[发明专利]一种以油基泥浆废弃物为原料制备低密度支撑剂的方法

说明书

本发明公开了一种以油基泥浆废弃物为原料制备低密度支撑剂的方法，步骤如下：S1、测定油基泥浆废弃物中油类、氧化硅、氧化铝以及水的含量；S2、向油基泥浆废弃物中加入粘度调节剂、骨架材料和成孔剂，得到混合浆料；S3、将混合浆料进行球磨形成粉体，对粉体进行造粒及烘干，形成支撑剂球粒料坯；S4、将球粒料坯先进行脱氢反应预烧，然后进行碳化物反应预烧；S5、在天然气保护气氛下进行终烧，获得以碳化硅为骨架材料的低密度支撑剂。本发明采用钻井过程中产生的油基泥浆废弃物为原材料制备得到低密度支撑剂，实现了油基泥浆废弃物的资源化利用。

技术领域

本发明涉及油气田开发技术领域，特别是一种以油基泥浆废弃物为原料制备低密度支撑剂的方法。

背景技术

随着国家页岩气能源战略的出台，页岩气的勘探量和开采量逐年递增。水力压裂作为页岩气开采的一种必要手段被广泛使用。在水力压裂的过程中，为了防止压后的裂缝在地应力的作用下闭合，多使用到一种陶粒支撑剂。这种陶粒支撑剂的抗压性能良好，能够有效地支撑地下压裂裂缝。但是，其密度通常也较高。现有的研究已经表明，在压裂的过程中，支撑剂的密度高，会导致支撑剂的沉降速度快，影响支撑剂的运移能力，进而影响支撑剂的有效铺置。而实现支撑剂的有效铺置，是形成具有高导流能力的人工裂缝、提高压裂改造效果的关键。因此，有必要发展具有低密度功能的支撑剂。

另一方面，页岩气钻井过程中排出大量的液、固体废弃物，有害组分主要有重金属离子、石油烃类、有机物等，对生态环境影响严重，特别是油基泥浆废物，已经达到危险废物的标准，实施其无害化处理和资源化利用是当务之急的环保重要课题。

发明内容

本发明的目的提供一种以油基泥浆废弃物为原料制备低密度支撑剂的方法。

本发明提供的以油基泥浆废弃物为原料制备低密度支撑剂的方法，主要技术路线是：采用钻井过程中产生的油基泥浆废弃物(也称油基泥浆岩屑)为原材料，在充分分析油基泥浆成分及含量的基础上，添加粘度调节剂和必要的支撑剂烧结体骨架材料和成孔剂，经过球磨混合成粉体；对粉体进行常温加压喷雾造粒及烘干制成支撑剂球粒料坯；在真空反应炉中对支撑剂球粒料坯进行脱氢反应和碳化物反应预烧，最后经过保护气氛下终烧获得以碳化硅为骨架材料的低密度支撑剂。

上述方法的具体步骤如下：

S1、测定剩余油基泥浆废弃物中油类、氧化硅、氧化铝以及水的含量；所述油类包括白油、重油以及其他矿物油。

S2、根据步骤S1测得的油基泥浆废弃物中各组分含量，向油基泥浆废弃物中补充加入粘度调节剂、骨架材料和成孔剂，得到混合浆料。

其中，所述粘度调节剂为水和BEM-JN丙烯酸系列降粘剂，用于调节混合浆料粘度。骨架材料优选石英砂粉料，用于提高支撑剂的强度。成孔剂优选硼砂粉体，其作用是在支撑剂内部形成孔隙，降低支撑剂的密度。使得最后得到的混合浆料的各组分质量百分含量如下：油类15～20％、SiO₂60～70％、BEM-JN降粘剂0.2～1％、硼砂粉体1～4％、余量为Al、Fe、Ca、Mg元素的化合物和水。粘度调节剂调节混合浆料的运动粘度调节到100-120mm²/s范围。其中，油类的含量来自泥浆废弃物原有的和后期添加。SiO₂来自泥浆废弃物和添加的石英砂。

S3、采用湿法球磨工艺将混合浆料磨成粉体，粉体粒径85％以上在5～20μm范围，然后通过加压常温喷雾造粒方法对粉体进行造粒，烘干，形成支撑剂球粒料坯。

S4、在真空反应炉中，将球粒料坯先进行脱氢反应预烧，预烧温度为450～600℃，反应时间为2～4h；然后进行碳化物反应预烧，预烧温度为950～1150℃，预烧时间为3h～5h。脱氢处理是指把烃类中的C脱出来，与SiO₂发生反应生成SiC(碳化)，这就是脱氢和碳化物预烧。