一种利用低铝高硅型铝土矿为主要原料的低密度陶粒支撑剂及其制备方法

摘要

本发明属于油、气井压裂工艺用固体支撑剂技术领域，公开了一种利用低铝高硅型铝土矿为主要原料的低密度陶粒支撑剂及其制备方法。所述低密度陶粒支撑剂由下述质量百分含量的各原料制成：铝土矿90~96%、锰矿石1~4%、赤铁矿0.5~2%、粘土0~2%、白云石0~2%，并且所述铝土矿为低铝高硅型铝土矿，以质量百分含量计，其中Al2O3为50~60%、SiO2>12%。将各原料分别破碎，然后按配比混合研磨、喷雾造粒，最后在1320~1380℃烧结0.5~2.5h而成。本发明通过选用低铝高硅型铝土矿生料，解决了原料的供应紧张的难题，且仅此项就比用氧化铝含量大于65%的铝土矿降低生产成本约350元/吨，有很广阔的发展前景；而且，陶粒支撑剂的体积密度及视密度指标明显降低，同时也降低了油井压裂的成本。

说明书

技术领域

本发明属于油、气井压裂工艺用固体支撑剂技术领域，特别涉及一种利用低铝高硅型铝土矿为主要原料的低密度陶粒支撑剂及其制备方法。

背景技术

在石油、天然气深井开采的压裂工艺中，都会用到压裂支撑剂，为油气流的流通提供高渗透性的通道，保持高导流能力，以提高油、气的产量。我国石油行业一般把体积密度不大于1.65g/cm³，视密度不大于3.00g/cm³，闭合压力为52Mpa时破碎率不大于9.0%的陶粒支撑剂称为低密度陶粒支撑剂。用低密度陶粒支撑剂做油井压裂开采原油时，具有用量少、施工方便、成本低的特点。目前，低密度陶粒支撑剂大多以氧化铝含量大于65%的铝土矿为主要原料，并添加少量粘土及矿化剂，通过隧道窑或回转窑高温烧制的方式生产。但由于氧化铝含量大于65%的铝土矿资源日趋紧张，且价格较高，而氧化铝含量小于65%的铝土矿中二氧化硅的含量一般都在10~20%，这类低铝高硅型铝土矿因目前氧化铝及陶粒支撑剂制造都是个难题，因此价格很低，可比氧化铝含量大于65%的铝土矿低350元/吨左右，且采购很容易。

发明内容

为解决低铝高硅型铝土矿的利用难题，同时也为解决低密度陶粒支撑剂生产原料不足且生产成本高的问题，本发明的目的在于提供一种利用低铝高硅型铝土矿为主要原料的低密度陶粒支撑剂及其制备方法。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：

一种利用低铝高硅型铝土矿为主要原料的低密度陶粒支撑剂，由下述质量百分含量的各原料制成：铝土矿 90~96%、锰矿石 1~4%、赤铁矿 0.5~2%、粘土 0~2%、白云石 0~2%，并且所述铝土矿为低铝高硅型铝土矿，以质量百分含量计，其中Al₂O₃为50~60%、SiO₂>12%。

较好地，以质量百分含量计，铝土矿中Fe₂O₃＜3%、S＜0.2%；锰矿石中MnO₂为50~55%；赤铁矿中Fe₂O₃＞65%；粘土中Al₂O₃为30~38%；白云石中CaO＞25%、MgO＞17%。

制备方法：将各原料分别破碎，然后按配比混合研磨、喷雾造粒，最后在1320~1380℃烧结0.5~2.5h而成。

较好地，将各原料分别破碎成小于10mm的颗粒，然后按配比混合研磨至325目筛通过率大于99%的混合粉。

较好地，造粒后，经筛选，将得到的颗粒干燥至水分质量含量不高于5%。

本发明发明人多年以来一直从事低密度陶粒支撑剂配方的研究，但按国内外所公布的配方进行实验，它们都不适用于Al₂O₃小于65%（特别是60%以下）的低铝高硅型铝土矿，主要表现在：很难烧结，陶粒支撑剂密度很低（绝大多数在1.40g/cm³以下），并且破碎率很高，52Mpa破碎率大于18%。

本发明的创新点表现在低铝高硅型铝土矿和赤铁矿的联合使用。发明人经过对众多低铝高硅型铝土矿的研究分析发现：这些铝土矿中均含有一定量的石英，个别的还有云母等，按以前配方制作烧结时石英发生体积膨胀，不易烧结，体积密度很低，抗压能力很低，破碎率很高。发明人通过实践经验和摸索，在配方中加入少量的赤铁矿，并根据情况控制用量，这样它一方面能在较低温度下熔解与石英作用抵消了石英的体积膨胀，另一方面因有液相的存在有利于其烧结，降低了烧成温度，从而能在较低温度下获得相对致密的高强度陶粒支撑剂。但是要严格控制其添加数量，若加入太多，会造成破碎率升高，且酸溶解指标超标。经过反复内部实验，低铝高硅型铝土矿中添加赤铁矿，适应性广，效果好。

经检测，本发明低密度陶粒支撑剂成品的体积密度为1.50~1.56g/cm³，视密度为2.65~2.76g/cm³，闭合压力为52MPa时破碎率为5.2~5.8%，其它指标也均符合国家石油天然气SY/T 5108-2006的行业标准。

本发明相对于现有技术，有以下优点：

1、本发明通过选用低铝高硅型铝土矿生料，解决了原料的供应紧张的难题，且仅此项就比用氧化铝含量大于65%的铝土矿降低生产成本约350元/吨，有很广阔的发展前景；而且，陶粒支撑剂的体积密度及视密度指标明显降低，同时也降低了油井压裂的成本。

