CN103159464B

CN103159464B - 一种利用炉渣制备页岩气开采用压裂支撑剂的方法

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Publication number: CN103159464B
Application number: CN201310130487.0A
Authority: CN
Inventors: 赵友谊; 曾华生; 王�琦; 王浩; 李刚
Original assignee: JINGANG NEW MATERIALS CO Ltd
Current assignee: JINGANG NEW MATERIALS CO Ltd
Priority date: 2013-04-16
Filing date: 2013-04-16
Publication date: 2014-04-30
Anticipated expiration: 2033-04-16
Also published as: CN103159464A

Abstract

本发明公开了一种利用炉渣制备页岩气开采用压裂支撑剂的方法。该方法以炉渣为主料，以高温氧化铝收尘粉、氧化铝粉体废料及锂辉石尾矿组成复合烧结助剂。本发明的炉渣含碳量高，利用碳高温下燃烧在支撑剂内部产生大量气体，利用助烧剂产生的高粘度液相，将气体封闭于支撑剂小颗粒的内局部区域，形成分布大量的微小闭合气孔，起到降低密度，增加抗压的作用。本发明所使用的炉渣和所采用的复合助烧剂都是废料，有助于节约天然资源，增加了产品的技术含量和附加值，提高经济效益。

Description

一种利用炉渣制备页岩气开采用压裂支撑剂的方法

技术领域

本发明涉及页岩气专用压裂开采技术领域，具体涉及一种利用炉渣制备页岩气开采用压裂支撑剂的方法。

背景技术

页岩气储集层渗透率低，气流的阻力比常规天然气大，开采难度较大，页岩气的最终采收率依赖于有效的压裂措施，其中压裂支撑剂的作用十分重要。目前广泛使用的支撑剂主要天然石英砂、人造陶粒及涂敷预固化涂层和可固化涂层树脂的天然砂或人造支撑剂三种类型。其中人造陶粒支撑剂主要采用铝矾土为原料。随优质铝矾土资源的枯竭，人们开始用低品位的铝矾土和其它含铝原料。

申请号为201210453012.0中国专利公开了一种超低密度陶粒支撑剂及其制备方法，该低密度陶粒支撑剂以铝土矿为主要原料，配入粘土、石英、白云石，以锰矿并添加少量的二氧化钛、碳酸钙、氧化铁中的一种或者组合为助烧剂，经过球磨、造粒、烧成、筛分得到成品。申请号为201210116790.0中国专利公开了一种利用低品位铝矾土制备陶粒支撑剂的生产工艺，主料为低品位铝矾土，添加高岭土，以钛精矿为助烧剂。

利用其它固体废弃物制备支撑剂可减少对铝矾土的依赖。如中国专利201010301161公开了一种陶粒及其制作方法，它的原料及其组分为：高铝粉煤灰或渣40%-99.5%、粘结剂0.5-60%，特别是还添加辅助材料1-23%的原料组分。专利201010550527公开了一种陶粒的制备方法，它是将粉煤灰、高岭土、三氧化二铁和碱式碳酸镁湿磨后烘干破碎得粉料；将粉料制成球形颗粒后素烧得素烧陶粒；取Li-Al-Si系统微晶玻璃粉；将所制备的微晶玻璃粉倒入造粒机中搅拌，待素烧陶粒表面已被微晶玻璃粉完全包裹后，得包裹微晶玻璃粉的素烧陶粒；将包裹微晶玻璃粉的素烧陶粒放入造粒机中，加入粉料，待包裹有微晶玻璃粉的素烧陶粒再被粉料完全包裹后得待烧陶粒；在马弗炉中烧结后破碎即得陶粒。中国专利200910015979公开了一种高强度石油压裂支撑剂及其制备方法，它采用陶瓷辊棒废料、赤泥、粉煤灰为主要原料，添加白云石、陶瓷粘土为辅料，氧化锰或碳酸钡为助烧剂。但是利用炉渣制备陶粒的报道较少。如：申请号为201110237966.3的中国专利公开了一种气化炉渣陶粒的材料配方及其陶粒生产方法，其中气化炉渣为主要原料，还添加有CaO、CaSO₄或玻璃粉为助溶剂。所得陶粒粒径大（10mm），强度低，用于滤池填料和建筑保温，但是无法用作页岩气开采压裂支撑剂。这是因为页岩气开采需要的压裂支撑剂的粒径小（其颗粒要求粒度为1-500微米），因此上述的陶粒无法用作页岩气专用压裂支撑剂。此外,如何在支撑剂小颗粒中形成较均匀分布的气孔也是一道难题。

