一种超轻质陶粒支撑剂、制备和应用及页岩油气开采方法技术

本发明专利技术提供了一种超轻质陶粒支撑剂、制备和应用及页岩油气开采方法。本发明专利技术所述支撑剂中，以煤灰为主要原料，从而降低了其他矿石的用量，并降低了制造成本；同时，由于本发明专利技术中以低密度煤灰等作为主要原料，从而也进一步降低了所制得支撑剂的密度。本发明专利技术支撑剂具有原料价格低廉、所制得的陶粒支撑剂密度低、强度好等优点，并能够有效用于页岩油气藏开采，并且减少开采中胍胶等关联产品的用量，在降低开采成本的同时，还能够减少开采所带来的环境污染。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及油气开采领域，具体而言，涉及一种超轻质陶粒支撑剂、制备和应用及页岩油气开采方法。
技术介绍
水力压裂法也称液压破碎法，是开采非常规页岩油气时所用的一种钻井技术，主要目标是令油气井增产。水力压裂法的原理是利用地面高压泵将大量化学物质掺杂水、砂等制成压裂液，再灌注岩石深处并压裂岩石，将石油或天然气从致密的岩层中导出，从而将储存在页岩气中巨量的石油和天然气资源释放出来。当前，水力压裂法对天然气井增产效果更为明显。虽然此项技术已经存在逾60年，但是直到最近才在美国运用于很大一部分页岩油气的生产中。页岩生产技术帮助美国超越沙特阿拉伯和俄罗斯，并在2014年成为世界上最大的石油生产国。截止2015年，我国页岩气产量已达到65亿立方米，但仍然对燃气格局影响有限。我国天然气目前还是供不应求，到2020年我国天然气需要将达到3000亿立方米，预计在2020年产量将达到2000亿立方米，供需缺口1000亿立方米，对外依存度高达33％。截至2015年底，我国页岩气资源勘探和开采量不断增加，分别在江西、四川、重庆、河南四处产量都有所突破，此外在贵州、湖南、甘肃、湖北及安徽、山西均有所发现及勘探。采用水力压裂法开采非常规页岩油气的施工中，通常都会使用支撑剂，其中最常用的一种支撑剂就是陶瓷颗粒支撑剂。陶粒支撑剂是由几种矿石经过配料、研磨成粉体、团聚成球体颗粒、烘干、高温烧结、冷却、按规定粒径筛分后而成的一种陶瓷材料。其可以作为油气开采过程的填充剂，并能够增加油气的产量、导流能力、渗透率和油气井的寿命。陶粒支撑剂按其体积密度(堆积密度)和视密度(真实密度)的高低划分为4种产品，即高密度、中密度、低密度和超轻质。陶粒支撑剂的密度越低，在施工过程中所用到的关联产品(比如胍胶)就越少，从而降低页岩油气开采成本，并减少化学品使用对环境所产生的污染。因而，超轻质陶粒支撑剂就成了研发的热点所在。然而，市场上现有产品虽然命名为超轻质陶粒，但多是体积密度和视密度(真实密度)实际上是达不到要求；同时，市场上现有产品配方的原材料多采用优质铝矾土、锰粉、白云石、优质焦宝石等矿产资源，这些矿石的大量开采不仅对生态环境造成破坏，而且由于原料成本过高也进一步导致了石油压裂支撑的成本居高不下。有鉴于此，特提出本专利技术。
技术实现思路
本专利技术的第一目的在于提供一种超轻质陶粒支撑剂，所述的支撑剂中，以煤灰为主要原料，从而降低了其他矿石的用量，并降低了制造成本，进而解决了现有技术陶粒支撑剂制备中由于矿石原料使用所带来的环境以及制造成本高等问题。同时，由于本专利技术中以低密度煤灰等作为主要原料，从而也进一步降低了所制得支撑剂的密度。本专利技术支撑剂具有原料价格低廉、所制得的陶粒支撑剂密度低、强度好等优点。本专利技术的第二目的在于提供一种所述的超轻质陶粒支撑剂的制备方法，所述方法中，通过以本专利技术方法所述配方作为原料，并经过粉碎、均化、配料、研磨以及烘干烧结等步骤制备超轻质陶粒支撑剂，具有制备方法便捷，所制得的陶粒支撑剂耐压性好等优点。本专利技术的第三个目的在于提供所述超轻质陶粒支撑剂在页岩油气藏开采中的应用。本专利技术超轻质陶粒支撑剂密度低且耐压性好，能够有效用于页岩油气藏开采，并且减少开采中其他关联产品的(比如胍胶)用量，在降低开采成本的同时，还能够减少开采所带来的环境污染。为了实现本专利技术的上述目的，特采用以下技术方案：一种超轻质陶粒支撑剂，按照重量百分数计，所述支撑剂主要由以下原料制成：高岭土20～50％，矿渣10～45％以及煤灰30～70％。本专利技术中，通过使用煤灰等轻质且廉价的原料，从而可以在降低支撑剂制备成本的同时，还能够使得所制得的支撑剂具有较低的密度和较好的强度，从而能够有效的应用于页岩油气藏开采，并减少进一步开采过程中所添加的胍胶等化学试剂。可选的，本专利技术中，所述支撑剂由以下原料制成：高岭土20～50％，例如可以为但不限于22％、25％、27％、30％、32％、35％、37％、40％、43％、45％、47％等；矿渣20～45％，例如可以为但不限于23％、25％、27％、30％、32％、35％、42％或者43％等；以及煤灰30～55％，例如可以为但不限于32％、35％、37％、40％、42％、45％、47％、50％或者53％等。