高密度高强度压裂支撑剂
阅读：308发布：2020-05-12
专利汇可以提供高密度高强度压裂支撑剂专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 涉及一种高闭合压 力 超深油井、超深气井，压裂驱采用高 密度 高强度压裂 支撑 剂 ，特征是组成为Al2O3≥75％未锻烧 铝 矾土100份，MnO23－8份，ZrO21－5份，成球烧成后视密度3.40－3.55kg/cm3，86MPa压力下抗 破碎 能力≤5％(20/40目)，主要化学组成Al2O378－85wt％，MnO22－5wt％，ZrO22－4wt％。本发明支撑剂，组成物料少，配料简单，低成本、经济性好，视密度达到3.40－3.55g/cm3密度极限，抗压强度高，20/40目粒径，抗破碎能力(SY/T5108－2007)86MPa≤5％、最高可达100MPa≤8％，能够满足 地层 闭合压力≥86MPa的高压力超深油井、超深气井压裂驱采，在高压下支撑地层裂缝，可较大幅度提高导流能力。，下面是高密度高强度压裂支撑剂专利的具体信息内容。
技术领域
本发明涉及一种高闭合压力超深油井、超深气井，压裂驱采用高密度 高强度压裂支撑剂。
背景技术
随着油气井开采深度的不断加深，地层压力越来越大，渗透性能降低， 地层闭合压力高达86Mpa以上，压裂驱采工艺用的低密度、中密度支撑剂， 已经不能适应如此高地层压力。对于地层闭合压力≥86Mpa超深油井、超 深气井，为确保在如此高闭合压力的高导流能力，要求压裂支撑剂必须能 承受≥86Mpa抗压强度，以及视密度≥3.40kg/cm3。用于压裂工艺支撑剂， 抗压强度与视密度匹配是必须的，如果视密度达不到要求，则难以满足抗 压强度要求，而视密度过高又会造成支撑剂密度过大而被嵌入地层，不能 获得理想的导流能力。
在压裂支撑剂中，人造烧结陶粒由于可以获得高强度，及可控密度， 为人们所优选，烧结陶粒中又以铝矾土为主要原料，配合其他无机物料， 制造压裂支撑剂最为广泛。现有技术以铝矾土为主要原料制备的固体陶粒 支撑剂，均难以实际达到抗压强度≥86Mpa，视密度≥3.40kg/cm3，因而不 能满足地层闭合压力≥86Mpa高压力油气层水力压裂工艺开采要求。
中国专利CN1046776公开的油、气井压裂固体支撑剂，由含Al2O365- 75％的贫铝矾土或铝矿下脚料为主要原料，辅以软质粘土和石英为辅助原 料，按100∶15∶10混合制备压力支撑剂。所得支撑剂，含Al2O360-70％， SiO223-28％，视密度只有2.8-3.0g/cm3，20～40目单颗粒抗压强度≥ 390Mpa，在60Mpa压力下，破碎率为0.8～1.6％。
中国专利CN1686924公开的高强度支撑剂，组成为：含AL2O3≥73％ 的铝钒土100份；稀土精矿0.5～5份，可燃物5～10份，粘结剂0.02～0.05 份。体积密度1.6-1.75克/cm3，视密度2.8-3.1克/cm3，导流能力60Mpa≥75％， 20～40目100Mpa破碎率≤10％。
中国专利CN1085288公开的铝矾土高强度支撑剂，Al2O3含量65-95％ 煅烧铝矾土70-95％，搭配5-30％由铁、镁、锰多种氧化物和软质粘土， 或锆英石、软质粘土辅料。所得支撑剂密度≤3.4g/cm3，视密度≤2.1g/cm3。
中国专利CN1393424公开的高强度陶粒支撑剂，AL2O3≥75％煅烧铝 矾土100份，膨润土2～15份，镧系金属氧化物1～10份，二氧化锰0.3～ 3份，氧化镁0.1～3份。所得支撑剂抗压强度69MPa以上，成品破碎率≤10 ％，但未报导视密度。
