新型超低密度復(fù)合支撐劑及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及油氣田壓裂開(kāi)采領(lǐng)域，特別地涉及一種新型超低密度復(fù)合支撐劑及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著我國(guó)及世界油氣資源日漸枯竭，人們不得不開(kāi)發(fā)難于采收的低滲透油氣藏。由于油氣藏的地層滲透率低，必須采取壓裂手段才能獲得經(jīng)濟(jì)油(氣)流，還必須用壓裂液把支撐劑攜入地層以防止地層重新閉合。
[0003]目前常用的壓裂支撐劑有石英砂、陶粒及樹(shù)脂覆膜顆粒等。其中石英砂的價(jià)格最便宜，相對(duì)密度低，便于施工栗送，但是石英砂的強(qiáng)度低、圓球度差、破碎率高，從而降低了裂縫的導(dǎo)流能力。石英砂用樹(shù)脂覆膜后圓球度有所改善，抗破碎率能力大幅度提高，導(dǎo)流能力比石英砂好。以鋁釩土為主料制造的陶粒支撐劑，圓球度、抗破碎能力和導(dǎo)流能力都比石英砂好，廣泛的被深油氣井所采用。但是陶粒的密度比石英砂大，對(duì)栗送條件及壓裂液的性能都提出了更高的要求，加大了施工難度。相比之下，低密度支撐劑具有攜帶容易，能大大降低壓裂液的粘度，減少對(duì)壓裂設(shè)備的傷害，有效降低施工難度和采油成本。因此低密度支撐劑的開(kāi)發(fā)成為支撐劑研究的方向。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有支撐劑密度大、懸浮性差對(duì)壓裂液需求苛刻等不足，提供一種懸浮性好、低密高強(qiáng)的支撐劑及其制備方法。
[0005]本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:提供一種新型超低密度復(fù)合支撐劑，其特征在于，所述支撐劑的原料為粉煤灰、粘土、招鑰^土和成孔劑，所述粉煤灰、粘土、成孔劑和招銀土的質(zhì)量比為I?40: 5?20: I?20: 10?40，且所述支撐劑通過(guò)將四種原料燒結(jié)成球，得到多孔的超低密度陶粒之后覆膜形成。
[0006]所述成孔劑為煤粉。
[0007]所述樹(shù)脂膜與多孔的超低密度陶粒的重量之比為I?15: 100。
[0008]所述樹(shù)脂膜選自酚醛樹(shù)脂、環(huán)氧樹(shù)脂、呋喃樹(shù)脂。所述樹(shù)脂膜為兩層或更多層。
[0009]另外本發(fā)明還提供了一種制備新型超低密度復(fù)合支撐劑的方法，包括如下步驟:
[0010]I)粉料制作，其中以粉煤灰、粘土、鋁釩土為原料，煤粉為成孔劑，按比例將四種成分經(jīng)研磨為粒徑不大于325目后，混合，得到粉料；
[0011]2)造粒，將粉料加入盤(pán)式造粒機(jī)中，經(jīng)噴霧法加水造粒，待達(dá)到一定粒徑后，停止造粒;
[0012]3)烘干、篩選，顆粒在干燥設(shè)備中經(jīng)100-200°C加熱到含水率位于0.1% -8%時(shí)，取出，篩選出一定粒徑的顆粒；
[0013]4)燒結(jié)，干燥后的顆粒放入馬弗爐中進(jìn)行燒結(jié)，控制燒結(jié)溫度為1050-1300°C ；
[0014]5)冷卻，將燒結(jié)后的顆粒取出，置于降溫室內(nèi)自然冷卻到室溫；
[0015]6)按粒徑篩選，獲得超低密度陶粒骨料；
[0016]7)覆膜，在超低密度陶粒外覆樹(shù)脂膜；
[0017]8)冷卻，破碎、篩分，得到支撐劑。
[0018]所述樹(shù)脂膜為兩層，因此覆膜時(shí)樹(shù)脂分兩次加入，且兩次加入的樹(shù)脂相同或者不同，所述覆膜操作如下:加熱超低密度陶粒到150?350°C之間，放入混料機(jī)中攪拌冷卻到150?250°C時(shí)加入樹(shù)脂攪拌10-60秒，加入固化劑繼續(xù)攪拌15-120秒；再加入另外一份樹(shù)脂攪拌10-60秒，再加入固化劑攪拌15-120秒，然后加入潤(rùn)滑劑繼續(xù)攪拌直至物料完全分散，將物料冷卻、破碎、過(guò)篩。所述樹(shù)脂膜中的樹(shù)脂選自酚醛樹(shù)脂、環(huán)氧樹(shù)脂、呋喃樹(shù)脂，其中酚醛樹(shù)脂選自熱固性酚醛樹(shù)脂和熱塑性酚醛樹(shù)脂。
[0019]使用熱固性酚醛樹(shù)脂時(shí)，選用熱塑性酚醛樹(shù)脂固化劑為固化劑，且熱塑性酚醛樹(shù)脂與固化劑質(zhì)量比為3?20: 100。
[0020]使用環(huán)氧樹(shù)脂時(shí)，環(huán)氧樹(shù)脂環(huán)氧值為0.04?0.54eq/100g，選用改性胺類(lèi)固化劑為固化劑，且所述環(huán)氧樹(shù)脂與改性胺類(lèi)固化劑質(zhì)量比為3?20: 100。
[0021]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比:產(chǎn)品密度低，體密度小于1.20g/cm3，視密度小于2.0Og/cm3,從而實(shí)現(xiàn)懸浮性好，可大大降低壓裂液中增稠劑的用量；表層覆膜使顆粒表面光滑，這樣降低了對(duì)壓裂設(shè)備的磨損，這就大大降低了壓裂施工成本。新型超低密度復(fù)合支撐劑強(qiáng)度高，69MPa閉合壓力下，破碎率小于4%。
【具體實(shí)施方式】
[0022]根據(jù)本發(fā)明的支撐劑，以粉煤灰、粘土、鋁釩土為原料，煤粉為成孔劑燒結(jié)成多孔球，即得超低密度陶粒，所述粉煤灰、粘土、煤粉和鋁釩土的質(zhì)量比為I?40: 5?
