一种用于低渗透石油、煤层气和页岩气水力压裂的超低密度支撑剂及其制备方法

摘要

一种用于低渗透石油、煤层气和页岩气水力压裂的超低密度支撑剂的原料质量百分比组成为：煅烧高岭土60-95%、高岭土生料5-35%、铵盐0.5-5%。本发明具有成本较低，工艺简单，同时具有高强度和超低密的优点。

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于低渗透石油、煤层气和页岩气水力压裂的超低密度支撑剂及其制备方法。

背景技术

陶粒支撑剂具有强度高，圆球度高，耐腐蚀性强等优点，目前已广泛应用于油气田的压裂作业。市场上的陶粒支撑剂多采用铝矾土和氧化铝为原料，添加软锰矿，白云石等添加剂制备而得。常规石油和天然气藏的水力压裂中使用的陶粒支撑剂多数为高密度（体积密度＞1.80g/cm³）、中密度（体积密度介于1.65-1.80g/cm³）及低密度（体积密度介于1.30-1.65g/cm³）的支撑剂。

随着常规的高渗透油气藏的减少，越来越多的人关注到低渗透油田、煤层气以及页岩气等非常规资源的开采。低渗透油田、煤层气藏以及页岩气藏等非常规资源的水力压裂作业对压裂支撑剂提出比常规压裂更高的要求，尤其是支撑剂的密度和强度。

制备高强度超低密度压裂支撑剂能够满足低渗透油田、煤层气和页岩气的水力压裂操作。而且由于其密度低，对压裂设备磨损小，可减少压裂液的使用，从而降低了水力压裂的成本。

目前制备超低密度压裂支撑剂的方法主要有树脂包裹石英砂，采用特殊工艺制备空心陶粒以及添加造孔剂等。但是由于成本较高，工艺复杂，陶粒的低密度与高强度不能兼得等原因，使得高强度超低密度压裂支撑剂的研究有待于进一步的发展。

发明内容

本发明的目的在于提供一种成本较低，工艺简单，同时具有高强度和超低密的用于低渗透石油、煤层气和页岩气水力压裂的超低密支撑剂及其制备方法。

本发明的支撑剂，原料组成及其质量百分比如下：

煅烧高岭土60-95%、高岭土生料5-35%、铵盐0.5-5%。

所述煅烧高岭土Al₂O₃含量为42-52wt%，SiO₂含量为50-58wt%。

所述高岭土生料Al₂O₃含量为35-39wt%，SiO₂含量为41-48wt%。

所述铵盐为NH₄⁺与阴离子或络阴离子形成的盐，可以是氯化铵、硫酸铵、碳酸铵、磷酸铵、钒酸氨、钼酸铵、铬酸铵等。

本发明的制备方法，包括如下步骤：

按照所述煅烧高岭土、高岭土和铵盐的质量百分比称取后混合均匀，加水制粒(加水量为物料总量的8-16%)，颗粒经筛选后，干燥至水分≤5%，得到陶粒生坯煅烧，将陶粒生坯煅烧，过20-40目筛，得到支撑剂。

如上所述的煅烧温度为1250-1400℃。

如上所述的煅烧保温时间为1-6h。

本发明的有益效果为：

本发明原料来源广，生产工艺简单；产品体积密度低（按照石油天然气行业标准压裂支撑剂性能指标及测试推荐方法（SY/T5108-2006）检测，体积密度为0.90-1.30g/cm³），强度高（按照石油天然气行业标准压裂支撑剂性能指标及测试推荐方法（SY/T5108-2006）检测，28MPa闭合压力时破碎率＜8%），能有效降低水力压裂过程中陶粒支撑剂对压裂设备的磨损，减少压裂液的使用，大大降低了水力压裂的成本。本发明所制备的陶粒支撑剂具有低体积密度和高强度的特点，适用于低渗透石油、煤层气和页岩气水力压裂。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步的说明。

实施例1

按煅烧高岭土(Al₂O₃含量为44.51wt%，SiO₂含量为51.82wt%)92wt%、高岭土(Al₂O₃含量为37.39wt%，SiO₂含量为43.53wt%)5wt%、铬酸铵3wt%配比称取后混合均匀，加水（加水量为物料量的14%）制粒。颗粒经筛选后，干燥至水分≤5%，得到陶粒生坯煅烧。将陶粒生坯煅烧，其中煅烧温度为1300℃。煅烧保温时间为2h，过20-40目筛，得到超低密度压裂支撑剂。

经检测成品的体积密度为0.90g/cm³,视密度为2.75g/cm³，闭合压力为28MPa时破碎率为5.68%。其它指标均符合国家石油天然气SY/T5108-2006的行业标准。

实施例2

按煅烧高岭土(Al₂O₃含量为42.26wt%，SiO₂含量为55.37wt%)65wt%、高岭土(Al₂O₃含量为36.13wt%，SiO₂含量为47.34wt%)32wt%、碳酸铵3wt%配比称取后混合均匀，加水(加水量为物料量的15%）制粒。颗粒经筛选后，干燥至水分≤5%，得到陶粒生坯。将陶粒生坯煅烧，其中煅烧温度为1350℃，煅烧保温时间为2h。过20-40目筛，得到超低密度压裂支撑剂。

经检测成品的体积密度为0.95g/cm3,视密度为2.72g/cm3，闭合压力为28MPa时破碎率为6.19%。其它指标均符合国家石油天然气SY/T5108-2006的行业标准。

实施例3

　　按煅烧高岭土(Al₂O₃含量为44.51wt%，SiO₂含量为51.82wt%)66wt%、高岭土(Al₂O₃含量为36.13wt%，SiO₂含量为47.34wt%)23wt%、钼酸铵1wt%配比称取后混合均匀，加水(加水量为物料量的13%）制粒。颗粒经筛选后，干燥至水分≤5%，得到陶粒生坯。将陶粒生坯煅烧，其中煅烧温度为1400℃，煅烧保温时间为2.5h。过20-40目筛，得到超低密度压裂支撑剂。

经检测成品的体积密度为1.21g/cm3,视密度为2.76g/cm3，闭合压力为28MPa时破碎率为7.85%。其它指标均符合国家石油天然气SY/T5108-2006的行业标准。

实施例4

按煅烧高岭土(Al₂O₃含量为42.26wt%，SiO₂含量为55.37wt%)63wt%、高岭土生料(Al₂O₃含量为37.39wt%，SiO₂含量为43.53wt%)32wt%、钒酸氨5wt%比称取后混合均匀，加水(加水量为物料量的14%）制粒。颗粒经筛选后，干燥至水分≤5%，得到陶粒生坯。将陶粒生坯煅烧，其中煅烧温度为1350℃，煅烧保温时间为2h。过20-40目筛，得到超低密度压裂支撑剂。

经检测成品的体积密度为1.06g/cm³,视密度为2.78g/cm³，闭合压力为28MPa时破碎率为5.12%。其它指标均符合国家石油天然气SY/T5108-2006的行业标准。