一种固体支撑剂及制造方法
阅读：660发布：2020-05-12
专利汇可以提供一种固体支撑剂及制造方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 是关于对深层油、气井压裂工艺用固体 支撑 剂 及制备方法的改进，其特征在于采用 高岭土 和红泥作粘土料，并增加其用量，使得在保证强度前提下，明显降低了产品视 密度 ，不仅有利于压裂液携带施工，而且体积用量少，可以降低使用成本。采用转窑滚动动态烧成，产品受火均匀，受火时间短，生产周期短，而且无温差，产品 质量 和 稳定性 好，产能高，与 隧道窑 比同能耗产能增加一倍，节约 能源 ，吨产品能耗省，物耗低，无需辅助材料，成本低。，下面是一种固体支撑剂及制造方法专利的具体信息内容。
技术领域
背景技术
开发深层油、气井，提高产量，压裂工艺被广泛采用。为确保地下深 层压裂缝的敞开，合适的支撑剂是必须的，它可增强地层导流能力，提高 油或气的产量，是压裂工艺应用好坏的一个重要关键。烧结陶粒由于强度 高，密度适中，是人们优选的压裂缝支撑剂，一直受到高度重视。中国专 利89102544公开了一种由含氧化铝65-75％的贫铝矾土或铝矿下脚料为主 要原料，以软质粘土和石英为辅助原料，按100∶15∶10混合，采用电熔 喷吹法制备固体支撑剂，得到主要由莫来石相为主，含氧化铝60-70％， 二氧化硅23-28％，视密度为2.8-3.0g/cm3的支撑剂。上述支撑剂的主要 不足是：制得的支撑剂视密度较高，不仅影响压裂液携带能力，而且体积 裂缝用量大，使用成本相对较高；其次，电熔喷吹法制备，需采用先烧成 砖，冷却后再放入电弧炉熔融吹球，能耗较高，而且成球不可控，符合要 求的产品得率低，且不符合要求的支撑剂不适合回用，浪费原料。
中国专利93111983则公开了一种以70-95％的含氧化铝65-95％的铝 矾土，搭配5-30％由铁、镁、锰的氧化物和软质粘土，或锆英石、软质粘 土和水或有机溶剂辅料，采用荸荠形成球机吸粉旋转成球，经筛分分选后 放入盒钵静态烧结制备支撑剂的方法。所得支撑剂为以α-Al2O3刚玉微晶结 构为主晶相，视密度仍然较高，为3.4g/cmu3，半干法生产浊度高，影响导 流能力；其次，盒钵堆积静态烧结，不仅烧成周期长，能耗高，产能低， 需占用盒钵、窑车等辅助材料多，而且堆积烧成上下温差大，制成产品稳 定性差，质量波动大。
上述两种方法制得的支撑剂，共同缺陷是产品视密度均相对较高，不仅 影响压力液携带，而且造成同体积重量大，使用成本高。其次，生产能耗 高，产能低，成本大。因此仍有值得改的地方。
中国专利93111983则公开了一种以70-95％的含氧化铝65-95％的铝 矾土，搭配5-30％由铁、镁、锰的氧化物和软质粘土，或锆英石、软质粘 土和水或有机溶剂辅料，采用荸荠形成球机吸粉旋转成球，经筛分分选后 放入盒钵静态烧结制备支撑剂的方法。所得支撑剂为以α-Al2O3刚玉微晶结 构为主晶相，视密度仍然较高，为3.4g/cmu3，半干法生产浊度高，影响导 流能力；其次，盒钵堆积静态烧结，不仅烧成周期长，能耗高，产能低， 需占用盒钵、窑车等辅助材料多，而且堆积烧成上下温差大，制成产品稳 定性差，质量波动大。
上述两种方法制得的支撑剂，共同缺陷是产品视密度均相对较高，不仅 影响压力液携带，而且造成同体积重量大，使用成本高。其次，生产能耗 高，产能低，成本大。因此仍有值得改的地方。
发明内容