20: I ?20: 10 ?40。
[0023]粉煤灰、粘土、粉煤和鋁釩土的粉碎成粒徑為不大于325目的顆粒，經(jīng)混料、成球，并在1050?1300°C燒結(jié)。
[0024]所述樹(shù)脂膜與多孔的超低密度陶粒的重量之比為I?15:1OO0
[0025]所述樹(shù)脂膜選自酚醛樹(shù)脂、環(huán)氧樹(shù)脂、呋喃樹(shù)脂中的一種或者多種。
[0026]其特征在于所述樹(shù)脂膜為兩層或更多層，有效提高支撐劑的表面光滑度、抗破碎能力、酸溶解度。
[0027]根據(jù)本發(fā)明的新型超低密度復(fù)合支撐劑的方法，包括如下步驟:
[0028]I)粉料制作，其中以粉煤灰、粘土、鋁釩土為原料，煤粉為成孔劑，按比例將四種成分經(jīng)研磨為粒徑為不大于325目后，混合，得到粉料；
[0029]2)造粒，將粉料加入盤(pán)式造粒機(jī)中，經(jīng)噴霧法加水造粒，待達(dá)到第一粒徑范圍后，停止造粒；其中第一粒徑范圍為0.2-1.2mm，具體地，生產(chǎn)中常用的包括以下規(guī)格:0.6-1.2mm、0.45-0.85mm.0.3-0.6mm 或 0.2-0.45mm。
[0030]3)烘干、篩選，顆粒在干燥設(shè)備中經(jīng)100-200°C加熱到含水率位于0.1% -8%時(shí)，取出，篩選出一定粒徑的顆粒；
[0031]4)燒結(jié)，干燥后的顆粒放入馬弗爐中進(jìn)行燒結(jié)，控制燒結(jié)溫度為1050-1300°C ；
[0032]5)冷卻，將燒結(jié)后的顆粒取出，置于降溫室內(nèi)自然冷卻到室溫；
[0033]6)按第二粒徑范圍篩選，獲得超低密度陶粒骨料；其中第二粒徑范圍為0.2-1.2mm，實(shí)際生產(chǎn)中常用的產(chǎn)品規(guī)格包括:0.60-1.18mm，0.425-0.850mm, 0.3-0.6mm，0.212—0.425mm。
[0034]7)覆膜，在超低密度陶粒外覆樹(shù)脂膜；
[0035]8)冷卻，破碎、篩分，得到支撐劑。
[0036]覆膜操作的特點(diǎn)在于，所選擇的樹(shù)脂分兩次加入進(jìn)行覆膜，兩次加入的樹(shù)脂可以為相同樹(shù)脂或者不同樹(shù)脂，具體操作如下:加熱超低密度陶粒到150?350°C之間，放入混料機(jī)中攪拌冷卻到150?240°C時(shí)加入樹(shù)脂攪拌10-60秒，加入固化劑繼續(xù)攪拌15-120秒；再加入另外一份樹(shù)脂攪拌10-60秒，再加入固化劑攪拌15-120秒，然后加入潤(rùn)滑劑繼續(xù)攪拌直至物料完全分散，將物料冷卻、破碎、過(guò)篩。樹(shù)脂分兩次加入，可以在超低密度陶粒的表面覆兩層膜。如果需要多層膜，同理應(yīng)該多次加入樹(shù)脂以及對(duì)應(yīng)的樹(shù)脂固化劑。其中所加入的樹(shù)脂總重量與多孔的超低密度陶粒的重量之比為I?15: 100。覆膜過(guò)程中每次所加入樹(shù)脂的重量決定了每層樹(shù)脂膜的厚度。
[0037]樹(shù)脂膜中的樹(shù)脂選自酚醛樹(shù)脂、環(huán)氧樹(shù)脂、呋喃樹(shù)脂，其中酚醛樹(shù)脂選自熱固性酚醛樹(shù)脂或熱塑性酚醛樹(shù)脂。
[0038]進(jìn)一步地，使用熱塑性酚醛樹(shù)脂時(shí)，其中熱塑性酚醛樹(shù)脂與固化劑質(zhì)量比為10?20: 100。
[0039]進(jìn)一步地，使用環(huán)氧樹(shù)脂時(shí)，環(huán)氧樹(shù)脂環(huán)氧值為0.04?0.54eq/100g，選用改性胺類(lèi)固化劑為固化劑，且所述環(huán)氧樹(shù)脂與改