一种以凝灰岩为主要原料的低密高强石油陶粒支撑剂及其制备方法

摘要

本发明公开了一种以凝灰岩为主要原料的低密高强石油陶粒支撑剂及其制备方法，所述陶粒制备的原料包括按照重量百分比进行配比的:40%～60%的凝灰岩矿粉、30%～45%的铝矾土和5%～20%的岩浆土粉，其总重量百分比为百分之百；改性聚苯颗粒的体积占上述原料总体积的30%。该方法称取一定量的凝灰岩、铝矾土与少量岩浆土混合和研磨，在陶粒成球机中，加入一定量的聚苯颗粒，通过陶粒制造机，造粒生成球，生球干燥后，对其进行粒径筛分，合格的在1100～1190℃条件下焙烧20～40min，得到烧成的低密高强的石油支撑剂。本发明根据凝灰岩矿和岩浆土中硅含量高的特点，能够降低陶粒烧成温度，同时提高陶粒强度，降低生产成本。

说明书

技术领域

本发明属于凝灰岩综合利用领域，具体涉及一种以凝灰岩为主要原料的低密高强石油陶粒支撑剂及其制备的方法。

背景技术

低密高强石油陶粒支撑剂主要应用于石油开采，作为石油压裂支撑剂是使地层深处岩石裂隙保持裂开状态的支撑物。目前生产的石油陶粒支撑剂主要利用铝矾土为原材料，用凝灰岩为原材料制备石油陶粒支撑剂生产上还没有实现。而凝灰岩作为火山岩浆石的一种，在实际生产中应用很少，属于废料的一种，但我国凝灰岩产生量巨大。

目前常用的支撑剂主要有石英砂、铝钒土陶粒砂及树脂包覆的复合颗粒等。由于石英砂成本低，同时密度较低易于泵送，被大量使用，但石英砂强度低、球度差，降低裂缝导流能力，不适用于闭合压力高的深井。树脂包覆石英砂的复合颗粒，球度有改善，耐腐蚀性比较强，导流能力也较好，但产品保持期短，造价过高，在成本至上的今天推广不易，而采用陶粒工艺的陶粒支撑剂，密度高，球度好，耐腐蚀，耐高温，耐高压，同时成本可以得到较好的控制，因此越来越广泛的被油气田所采用。实践证明，使用陶粒石油支撑剂压裂的油井可提高产量30～50%，还能延长油气井服务年限，是石油、天然气低渗透油气井开采、施工的关键材料，不但能增加油气产量，而且更能延长油气井服务年限。而现有技术中陶粒支撑剂多采用铝钒土陶粒工艺制成，如何能够将利用废料且产量巨大的凝灰岩制备石油陶粒支撑剂，已经是一个值得研究的问题。

发明内容

本发明的目的是针对上述的不足，提供的一种利用凝灰岩为主要原料低密高强石油陶粒支撑剂及其制备方法，相对直接利用铝矾土陶粒工艺制备陶粒支撑剂成本更低，该陶粒同时能最大限能的提高石油开采率。

本发明的目的是这样实现的：

一种以凝灰岩为主要原料的低密高强石油陶粒支撑剂,原料包括按照重量百分比进行配比的:40%～60%的凝灰岩矿粉、30%～45%的铝矾土和5%～20%的岩浆土粉，其总重量百分比为百分之百；改性聚苯颗粒的体积占上述原料总体积的30%。

所述的铝矾土的主要成分Al₂O₃含量在50%～85%，凝灰岩和岩浆土的主要成分SiO₂重量含量都在65%～70%。

所述的凝灰岩矿粉、铝矾土、岩浆土与改性聚苯颗粒粒径不大于0.0740mm。

所述的一种以凝灰岩为主要原料的低密高强石油陶粒支撑剂，其制备方法包括以下步骤：

1）、按所述重量百分配比称取凝灰岩矿粉、铝矾土颗粒与岩浆土颗粒，并分别在105～130℃的温度条件下干燥2～4h，然后混合均匀，制得混合料；

2）、将步骤1）所制得混合料和改性聚苯颗粒加入圆球造粒机中成生球，造粒过程中在生球的表面喷洒重量浓度为0.5～1.0%的工业磷酸二氢铝溶液，直至湿润球体表面，然后在130～160℃的温度条件下干燥2～4h，制得干球，所述工业磷酸二氢铝溶液的作用是使球体表面湿润，球体内颗粒连接更紧密；