本发明的目的在于克服上述已有技术的不足，提供一种既具有较高强 度，且又有较低密度的固体支撑剂。
本发明的另一目的在于提供一种能耗及生产成本低，产能高，质量稳 定的支撑剂制造方法。
本发明第一目的实现，主要改进是通过降低铝矾土的用量，以及选用 合适的粘土料并提高其用量，使得烧结陶粒支撑剂在保证较高强度前提下， 具有较低的视密度。具体说，本发明固体支撑剂，基本上由熟铝矾土、粘 土料组成，其特征在于所说熟铝矾土为45-55％wt，所说粘土料为10- 30％wt的高岭土，20-35％wt的红泥(宜兴产)。本发明中铝矾土主要促进支 撑剂莫来石、钢玉相生成，保证烧结支撑剂有较高的强度；高岭土、红泥(宜 兴产)，一是起到可塑作用，帮助成型，二是由于其内含有一定量的硅，起 到了降低了密度作用。
本发明为降低烧成温度，节约能源，以及增强内部结构致密度，和促 进晶相(莫来石相、钢玉相)形成，还可外加少量例如0.5-5％wt的矿化 剂，矿化剂可以采用钛、铁、锰金属氧化物一种或组合，可以用化学料， 也可以用矿物料。本发明TiO2的加入还有利于增强支撑剂的韧性，降低破 碎率，保持高的导流能力。所述TiO2可以采用钛白粉和/或二氧化钛原矿。
本发明另一目的实现，主要是采用先造粒，后成球的成球方式，以及 采用转窑动态烧结，从而有利成球，产品烧结受火均匀，节约能源，温差 小，有利于提高和稳定质量。具体说，本发明固体支撑剂制造方法，包括 原料粉碎、混料、成球、烧结，其特征在于混料后先造粒，再成球，成球 产品放入回转窑中动态烧成。为降低烧结产品浊度，提高导流能力，成球 最好采用湿法生产，即在原料混和时一次加足成球所需水分，混料加水后 先行造粒，再放入成球机中成球。
本发明支撑剂由于采用较低铝矾土，并加入适当高量的高岭土和红泥粘 土，使石英相得到增加降低了密度，从而使得支撑剂在保证较高强度下， 有较低视密度(2.65-2.85克/cm3)，较好解决了强度与密度矛盾，不仅有 利于压裂施工中压裂液携带压入开裂缝中，而且裂缝体积用量少，可以降 低使用成本。倾斜转窑滚动动态烧成，上进下出，自动化程度和产能高， 与隧道窑比同能耗产能增加一倍；其次，产品烧成受火均匀，受火时间短， 使烧结周期明显缩短，节约能源，吨产品能耗省；再就是，烧成基本无温 差，产品质量和稳定性好，而且物耗低，无需辅助材料，因而生产成本低。 混料时一次加足水分，湿法成球，产品浊度低，导流能力高。
以下结合几个具体实施方式，进一步说明本发明。
本发明的另一目的在于提供一种能耗及生产成本低，产能高，质量稳 定的支撑剂制造方法。
本发明第一目的实现，主要改进是通过降低铝矾土的用量，以及选用 合适的粘土料并提高其用量，使得烧结陶粒支撑剂在保证较高强度前提下， 具有较低的视密度。具体说，本发明固体支撑剂，基本上由熟铝矾土、粘 土料组成，其特征在于所说熟铝矾土为45-55％wt，所说粘土料为10- 30％wt的高岭土，20-35％wt的红泥(宜兴产)。本发明中铝矾土主要促进支 撑剂莫来石、钢玉相生成，保证烧结支撑剂有较高的强度；高岭土、红泥(宜 兴产)，一是起到可塑作用，帮助成型，二是由于其内含有一定量的硅，起 到了降低了密度作用。
本发明为降低烧成温度，节约能源，以及增强内部结构致密度，和促 进晶相(莫来石相、钢玉相)形成，还可外加少量例如0.5-5％wt的矿化 剂，矿化剂可以采用钛、铁、锰金属氧化物一种或组合，可以用化学料， 也可以用矿物料。本发明TiO2的加入还有利于增强支撑剂的韧性，降低破 碎率，保持高的导流能力。所述TiO2可以采用钛白粉和/或二氧化钛原矿。
