一种陶粒支撑剂及其制备方法

  (19)国家知识产权局(12)发明专利(10)授权公告号(45)授权公告日(21)申请号2.3(22)申请日2021.04.02(65)同一申请的已公布的文献号申请公布号CN113046052(43)申请公布日2021.06.29(73)专利权人郑州市润宝耐火材料有限公司地址450000河南省郑州市新密市曲梁乡专利权人西安建筑科技大学(72)发明人贾勤长肖国庆丁冬海方宇飞(74)专利代理机构郑州芝麻知识产权代理事务所(普通合伙)41173专利代理师(51)Int.Cl.C09K8/80(2006.01)(56)对比文件CN102753648A,2012.10.24CN102061159A,2011.05.18US2015114640A1,2015.04.30US2019345377A1,2019.11.14CN103288428A,2013.09.11CN1492803A,2004.04.28CN102718518A,2012.10.10张朝举等.预防支撑剂回流的纤维增强技术实验研究.《钻采工艺》.2005,(第04期)“低品位铝土矿制备石油压裂支撑剂的研究”.《矿冶》.2016,第25卷(第5期),第55-62页.审查员(54)发明名称一种陶粒支撑剂及其制备方法(57)摘要本发明公开了一种陶粒支撑剂，该陶粒支撑剂中包含四种低品位铝矾土、氧化钨微米管和碳纤维。本发明无需添加任何添加剂，即能得到具有低密度和高强度的陶粒支撑剂。氧化钨微米管和高强度碳纤维在陶粒支撑剂内部发挥协同作用，提高了陶粒支撑剂的力学性能。高温煅烧使得氧化钨与碳纤维原位反应得到氧化钨、碳化钨、碳纤维混合物而不破坏氧化钨、碳纤维自身形貌，高强度碳化钨有助于增加陶粒支撑剂的强度，降低破碎率。本发明公开了陶粒支撑剂的制备方法，制备方法简单，有助于降备成本。本发明陶粒支撑剂的高强度、低成本和良好的化学稳定性能够更好的起到支撑裂缝、增大导流率的作用，以此来实现增产的目的。权利要求书1页说明书8页CN1130460521.一种陶粒支撑剂，其特征是，按质量百分比计，由以下原料组成：低品位铝矾土A79～84％、低品位铝矾土B5～10％、低品位铝矾土C4～6％、低品位铝矾土D2～4％、氧化钨微米管1～2％、碳纤维2～3％；按质量百分比计，所述低品位铝矾土A由以下组分组成：Al39～44％，余量为杂质；所述低品位铝矾土B由以下组分组成：Fe3～7％、SiO29～33％，余量为杂质；所述低品位铝矾土C由以下组分组成：K34～39％，余量为杂质；所述低品位铝矾土D由以下组分组成：SiO1～5％，余量为杂质；所述氧化钨微米管的直径为1～6μm，长度为5～10μm；所述碳纤维的单丝直径为5～8μ2.如权利要求1所述的陶粒支撑剂的制备方法，其特征是，包括以下步骤：1)将低品位铝矾土A、低品位铝矾土B、低品位铝矾土C、低品位铝矾土D混合破碎，再加入氧化钨微米管和碳纤维得到混合粉料；2)将步骤1)所得粉料进行造粒得到球状生坯；3)将步骤2)得到的生坯干燥后，在惰性气体保护下煅烧，得到陶粒支撑剂。3.如权利要求2所述的陶粒支撑剂的制备方法，其特征是，所述步骤3)的煅烧温度为1300～1400。4.如权利要求2所述的陶粒支撑剂的制备方法，其特征是，所述步骤2)球状生坯的粒径为0.212～0.425mm，含水量为10％～12％。5.如权利要求2所述的陶粒支撑剂的制备方法，其特征是，所述步骤1)四种低品位铝矾土经粉碎后得到的粒径小于3μm。