3）、将将步骤2）所制得的干球在1080～1180℃的温度条件下焙烧20～40min，冷却得到烧成的低密高强的陶粒石油支撑剂。

积极有益效果： 1、本发明提出一种以细粒凝灰岩为原料制备系类低密高强石油陶粒支撑剂的技术，产品主要用于提高石油开发率。

【0016】2、本发明根据凝灰岩矿和岩浆土中硅含量高的特点，能够降低陶粒烧成温度，同时提高陶粒强度。

【0017】凝灰岩、岩浆土多元素分析结果%

附图说明

图1是本发明的制备工艺流程图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明作进一步的说明：

一种以凝灰岩为主要原料的低密高强石油陶粒支撑剂,原料包括按照重量百分比进行配比的:40%～60%的凝灰岩矿粉、30%～45%的铝矾土和5%～20%的岩浆土粉，其总重量百分比为百分之百；改性聚苯颗粒的体积占上述原料总体积的30%。

所述的铝矾土的主要成分Al₂O₃含量在50%～85%，凝灰岩和岩浆土的主要成分SiO₂重量含量都在65%～70%。

所述的凝灰岩矿粉、铝矾土、岩浆土与改性聚苯颗粒粒径不大于0.0740mm。

所述的一种以凝灰岩为主要原料的低密高强石油陶粒支撑剂，其制备方法包括以下步骤：

1）、按所述重量百分配比称取凝灰岩矿粉、铝矾土颗粒与岩浆土颗粒，并分别在105～130℃的温度条件下干燥2～4h，然后混合均匀，制得混合料；

2）、将步骤1）所制得混合料和改性聚苯颗粒加入圆球造粒机中成生球，造粒过程中在生球的表面喷洒重量浓度为0.5～1.0%的工业磷酸二氢铝溶液，直至湿润球体表面，然后在130～160℃的温度条件下干燥2～4h，制得干球，所述工业磷酸二氢铝溶液的作用是使球体表面湿润，球体内颗粒连接更紧密；

3）、将将步骤2）所制得的干球在1080～1180℃的温度条件下焙烧20～40min，冷却得到烧成的低密高强的陶粒石油支撑剂。

实施例1

一种利用凝灰岩制备低密高强石油陶粒支撑剂的方法，包括以下步骤：

1）按所述重量百分配比称取60%的凝灰岩矿粉、30%的铝矾土颗粒与10%的岩浆土颗粒，并分别在105℃的温度条件下干燥4h，然后混合均匀，制得混合料。

2）将步骤1）中的混合料和改性聚苯颗粒加入圆球造粒机中成球，成球过程喷洒浓度0.5%的工业磷酸二氢铝溶液直至湿润的球体表面，然后将生球放在130℃下干燥4h；

3）将步骤2）中干燥后的生球在1180℃条件下焙烧40min，冷却得到烧成的陶粒石油支撑剂。

上述制备的陶粒粒径为0.66～0.84mm，陶粒的体积密度为1.60g/cm³，酸溶解度为4.0% ,浊度 98NTU；闭合压力99MPa，破碎室受力200KN破碎率9%.

实施例2

一种利用凝灰岩制备低密高强石油陶粒支撑剂的方法，包括以下步骤：

1）按所述重量配比称取55%的凝灰岩矿粉、35%的铝矾土颗粒与10%岩浆土颗粒，并分别在130℃的温度条件下干燥2h，然后混合均匀，制得混合料。

2）将步骤1）中的混合料和改性聚苯颗粒加入圆球造粒机中成球，成球过程喷洒浓度0.1%的工业磷酸二氢铝溶液直至湿润的球体表面，然后将生球放在160℃下干燥4h；

3）将步骤2）中干燥后的生球在1150℃条件下焙烧30min，冷却得到烧成的陶粒石油支撑剂。

上述制备的陶粒粒径为 0.44～0.71mm，陶粒的体积密度为1.5g/cm³，酸溶解度为4.1%, 浊度 97NTU；闭合压力95MPa，破碎室受力200KN破碎率9.3%