中国专利CN1699265公开的高强度陶粒支撑剂，Al2O3 74-80％，SiO2 5.5-10.5％，TiO2 2.5-3.5％，Fe2O3 4-9％，其它辅料0-3％。体积密度1.74 克/cm3，视密度3.38克/cm3，抗破碎能力(SY/T5108-1997)69Mpa≤7.69％。
中国专利CN1532165公开的微细陶粒，Al2O3含量不小于70％铝矾土 100份，粘土2～20份、镧系金属氧化物1～10份、二氧化锰0.3～3份、 氧化镁0.1～3份。抗压强度86MPa以上，成品破碎率不超过5％。但并未 公开支撑剂的视密度，并且所用原料较多，采用价格较高的稀土元素，造 成成本增高。
中国专利CN1844298公开的超强度陶粒支撑剂，铝钒土10-30％，铝 土矿50-70％，高铁铝土矿8-15％，粘土7-20％，锰矿2-5％，钾长石0.5-2.5 ％，湖精：0.1-1.2％。支撑剂体积密度1.8克/cm3，视密度3.29克/cm3，抗 破碎能力(SY/T5108-1997)86Mpa≤4.17％，69Mpa≤2.07％，100Mpa7.48％。
上述固体陶粒支撑剂，均不能同时满足抗压强度≥86Mpa，视密度≥ 3.40kg/cm3使用要求，因此均不能用于地层闭合压力≥86Mpa的高压力超深 油井、超深气井压裂驱采工艺。
申请人申请的中国专利CN1367306，组成：45-55wt％熟铝矾土，10- 30wt％高岭土，20-35wt％宜兴产红泥。所得陶粒支撑剂为一种低密度支撑 剂，体积密度1.5-1.65克/cm3，视密度2.65-2.85克/cm3，抗破碎能力 (SY/T5108-2007)52Mpa≤7％，只能用于压力≤52Mpa油井。中国专利 CN1508390油气井压裂用固体支撑剂，由Al2O3含量65-75％的生铝矾土 细粉100wt％，外加6-10wt％的MnO2矿物细粉烧结而成。所得支撑剂为 中密度支撑剂，体积密度1.65-1.8克/cm3，视密度3.0-3.15克/cm3，抗破 碎能力(SY/T5108-2007)86Mpa≤10％，只能用于地层闭合压力不大于 69Mpa中深井。
因此，现有技术没有能够满足地层闭合压力≥86Mpa超深油气井压裂 驱采工艺固体陶粒支撑剂。
在压裂支撑剂中，人造烧结陶粒由于可以获得高强度，及可控密度， 为人们所优选，烧结陶粒中又以铝矾土为主要原料，配合其他无机物料， 制造压裂支撑剂最为广泛。现有技术以铝矾土为主要原料制备的固体陶粒 支撑剂，均难以实际达到抗压强度≥86Mpa，视密度≥3.40kg/cm3，因而不 能满足地层闭合压力≥86Mpa高压力油气层水力压裂工艺开采要求。
中国专利CN1046776公开的油、气井压裂固体支撑剂，由含Al2O365- 75％的贫铝矾土或铝矿下脚料为主要原料，辅以软质粘土和石英为辅助原 料，按100∶15∶10混合制备压力支撑剂。所得支撑剂，含Al2O360-70％， SiO223-28％，视密度只有2.8-3.0g/cm3，20～40目单颗粒抗压强度≥ 390Mpa，在60Mpa压力下，破碎率为0.8～1.6％。
中国专利CN1686924公开的高强度支撑剂，组成为：含AL2O3≥73％ 的铝钒土100份；稀土精矿0.5～5份，可燃物5～10份，粘结剂0.02～0.05 份。体积密度1.6-1.75克/cm3，视密度2.8-3.1克/cm3，导流能力60Mpa≥75％， 20～40目100Mpa破碎率≤10％。
中国专利CN1085288公开的铝矾土高强度支撑剂，Al2O3含量65-95％ 煅烧铝矾土70-95％，搭配5-30％由铁、镁、锰多种氧化物和软质粘土， 或锆英石、软质粘土辅料。所得支撑剂密度≤3.4g/cm3，视密度≤2.1g/cm3。