可选的，本专利技术中，所述支撑剂的密度为1.1-1.3g/cm3。可选的，本专利技术中，按照重量百分数计，所述支撑剂主要由以下原料制成：高岭土30～50％，矿渣30～40％以及煤灰30～40％。本专利技术中，通过对各原料用量的进一步调整和优化，从而进一步优化了本专利技术所制得支撑剂的性能。可选的，本专利技术中，按照重量百分数计，所述支撑剂由以下原料制成：高岭土30～50％，矿渣30～40％以及煤灰30～40％。同时，本专利技术还提供了所述超轻质陶粒支撑剂的制备方法，所述方法包括如下步骤：(1)分别取高岭土、矿渣以及煤灰，并粉碎；(2)按照本专利技术原料比例，分别称取适量粉碎后的高岭土、矿渣以及煤灰，并混合均化；(3)将混合均化后的混合原料研磨后，进行沉腐均化；(4)将沉腐均化后的混合原料雾化制粒，然后将制得的颗粒筛分后干燥，并进行表面处理，然后将表面处理的颗粒储存均化；(5)将储存均化的颗粒烧结，然后冷却均化，并再次筛分，筛分后再次进行表面处理，即得所述超轻质陶粒支撑剂。本专利技术中，通过以本专利技术方法所述组分作为原料，并经过配料、研磨以及干燥烧结等步骤程序制备本专利技术超轻质陶粒支撑剂，因而可以在较低温度下烧结并制备具有良好的耐压性的陶粒支撑剂；同时，本专利技术中，通过设置多次均化和沉腐操作，还可以使得本专利技术原料化学组分组成更加均匀，也可以降低原料混合物粉体的内部应力，从而增加造粒后颗粒的粘度和密实度，并进一步增加所制得支撑剂强度。本专利技术中，步骤(2)中所述分别称取粉碎后的高岭土、矿渣以及煤灰为采用电脑控计量和称取各原料。本专利技术中，所述制备为多批次连续制备；进一步的，本专利技术中，步骤(2)中所述混合均化为将多批次混合后的原料再次混合后静置，然后在进行研磨。本专利技术中，步骤(3)中所述沉腐均化为将研磨的原料再次均质混合，然后静置后进行均化。本专利技术中，步骤(4)中所述储存均化为将表面处理后的颗粒储存，并均化。本专利技术中，步骤(5)中所述冷却均化为将烧结后的颗粒在自然条件下冷却，并均化。本专利技术中，步骤(5)中所述再次进行表面处理，为将烧结后的颗粒进行表面打磨处理。可选的，本专利技术中，步骤(3)中所述研磨为多次研磨，并研磨至混合均化后的混合原料的粒径小于等于21μm；例如2、3、4或者更多次研磨。本专利技术中，通过采用多次研磨的方法，并控制原料混合物的粒径，从而可以提高雾化造粒后颗粒的粘合性，同时还能够使得原料在烧结过程中反应速度更快且原料反应更加充分，提高晶粒所占比例，并使得晶粒排列密实；进一步的，多次研磨还能够提高产品表面的光洁度，并减少产品的破损率，同时还能够提高所制得支撑剂的强度。可选的，本专利技术中，所述研磨是在球磨机中进行的。可选的，本专利技术中，步骤(4)中所述雾化制粒为将水雾化后与沉腐均化后的混合原料进行混合后，在转动中聚团制粒；其中，水的质量克数为沉腐均化后的混合原料的质量克数的5～20％，例如可以为但不限于6％、8％、10％、12％、15％、17％或者19％等。本专利技术中，通过对雾本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种超轻质陶粒支撑剂，其特征在于，按照重量百分数计，所述支撑剂主要由以下原料制成：高岭土20～50％，矿渣10～45％以及煤灰30～70％。

【技术特征摘要】
1.一种超轻质陶粒支撑剂，其特征在于，按照重量百分数计，所述支撑剂主要由以下原料制成：高岭土20～50％，矿渣10～45％以及煤灰30～70％。2.根据权利要求1所述的支撑剂，其特征在于，按照重量百分数计，所述支撑剂主要由以下原料制成：高岭土30～50％，矿渣30～40％以及煤灰30～40％。3.权利要求1或2所述支撑剂的制备方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：(1)分别取高岭土、矿渣以及煤灰，并粉碎；(2)按照权利要求1或2所述的原料比例，分别称取适量粉碎后的高岭土、矿渣以及煤灰，并混合均化；(3)将混合均化后的混合原料研磨后，进行沉腐均化；(4)将沉腐均化后的混合原料雾化制粒，然后将制得的颗粒筛分后干燥，并进行表面处理，然后将表面处理的颗粒储存均化；(5)将储存均化的颗粒烧结，然后冷却均化，并再次筛分，筛分后再次进行表面处理，即得所述超轻质陶粒支撑剂。4.根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：安丽丽，
申请(专利权)人：邯郸市马头盛火陶瓷有限公司，
类型：发明
国别省市：河北;13