实施例3

一种利用凝灰岩制备低密高强石油陶粒支撑剂的方法，包括以下步骤：

1）按所述重量配比称取50%的凝灰岩矿粉、40%铝矾土颗粒与10%岩浆土颗粒，并分别在120℃的温度条件下干燥3h，然后混合均匀，制得混合料。

2）将步骤1）中的混合料和改性聚苯颗粒加入圆球造粒机中成球，成球过程喷洒浓度0.8%的工业磷酸二氢铝溶液直至湿润的球体表面，然后将生球放在140℃下干燥3h；

3）将步骤2）中干燥后的生球在1160℃条件下焙烧20min，冷却得到烧成的陶粒石油支撑剂。

上述制备的陶粒粒径为0.425～0.68mm，陶粒的体积密度为1.5g/cm³， 酸溶解度为3.9 % ,浊度 92NTU；闭合压力96MPa，破碎室受力200KN破碎率8.9%

实施例4

一种利用凝灰岩制备低密高强石油陶粒支撑剂的方法，包括以下步骤：

1）按所述重量配比称取45%的凝灰岩矿粉、45%的铝矾土颗粒与10%岩浆土颗粒，并分别在120℃的温度条件下干燥3h，然后混合均匀，制得混合料.

2）将步骤1）中的混合料和改性聚苯颗粒加入圆球造粒机中成球，成球过程喷洒浓度0.5%的工业磷酸二氢铝溶液直至湿润的球体 表面，然后将生球放在140℃下干燥4h；

3）将步骤2）中干燥后的生球在1180℃条件下焙烧20min，冷却得到烧成的陶粒石油支撑剂。

上述制备的陶粒粒径为0.66～0.77mm，陶粒的体积密度为1.5g/cm³，酸溶解度为4.2% .浊度 91NTU；闭合压力97MPa，破碎室受力200KN破碎率9.6%

实施例5

一种利用凝灰岩制备低密高强石油陶粒支撑剂的方法，包括以下步骤：

1）按所述重量配比称取45%的凝灰岩矿粉、40%的铝矾土颗粒与15%的岩浆土颗粒，并分别在120℃的温度条件下干燥3h，然后混合均匀，制得混合料。

2）将步骤1）中的混合料和改性聚苯颗粒加入圆球造粒机中成球，成球过程喷洒浓度0.5%的工业磷酸二氢铝溶液直至湿润的球体 表面，然后将生球放在140℃下干燥3h；

3）将步骤2）中干燥后的生球在1160℃条件下焙烧20min，冷却得到烧成的陶粒石油支撑剂。

上述制备的陶粒粒径为0.57～0.75mm，陶粒的体积密度为1.55g/cm³， 酸溶解度为4.0% ,浊度 85NTU；闭合压力89MPa，破碎室受力200KN破碎率10%

实施例6

一种利用凝灰岩制备低密高强石油陶粒支撑剂的方法，包括以下步骤：

1）按所述重量配比称取40%的凝灰岩矿粉、40%的铝矾土颗粒与20%的岩浆土颗粒，并分别在120℃的温度条件下干燥3h，然后混合均匀，制得混合料

2）将步骤1）中的混合料和改性聚苯颗粒加入圆球造粒机中成球，成球过程喷洒浓度0.5%的工业磷酸二氢铝溶液直至湿润的球体 表面，然后将生球放在140℃下干燥3h；

3）将步骤2）中干燥后的生球在1160℃条件下焙烧20min，冷却得到烧成的陶粒石油支撑剂。

上述制备的陶粒粒径为0.425～0.55mm，陶粒的体积密度为1.56g/cm³， 酸溶解度为4.6% ,浊度 91NTU；闭合压力90MPa，破碎室受力200KN破碎率9.9%。

1、本发明提出一种以细粒凝灰岩为原料制备系类低密高强石油陶粒支撑剂的技术，产品主要用于提高石油开发率。

2、本发明根据凝灰岩矿和岩浆土中硅含量高的特点，能够降低陶粒烧成温度，同时提高陶粒强度。

凝灰岩、岩浆土多元素分析结果%

以上实施例仅用于说明本发明的优选实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在所述领域普通技术人员所具备的知识范围内，本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替代和改进等，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围之内。