本发明另一目的实现，主要是采用先造粒，后成球的成球方式，以及 采用转窑动态烧结，从而有利成球，产品烧结受火均匀，节约能源，温差 小，有利于提高和稳定质量。具体说，本发明固体支撑剂制造方法，包括 原料粉碎、混料、成球、烧结，其特征在于混料后先造粒，再成球，成球 产品放入回转窑中动态烧成。为降低烧结产品浊度，提高导流能力，成球 最好采用湿法生产，即在原料混和时一次加足成球所需水分，混料加水后 先行造粒，再放入成球机中成球。
本发明支撑剂由于采用较低铝矾土，并加入适当高量的高岭土和红泥粘 土，使石英相得到增加降低了密度，从而使得支撑剂在保证较高强度下， 有较低视密度(2.65-2.85克/cm3)，较好解决了强度与密度矛盾，不仅有 利于压裂施工中压裂液携带压入开裂缝中，而且裂缝体积用量少，可以降 低使用成本。倾斜转窑滚动动态烧成，上进下出，自动化程度和产能高， 与隧道窑比同能耗产能增加一倍；其次，产品烧成受火均匀，受火时间短， 使烧结周期明显缩短，节约能源，吨产品能耗省；再就是，烧成基本无温 差，产品质量和稳定性好，而且物耗低，无需辅助材料，因而生产成本低。 混料时一次加足水分，湿法成球，产品浊度低，导流能力高。
以下结合几个具体实施方式，进一步说明本发明。
具体实施方式
实施例1：取熟铝矾土48％，高岭土28％，红泥(宜兴产)20％，Fe2O3 4％， 钛白粉0.5％(外加)。分别将各原料粉碎至300目细粉，混料拌和均匀， 加足成球所需水分，拌成湿润土，经造粒后放入荸荠形成球机中旋转成球， 筛分分选得粒径0.5-1mm的颗粒，送入回转窑经1230℃1.5小时烧结，出 窑冷却分选除尘包装。
例2：取熟铝矾土55％，高岭土20％，红泥(宜兴产)22％，Fe2O3 3％， 钛白粉1.5％(外加)。经前述方法制备成球，送入回转窑经1250℃1.5小 时烧结。
例3：取熟铝矾土52％，高岭土18％，红泥(宜兴产)30％，二氧化钛原 矿2％(外加)，钛白粉0.7％(外加)。经前述方法制备成球，送入回转窑 经1240℃ 1.5小时烧结。
上述实施例烧成后产品含Al2O3 48-55％，Fe2O3 3.5-5.5％，SiO2 29- 35％，TiO2 1.5-5％，群体破碎率(SY/T5108-1997检测)＜10％，体积密 度1.5-1.65克/cm3，视密度2.65-2.85克/cm3，抗压强度52Mpa≤7％，导 流能力60Mpa≥35μm2-cm，浊度＜20度。
例2：取熟铝矾土55％，高岭土20％，红泥(宜兴产)22％，Fe2O3 3％， 钛白粉1.5％(外加)。经前述方法制备成球，送入回转窑经1250℃1.5小 时烧结。
例3：取熟铝矾土52％，高岭土18％，红泥(宜兴产)30％，二氧化钛原 矿2％(外加)，钛白粉0.7％(外加)。经前述方法制备成球，送入回转窑 经1240℃ 1.5小时烧结。
上述实施例烧成后产品含Al2O3 48-55％，Fe2O3 3.5-5.5％，SiO2 29- 35％，TiO2 1.5-5％，群体破碎率(SY/T5108-1997检测)＜10％，体积密 度1.5-1.65克/cm3，视密度2.65-2.85克/cm3，抗压强度52Mpa≤7％，导 流能力60Mpa≥35μm2-cm，浊度＜20度。
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