2、本发明所用原料来源广、便于采购，价格低；生产工艺简单便捷；从总体上降低了产品的成本。

具体实施方式

以下结合具体实施例对本发明的技术方案做进一地详细介绍，但本发明的保护范围并不局限于此：

本发明各原料均可按照下述技术指标通过市购得到：以质量百分含量计，铝土矿中Al₂O₃为50~60%、SiO₂>12%、Fe₂O₃＜3%、S＜0.2%；锰矿石中MnO₂为50~55%；赤铁矿中Fe₂O₃＞65%；粘土中Al₂O₃为30~38%；白云石中CaO＞25%、MgO＞17%。

实施例1

首先将铝土矿、锰矿石、赤铁矿、粘土、白云石各原料分别破碎成小于10mm的颗粒，然后按质量百分比配料：铝土矿90%、锰矿石4%、赤铁矿2%、粘土2%、白云石2%。配料后一起加入（连续配料连续加入）球磨机研磨成325目通筛率大于99%的混合粉，再放入制粒锅内，喷雾（水雾，下同）作用下成粒，颗粒经筛选后，干燥至水分含量不大于5%，然后进入回转窑中，在1320℃烧制0.5h制得所述低密度陶粒支撑剂。经检测，成品的体积密度为1.52g/cm³，视密度为2.70g/cm³，闭合压力为52MPa时破碎率为5.68%。其它指标也均符合国家石油天然气SY/T 5108-2006的行业标准。

实施例2

首先将铝土矿、锰矿石、赤铁矿、粘土、白云石各原料分别破碎成小于10mm的颗粒，然后按质量百分比配料：铝土矿92%、锰矿石3%、赤铁矿2%、粘土1%、白云石2%。配料后一起加入（连续配料连续加入）球磨机研磨成325目通筛率大于99%的混合粉，再放入制粒锅内，喷雾作用下成粒，颗粒经筛选后，干燥至水分含量不大于5%，然后进入回转窑中，在1340℃烧制1h制得所述低密度陶粒支撑剂。经检测，成品的体积密度为1.50g/cm³，视密度为2.65g/cm³，闭合压力为52MPa时破碎率为5.80%。其它指标也均符合国家石油天然气SY/T 5108-2006的行业标准。

实施例3

首先将铝土矿、锰矿石、赤铁矿、粘土、白云石各原料分别破碎成小于10mm的颗粒，然后按质量百分比配料：铝土矿94%、锰矿石2.5%、赤铁矿1.5%、粘土0%、白云石2%。配料后一起加入（连续配料连续加入）将各原料分别破碎成小于10mm的颗粒，按比例称取后用球磨机研磨成325目通筛率大于99%的混合粉，再放入制粒锅内，喷雾作用下成粒，颗粒经筛选后，干燥至水分含量不大于5%，然后进入回转窑中，在1360℃烧制1.5h制得所述低密度陶粒支撑剂。经检测，成品的体积密度为1.54g/cm³，视密度为2.73g/cm³，闭合压力为52MPa时破碎率为5.75%。其它指标也均符合国家石油天然气SY/T 5108-2006的行业标准。

实施例4

首先将铝土矿、锰矿石、赤铁矿、粘土、白云石各原料分别破碎成小于10mm的颗粒，然后按质量百分比配料：铝土矿95%、锰矿石2%、赤铁矿0.5%、粘土2%、白云石0.5%。配料后一起加入（连续配料连续加入）球磨机研磨成325目通筛率大于99%的混合粉，再放入制粒锅内，喷雾作用下成粒，颗粒经筛选后，干燥至水分含量不大于5%，然后进入回转窑中，在1380℃烧制2h制得所述低密度陶粒支撑剂。经检测，成品的体积密度为1.56g/cm³，视密度为2.76g/cm³，闭合压力为52MPa时破碎率为5.20%。其它指标也均符合国家石油天然气SY/T 5108-2006的行业标准。

实施例5

首先将铝土矿、锰矿石、赤铁矿、粘土、白云石各原料分别破碎成小于10mm的颗粒，然后按质量百分比配料：铝土矿96%、锰矿石1%、赤铁矿2%、粘土1%、白云石0%。配料后一起加入（连续配料连续加入）将各原料分别破碎成小于10mm的颗粒，按比例称取后用球磨机研磨成325目通筛率大于99%的混合粉，再放入制粒锅内，喷雾作用下成粒，颗粒经筛选后，干燥至水分含量不大于5%，然后进入回转窑中，在1380℃烧制2h制得所述低密度陶粒支撑剂。经检测，成品的体积密度为1.55g/cm³，视密度为2.74g/cm³，闭合压力为52MPa时破碎率为5.52%。其它指标也均符合国家石油天然气SY/T 5108-2006的行业标准。

实施例6

首先将铝土矿、锰矿石、赤铁矿、粘土、白云石各原料分别破碎成小于10mm的颗粒，然后按质量百分比配料：铝土矿96%、锰矿石2%、赤铁矿2%、粘土0%、白云石0%。配料后一起加入（连续配料连续加入）将各原料分别破碎成小于10mm的颗粒，按比例称取后用球磨机研磨成325目通筛率大于99%的混合粉，再放入制粒锅内，喷雾作用下成粒，颗粒经筛选后，干燥至水分含量不大于5%，然后进入回转窑中，在1370℃烧制2h制得所述低密度陶粒支撑剂。经检测，成品的体积密度为1.54g/cm³，视密度为2.72g/cm³，闭合压力为52MPa时破碎率为5.41%。其它指标也均符合国家石油天然气SY/T 5108-2006的行业标准。