助烧剂也是人造陶粒支撑剂生产必不可少的。中国专利200510021256提供了一种高钛型石油压裂支撑剂，其化学成分按重量百分比组成包括：5～45%的高钛型高炉渣、10～30%的高铝砖、17～77%铝矾土和4～8%的复合烧结剂。申请号为201210143576的中国专利公开了一种利用鹅卵石为主要添加剂的超低密度陶粒支撑剂及其制备方法。选用钾长石、方解石和镁砂为助烧剂，比目前常用的锰矿粉的成本要低。申请号为201110236846的中国专利提供了一种轻质耐酸陶粒压裂支撑剂的制备方法，它所用助烧剂为钡、钙、镁和硼的化合物中的一种或多种；申请号为201010143771的中国专利公开了一种无硅或低硅耐酸陶粒压裂支撑剂的制备方法，它所使用的助烧剂为二氧化钛、硼酸、碳酸钙、氧化镁和白云石中的一种或多种；申请号为200710168057的中国专利公开了一种耐酸压裂支撑剂的制备方法，它所用助烧剂助烧为Fe₂O₃、TiO₂、硼砂和磁铁矿中的一种或数种。以上助烧剂成本较高。

发明内容

本发明克服了上述现有技术的不足，提供了一种制备页岩气开采用压裂支撑剂的方法，该方法是以煤燃烧后的炉渣为主要原料，可完全利用炉渣含碳量高的特性，在支撑剂高温生产过程中，炉渣残留碳继续燃烧，产生的大量气体，利用特别配制的助烧剂，让气体在颗粒尺寸很小的支撑剂中局部微小区域成为封闭气孔，从而有利于降低支撑剂密度。

本发明的技术方案是：一种利用炉渣制备页岩气开采用压裂支撑剂的方法，其特征是，以炉渣为主料，以高温氧化铝收尘粉（即高温氧化铝粉体生产时收集的废尘粉体）、氧化铝粉体废料（含钠0.5～1.5wt%）及锂辉石尾矿组成复合烧结助剂，各原料的重量份如下：炉渣88.5～93.8份，高温氧化铝收尘粉5～8份，氧化铝粉体废料1～2份，锂辉石尾矿0.2～1.5份。

所述炉渣为煤气发生炉气化原料煤后，获得的固体残渣，其化学组成及其质量百分数为：SiO₂44-48%、Al₂O₃30-34%、Fe₂O₃≤5.5%、CaO≤5.5%，其余为碳及不可避免的杂质；

所述锂辉石尾矿的含锂量为3-4wt%。

所述高温氧化铝收尘粉和氧化铝粉体废料的氧化铝含量为90～95%（质量比）。

本发明的制备方法为常规的制备方法，优选采用中国专利201210116790.0（发明名称：利用低品位铝矾土制备陶粒支撑剂的生产工艺）中的制备方法。

本发明的炉渣含碳量为≥10%，利用碳高温下燃烧在支撑剂内部产生大量气体，利用助烧剂产生的高粘度液相，将气体封闭与局部区域，形成分布大量的微小闭合气孔，起到降低密度，增加抗压的作用。

所述的复合烧结助剂为高温氧化铝时的收尘粉和氧化铝粉体废料（含钠0.5～1.5）及锂辉石尾矿。利用锂辉石尾矿中的锂及氧化铝粉体废料及收尘粉中的钠的助熔剂作用，在支撑剂烧成时形成液相。利用收尘粉颗粒细，氧化铝含量高的特点，增加液相的粘度，从而有利于密封住炉渣中碳燃烧产生的气体。此外，此助烧剂全部采用废料，既废物利用，又解决了企业废料污染问题。

本发明页岩气专用压裂支撑剂依据SY/T5108-2006，“压裂支撑剂性能测试推荐方法”进行测试，测试结果为：超低密度、高强度页岩气专用压裂支撑剂（20-40目）：体积密度≤1.45g/cm³；视密度≤2.65g/cm³；52MPa闭合压力破碎率2.2～3%；69MPa闭合压力破碎率5～6%；耐酸性＜3%。