中国专利CN1393424公开的高强度陶粒支撑剂，AL2O3≥75％煅烧铝 矾土100份，膨润土2～15份，镧系金属氧化物1～10份，二氧化锰0.3～ 3份，氧化镁0.1～3份。所得支撑剂抗压强度69MPa以上，成品破碎率≤10 ％，但未报导视密度。
中国专利CN1699265公开的高强度陶粒支撑剂，Al2O3 74-80％，SiO2 5.5-10.5％，TiO2 2.5-3.5％，Fe2O3 4-9％，其它辅料0-3％。体积密度1.74 克/cm3，视密度3.38克/cm3，抗破碎能力(SY/T5108-1997)69Mpa≤7.69％。
中国专利CN1532165公开的微细陶粒，Al2O3含量不小于70％铝矾土 100份，粘土2～20份、镧系金属氧化物1～10份、二氧化锰0.3～3份、 氧化镁0.1～3份。抗压强度86MPa以上，成品破碎率不超过5％。但并未 公开支撑剂的视密度，并且所用原料较多，采用价格较高的稀土元素，造 成成本增高。
中国专利CN1844298公开的超强度陶粒支撑剂，铝钒土10-30％，铝 土矿50-70％，高铁铝土矿8-15％，粘土7-20％，锰矿2-5％，钾长石0.5-2.5 ％，湖精：0.1-1.2％。支撑剂体积密度1.8克/cm3，视密度3.29克/cm3，抗 破碎能力(SY/T5108-1997)86Mpa≤4.17％，69Mpa≤2.07％，100Mpa7.48％。
上述固体陶粒支撑剂，均不能同时满足抗压强度≥86Mpa，视密度≥ 3.40kg/cm3使用要求，因此均不能用于地层闭合压力≥86Mpa的高压力超深 油井、超深气井压裂驱采工艺。
申请人申请的中国专利CN1367306，组成：45-55wt％熟铝矾土，10- 30wt％高岭土，20-35wt％宜兴产红泥。所得陶粒支撑剂为一种低密度支撑 剂，体积密度1.5-1.65克/cm3，视密度2.65-2.85克/cm3，抗破碎能力 (SY/T5108-2007)52Mpa≤7％，只能用于压力≤52Mpa油井。中国专利 CN1508390油气井压裂用固体支撑剂，由Al2O3含量65-75％的生铝矾土 细粉100wt％，外加6-10wt％的MnO2矿物细粉烧结而成。所得支撑剂为 中密度支撑剂，体积密度1.65-1.8克/cm3，视密度3.0-3.15克/cm3，抗破 碎能力(SY/T5108-2007)86Mpa≤10％，只能用于地层闭合压力不大于 69Mpa中深井。
因此，现有技术没有能够满足地层闭合压力≥86Mpa超深油气井压裂 驱采工艺固体陶粒支撑剂。
发明内容
本发明目的在于克服上述已有技术不足，提供一种以视密度和抗破碎 能力更高，铝矾土为主要原料的人造烧结陶粒，能够适用于≥86Mpa高闭 合压力油气井的高密度高强度压裂支撑剂。
本发明目的实现，主要改进一是采用Al2O3含量更高的矾土中，以及通 过加入ZrO2、MnO2添加物，达到同时提高视密度和抗破碎能力，满足86Mpa 及以上高闭合压力油气井，压裂驱采要求，实现本发明目的。具体说，本 发明高密度高强度压裂支撑剂，特征是组成为Al2O3≥75％未锻烧铝矾土100 份，MnO23-8份，ZrO21-5份，成球烧成后视密度3.40-3.55kg/cm3，86Mpa 压力下抗破碎能力≤5％(20/40目粒径)，主要化学组成Al2O378-85wt％， MnO22-5wt％，ZrO22-4wt％。
本发明中
Al2O3≥75％未煅烧铝矾土，作为支撑基本组成物料。
