高品位铝矾土和高岭土的原料价位不断飘升，致使陶粒支撑剂的生产成本普遍高涨，间接加大了油气开采压裂施工的成本。

与石油开采相比，煤层气储藏较浅，煤层质地较软，使得煤层气开采对支撑剂破碎率的要求较低(35MPa闭合压力下破碎率低于10％)，因此煤层气井用支撑剂没有必要选用价格相对昂贵的高等级铝矾土，而是选用一些A1₂O₃含量较低的矿物原料，降低生产成本，避免材料高档低用，这样也使得A1₂O₃含量较低的煤矸石和粉煤灰固废物制备煤层气井用支撑剂成为可能。

发明内容

本发明旨在提供一种用于煤层气开采的低密度压裂支撑剂及其制备方法，能够利用低品质的铝矾土、煤矸石和粉煤灰固废物来制作煤层气井用陶粒支撑剂，工艺简单，成本较低，同时又能满足实际生产要求。

本发明提供了一种用于煤层气开采的低密度压裂支撑剂，包括以下重量百分比的原料：低品位铝矾土10-20％、粉煤灰20-30％、煤矸石50-60％。

上述的低密度压裂支撑剂，包括以下重量百分比的原料：低品位铝矾土20％，粉煤灰27％，煤矸石53％。

上述的低密度压裂支撑剂，所述低密度压裂支撑剂的体积密度为1.3-1.5g/cm³，视密度为2.3-2.5g/cm³；闭合压力为35MPa时破碎率为3％-10％。