本发明与现有技术相比，具有以下显著的特点：

(1)本发明所使用的炉渣和所采用的复合助烧都是废料，有助于节约天然资源，增加了产品的技术含量和附加值，提高经济效益。

(2)本发明的炉渣含碳量高，利用碳高温下燃烧在支撑剂内部产生大量气体，利用助烧剂产生的高粘度液相，将气体封闭与局部区域，形成分布大量的微小闭合气孔，起到降低密度，增加抗压的作用。

具体实施方式

实施例对本发明仅作进一步说明，但不仅限于此。

实施例1：

配比（重量份）：炉渣92份，高温氧化铝收尘粉6份，氧化铝粉体废料1份，锂辉石尾矿1份。

所述炉渣的化学组成及其质量百分数为：SiO₂44%、Al₂O₃33%、Fe₂O₃5%、CaO5%；

所述锂辉石尾矿的含锂量为3.8wt%。

所述高温氧化铝收尘粉和氧化铝粉体废料的氧化铝含量为90～95%（质量比）；其中氧化铝粉体废料含钠0.5-1.5%（质量比）。

本发明的制备方法采用中国专利201210116790.0（发明名称：利用低品位铝矾土制备陶粒支撑剂的生产工艺）中的制备方法。

具体如下：将主料铝矾土矿石和炉渣破碎为5mm的颗粒后，与其他辅料混配成混合料。以混合料：氧化铝球研磨介质：水=1：2.5：0.9的重量比混合后，添加混合料质量0.6%的六偏磷酸钠球磨助剂，置于球磨机中湿磨18小时成为泥浆，使泥浆粒度达到13微米，放入泥浆池陈腐。陈腐后所得泥浆泵喷雾干燥得到水份为4%的松散颗粒；然后将上述松散颗粒再次打散碎为粒径13微米的粉料；将上述所得粉料入仓后，转入圆盘制粒机中，在制粒机单向匀速转动下，用水喷雾滚制造粒，颗粒经筛分得到半成品坯球；然后将半成品坯球送入烘干-烧成综合系统中，于1330℃下保温时间3小时得到成品，对成品进行抛光处理，增加支撑剂陶粒的表面光滑度。

按照石油天然气行业标准《压裂支撑剂性能测试推荐方法》SY/T5108-2006对本实施例1制备的压裂支撑剂进行测试，主要的性能指标见表1。

实施例2：

配比（重量份）：炉渣88.5份，高温氧化铝收尘粉8份，氧化铝粉体废料2份，锂辉石尾矿1.5份。

所述炉渣的化学组成及其质量百分数为：SiO₂44.8%、Al₂O₃33.8%、Fe₂O₃4.8%、CaO5.3%。

其他原料的性能指标及制备方法同实施例1，按照石油天然气行业标准《压裂支撑剂性能测试推荐方法》SY/T5108-2006对本实施例2制备的压裂支撑剂进行测试，主要的性能指标见表1。

实施例3

配比（重量份）：炉渣93.5份，高温氧化铝收尘粉5份，氧化铝粉体废料1份，锂辉石尾矿0.5份。

所述炉渣的化学组成及其质量百分数为：SiO₂44.3%、Al₂O₃33.7%、Fe₂O₃5.0%、CaO5.2%。

其他原料的性能指标及制备方法同实施例1，按照石油天然气行业标准《压裂支撑剂性能测试推荐方法》SY/T5108-2006对本实施例3制备的压裂支撑剂进行测试，主要的性能指标见表1。

实施例1-3制备的陶粒支撑剂的性能指标

Claims

1.一种利用炉渣制备页岩气开采用压裂支撑剂的方法，其特征是，以炉渣为主料，以高温氧化铝收尘粉、氧化铝粉体废料及锂辉石尾矿组成复合烧结助剂，各原料的重量份如下：炉渣88.5～93.8份，高温氧化铝收尘粉5～8份，氧化铝粉体废料1～2份，锂辉石尾矿0.2～1.5份；所述炉渣的化学组成及其质量百分数为：SiO₂44-48%、Al₂O₃30-34%、Fe₂O₃≤5.5 %、CaO ≤5.5%，含碳量为≥10%；所述氧化铝粉体废料含钠0.5~1.5wt%。

2.如权利要求1所述的一种利用炉渣制备页岩气开采用压裂支撑剂的方法，其特征是，所述高温氧化铝收尘粉和氧化铝粉体废料的氧化铝含量为90~95wt%。

3.如权利要求1或2所述的一种利用炉渣制备页岩气开采用压裂支撑剂的方法，其特征是，所述锂辉石尾矿的含锂量为3-4wt%。