CN113046052一种陶粒支撑剂及其制备方法技术领域[0001]本发明属于支撑剂技术领域，涉及一种陶粒支撑剂及其制备方法。背景技术[0002]压裂采油是石油、天然气低渗透油气井开采的重要新技术，在石油天然气深井开采时，高闭合压力低渗透性矿床压裂处理后，使含油气岩层裂开，油气从裂缝形成的通道中汇集而出，此时需要流体注入岩石基层，以超过底层破裂强度的压力，使井筒周围岩层曾产生裂缝，形成一个具有高层流能力的通道，为保持压裂后形成的裂缝开启，油气产物能顺畅通过。用石油支撑剂随同高压溶液进入底层充填在岩层裂缝中，起到支撑裂缝不因应力释放而闭合的作用，从而保持高导流能力，使油气通畅、增加产量。[0003]目前使用的支撑剂按材质可分为三种：石英砂、覆膜支撑剂和陶粒支撑剂。石英砂取自自然界，具有成本低、易获取等优点。但是由于石英砂的耐压强度相比来说较低，仅适用于浅层储层。覆膜支撑剂是通过在石英砂表面包覆一层高强度高分子材料，来提升支撑剂的耐压强度。根据分子的相似相近原理，覆膜支撑剂具有亲油疏水的特点，因此适用于特殊底层的开采，但是存在制备成本高的缺点。相比石英砂和覆膜支撑剂，陶粒支撑剂具有较高的强度、低成本和良好的化学稳定性，更容易起到支撑裂缝、增大导流率的作用，以此来实现增产的目标。[0004]传统的陶粒支撑剂的主要的组成原材料为高品位铝矾土(Al＞70wt％)，随着高品位铝矾土资源日渐匮乏，陶粒支撑剂的制备成本随之升高。且以高品位铝矾土为主要的组成原材料制备的支撑剂通常具有较高的体积密度和视密度，导致支撑剂在压裂作业过程中发生聚沉，不利于发挥导流作用。我国中低品位铝矾土占铝土矿总量70％以上，且低品位铝矾土中Al量可达40～60％，通过成分和配方对其来优化，一样能使低品位铝矾土成为制备低密度和超低密度陶粒支撑剂的理想原料。然而低品位铝矾土存在成分复杂、组织架构不稳定等问题，且烧结过程中二次莫来石化引起的体积膨胀轻易造成得到的陶粒支撑剂疏松多孔，从而强度降低易破碎。因此，寻找一种合适的方式方法优化改良低品位铝矾土使之克服上述缺点至关重要。发明内容[0005]为客服现存技术的不足，本发明的目的之一在于提供一种陶粒支撑剂，该陶粒支撑剂具有低密度、高强度的特点。[0006]本发明的目的之二在于提供一种陶粒支撑剂的制备方法。[0007]本发明的目的之一采用如下技术方案实现：[0008]一种陶粒支撑剂，按质量百分比计，由以下原料组成：低品位铝矾土A79～84％，低品位铝矾土B5～10％，低品位铝矾土C4～6％，低品位铝矾土D2～4％，氧化钨微米管1～2％、碳纤维2～3％；[0009]所述低品位铝矾土A中含有48～53％AlCN113046052[0010]进一步地，所述低品位铝矾土A(高铝型低品位铝矾土)由以下组分组成：Al48～53％，Fe39％～44％，余量为杂质；[0011]所述低品位铝矾土B(高铁型低品位铝矾土)由以下组分组成：Fe15％～19％，Al29％～33％，余量为杂质；[0012]所述低品位铝矾土C(高碱型低品位铝矾土)由以下组分组成：K5％～10％，Al34％～39％，余量为杂质；[0013]所述低品位铝矾土D(高硅型低品位铝矾土)由以下组分组成：SiO45％～49％，Al1％～5％，余量为杂质。[0014] 进一步地，所述氧化钨微米管的直径为1～6μm，长度为5～10μm。 [0015] 进一步地，所述碳纤维的单丝直径为5～8μm。 [0016] 本发明的目的之二采用如下技术方案实现： [0017] 一种陶粒支撑剂的制备方法，包括以下步骤： [0018] 1)将低品位铝矾土A、低品位铝矾土B、低品位铝矾土C、低品位铝矾土D混合破碎， 再加入氧化钨微米管和碳纤维得到混合粉料； [0019] 2)将步骤1)所得粉料进行造粒得到球状生坯； [0020] 3)将步骤2)得到的生坯干燥后，在惰性气体保护下煅烧，得到陶粒支撑剂。 [0021] 进一步地，所述步骤3)的煅烧温度为1300～1400。 [0022] 进一步地，所述步骤2)球状生坯的粒径为0.212～0.425mm，含水量为10％～12％。 [0023] 进一步地，所述步骤1)四种低品位铝矾土经粉碎后得到的粒径小于3μm。 [0024] 相比现存技术，本发明的有益效果在于： [0025] 本发明提供了一种陶粒支撑剂，该陶粒支撑剂中包含四种低品位铝矾土、氧化钨 微米管和碳纤维。本发明无需添加任何添加剂，即可得到具有低密度和高强度的陶粒支撑 剂，有助于降低生产所带来的成本。 [0026] 氧化钨微米管和碳纤维在陶粒支撑剂内部发挥协同作用，从内部结构上改善陶粒 支撑剂的力学性能。高温煅烧使得氧化钨与碳纤维发生原位反应得到氧化钨、碳化钨、碳纤 维混合物而不破坏氧化钨、碳纤维自身形貌，生成的高强度碳化钨有助于增加陶粒支撑剂 的强度，降低破碎率。碳纤维不仅为高强度碳化钨的制备提供了碳源，还有助于降低陶粒支 撑剂的密度。 [0027] 高铁型低品位铝矾土(低品位铝矾土B)和高碱型低品位铝矾土(低品位铝矾土C) 使得陶粒支撑剂原料中氧化铝含量降低，进而降低了体积密度和视密度，有助于实现陶粒 支撑剂的低密度。高碱型低品位铝矾土和高铁型低品位铝矾土在烧结过程中会产生一定的 液相，使得陶粒支撑剂的烧结温度明显降低，并有助于降低破碎率。 [0028] 本发明还提供了陶粒支撑剂的制备方法，将各原料混合粉碎、造粒、煅烧即可得到 陶粒支撑剂成品，制备方法简单，有助于降备成本。 具体实施方式 [0029] 下面，结合具体实施方式，对本发明做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的 前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间能随意组合形成新的实施例。 CN113046052 [0030]实施例1 [0031] 陶粒支撑剂的制备方法如下： [0032] 按下列质量百分比称取各组分： [0033] 低品位铝矾土A 79％，上述低品位铝矾土A由以下成分组成：Al 含量为48％、Fe 含量为44％，余量为杂质；[0034] 低品位铝矾土B10％，上述低品位铝矾土B由以下成分组成：Fe 含量为15％、Al 含量为33％，余量为杂质；[0035] 低品位铝矾土C 4％，上述低品位铝矾土C由以下成分组成：K 含量为34％，余量为杂质；[0036] 低品位铝矾土D 2％，上述低品位铝矾土D由以下成分组成：SiO O含量为3％，余量为杂质；[0037] 直径为1～6μm、长度为5～10μm的氧化钨微米管2％，单丝直径为5～8μm的碳纤维 3％； [0038] 将上述4种低品位铝矾土进行混合，混合后铝矾土中的主要成分Al 含量为45.16％、Fe 含量为40.32％。[0039] 制备步骤如下： [0040] 1)将上述4种铝矾土分别经过颚式粉碎机和对辊式破碎机破碎至1～3mm，通过流 化床式气流粉碎分级机粉碎至3μm以下，再将氧化钨微米管和高强度碳纤维按照上述配比 加入至转速150r/min的球磨机中，粉料混合均匀后备用；