ZrO2、MnO2，既作为反应物料，同时还具有降低烧成温度作用。加入 ZrO2主要作用是促进视密度的提高，可以使视密度达到3.40-3.55kg/cm3高 极限；MnO2有利于在高温烧结中促进晶相生成，从而抗压强度得到提高(抗 破碎能力提高)，20/40目粒径86Mpa压力下抗破碎能力≤5％。试验表明本 发明中，如果ZrO2加入量过低，则难以达到视密度≥3.40kg/cm3要求，加 入量过高，又会造成难以烧结，形成不了晶相；如果MnO2加入量过低，则 难以形成高密度晶相，但加入量过高又会造成对晶相的破坏，反而会造成 密度降低；ZrO2采用通常化学试剂加入，MnO2采用含锰量大于60％原矿物 加入。本发明份数，仅是一种试验恰当值，并非极值，适当偏离，对性能 影响影响并不十分显著，因此少量偏离，同样应属于本发明范围。
支撑剂主要化学成份，是指影响支撑剂主要性能成份，并非所有组成 成份。
本发明高密度高强度压裂支撑剂，由于采用上述特定配方，所得支撑 剂，较已有以铝钒土为主要原料的烧结陶粒支撑剂具有：所用组成物料少， 配料简单，低成本、经济性好，视密度达到3.40-3.55g/cm3密度极限，抗 压强度高，20/40目粒径，抗破碎能力(SY/T5108-2007)86Mpa≤5％、最高 可达100Mpa≤8％，能够满足地层闭合压力≥86Mpa的高压力超深油井、 超深气井压裂驱采，在高压下支撑地层裂缝，可较大幅度提高导流能力。
申请人三种支撑剂主要性能指标及化学组成对比
注：表中抗破碎率以20/40目粒径测定。
以下结合几个具体实施方式，进一步说明本发明。
本发明目的实现，主要改进一是采用Al2O3含量更高的矾土中，以及通 过加入ZrO2、MnO2添加物，达到同时提高视密度和抗破碎能力，满足86Mpa 及以上高闭合压力油气井，压裂驱采要求，实现本发明目的。具体说，本 发明高密度高强度压裂支撑剂，特征是组成为Al2O3≥75％未锻烧铝矾土100 份，MnO23-8份，ZrO21-5份，成球烧成后视密度3.40-3.55kg/cm3，86Mpa 压力下抗破碎能力≤5％(20/40目粒径)，主要化学组成Al2O378-85wt％， MnO22-5wt％，ZrO22-4wt％。
本发明中
Al2O3≥75％未煅烧铝矾土，作为支撑基本组成物料。
ZrO2、MnO2，既作为反应物料，同时还具有降低烧成温度作用。加入 ZrO2主要作用是促进视密度的提高，可以使视密度达到3.40-3.55kg/cm3高 极限；MnO2有利于在高温烧结中促进晶相生成，从而抗压强度得到提高(抗 破碎能力提高)，20/40目粒径86Mpa压力下抗破碎能力≤5％。试验表明本 发明中，如果ZrO2加入量过低，则难以达到视密度≥3.40kg/cm3要求，加 入量过高，又会造成难以烧结，形成不了晶相；如果MnO2加入量过低，则 难以形成高密度晶相，但加入量过高又会造成对晶相的破坏，反而会造成 密度降低；ZrO2采用通常化学试剂加入，MnO2采用含锰量大于60％原矿物 加入。本发明份数，仅是一种试验恰当值，并非极值，适当偏离，对性能 影响影响并不十分显著，因此少量偏离，同样应属于本发明范围。
支撑剂主要化学成份，是指影响支撑剂主要性能成份，并非所有组成 成份。
本发明高密度高强度压裂支撑剂，由于采用上述特定配方，所得支撑 剂，较已有以铝钒土为主要原料的烧结陶粒支撑剂具有：所用组成物料少， 配料简单，低成本、经济性好，视密度达到3.40-3.55g/cm3密度极限，抗 压强度高，20/40目粒径，抗破碎能力(SY/T5108-2007)86Mpa≤5％、最高 可达100Mpa≤8％，能够满足地层闭合压力≥86Mpa的高压力超深油井、 超深气井压裂驱采，在高压下支撑地层裂缝，可较大幅度提高导流能力。
申请人三种支撑剂主要性能指标及化学组成对比
注：表中抗破碎率以20/40目粒径测定。
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
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