一种压裂支撑剂用添加剂、压裂支撑剂及制备方法

摘要

本发明公开了一种压裂支撑剂用添加剂、压裂支撑剂及制备方法，属于油田化工技术领域。该压裂支撑剂用添加剂由以下重量百分含量的组分组成：硼酸15.5～18%、镁质粘土65～70%、硅灰12.5～18%。压裂支撑剂由以下重量百分含量的组分组成：低品位铝矾土52～82%、煅烧高岭土5～15%、压裂支撑剂生产废品10～25%、压裂支撑剂用添加剂3～8%。本发明制备的压裂支撑剂用添加剂成本较低，制备的压裂支撑剂具有体积密度、视密度、酸溶解度和破碎率低等优点，不仅能降低生产成本和压裂成本，还有利于油气田增产。本发明将压裂支撑剂生产废品作为原料重新加入，能够实现废料的循环利用。

说明书

技术领域

本发明具体涉及一种压裂支撑剂用添加剂，以及采用该添加剂的压裂支撑剂及其制备 方法，属于油田化工技术领域。

背景技术

压裂支撑剂的用途是在石油天然气井经开采时，高闭合压力低渗透性矿床经压裂处理 后，使含油气岩层裂开，油气从裂缝形成的通道中汇集而出。用陶粒支撑剂材料随同高压 溶液进入地层填充在岩石裂缝中，起到支撑裂缝不因应力释放而闭合的作用，从而保持高 导流能力，使油气畅通，增加产量。陶粒支撑剂广泛用于石油天然气的开采中，提高石油 天然气产量，并且支撑地面不下陷。

目前生产压裂支撑剂的方法有很多种，如中国专利（公开号：CN 1393424A）2001 年公开的一种高强度陶粒支撑剂，以贵州轻烧铝矾土（铝矾土Al₂O₃含量在75%以上）为 基料，添加粘土、镧系稀土、氧化锰、氧化镁等，共磨后加水造粒，经1100～1500℃烧成 制品。再如专利（公开号：CN 1686924A）2005年公开的一种高强度支撑剂，以高铝矾土 （Al₂O₃含量在73%以上）、稀土精矿、可燃物及粘结剂为原料，经磨细工艺，加水造粒， 经1200～1500℃烧成制品。然而上述两项发明所采用的原料中，生铝矾土或轻烧铝矾土的 Al₂O₃含量均在73%以上，并添加部分稀土精矿，原材料价格较贵，世界储量已近枯竭， 不易购得。在烧结温度方面最高温度都达到了1500℃，也使得烧成所需的燃料成本居高不 下。采用这两种方法制造的压裂支撑剂性能指标也仅是达到了石油化工行业标准的上限要 求，其生产成本较高，而性价比太低。

发明内容

本发明的目的是提供一种压裂支撑剂用添加剂。

同时，本发明还提供一种压裂支撑剂，以降低生产成本。

最后，本发明还提供一种压裂支撑剂的制备方法。

为了实现以上目的，本发明所采用的技术方案是：

一种压裂支撑剂用添加剂，由以下重量百分含量的组分组成：硼酸15.5～18%、镁质 粘土65～70%、硅灰12.5～18%。

优选的，一种压裂支撑剂用添加剂，由以下重量百分含量的组分组成：硼酸16%、镁 质粘土68%、硅灰16%。

所述的硼酸、高岭土、硅灰为市售商品。

一种压裂支撑剂，由以下重量百分含量的组分组成：低品位铝矾土52～82%、煅烧高 岭土5～15%、压裂支撑剂生产废品10～25%、压裂支撑剂用添加剂3～8%。

所述的低品位铝矾土为Al₂O₃含量为50～58%。

所述的煅烧高岭土为市售商品。

所述的压裂支撑剂生产废品主要包括以下重量百分含量的组分：Al₂O₃ 70～75%、Fe₂O₃  2～3%、SiO₂ 20～25%、TiO₂ 2～3.5%。

一种压裂支撑剂的制备方法，包括以下步骤：

（1）按重量百分含量准确取各组分，混匀后球磨成细粉备用；

（2）将水雾化后与步骤（1）的细粉混合制成球状颗粒，在1150～1250℃下烧结后冷 却即得压裂支撑剂。

所述步骤（1）中各组分在球磨前破碎成30～50mm的颗粒，以便于球磨。

所述步骤（1）中细粉粒度达400目，以提高产品的外观光洁度。

所述步骤（2）中颗粒粒径为0.425～0.85mm。

本发明的有益效果：

本发明压裂支撑剂用添加剂采用硼酸、镁质粘土和硅灰，能够降低烧成温度、拉宽烧 成范围并提高产品的强度，其原材料成本较低。其中，镁质粘土和硼酸作为助熔剂，硅灰 用来提高产品的强度。

本发明压裂支撑剂采用Al₂O₃含量为50～58%的低品位铝矾土，资源储量大、价格便 宜，相较高位品铝矾土（如Al₂O₃含量在73%以上），从原料成本考虑能减少30～50%，且 高品位铝矾土的开采量日益减少，价格不断攀升，不利于降低生产成本。本发明制备的压 裂支撑剂具有体积密度、视密度、酸溶解度和破碎率低等优点，不仅能降低生产成本和压 裂成本，还有利于油气田增产。

本发明的压裂支撑剂将生产废品作为原料重新加入，实现了废料的循环利用，废料中 的Al₂O₃、Fe₂O₃、SiO₂、TiO₂四种成分是生产陶粒支撑剂原材料评价的主要成分。本发明 将废品以10～25%的比例加入，制备压裂支撑剂的体积密度为1.57～1.65g/cm³，视密度为 2.80～2.95g/cm³，酸溶解度为4.2～4.5%，69Mpa下破碎率为4.5%，在油气开采压裂施工 中，不仅便于携带，且能降低压裂液配制成本，节约资源，符合国家节能降耗的政策。

在油气开采压裂施工中，陶粒支撑剂的使用设计是按立方计算，而采购按吨计算，体 积密度大，单位体积的采用成本就高，而视密度是配制压裂液的主要参考数据，视密度越 大配制压裂液的成本就越高，且在压裂液向油气井地层注入的过程中不便于携带。酸溶解 度越高，抗酸性越差，容易被压裂液腐蚀破坏，从而对地层造成污染；而破碎率越高，压 裂产生的破碎颗粒越多，提高导流能力的效果越差。相反的，酸溶解度和破碎率越低，有 利于压裂增产。

本发明制备压裂支撑剂的方法简单，成本低，适于工业化生产。本发明中半成品的烧 结温度为1150～1250℃，每吨产品耗气量为90～105m³，而采用Al₂O₃含量在73%以上的 铝矾土做主料时，半成品烧结温度为1200～1500℃，每吨产品的耗气量为130～150m³， 从燃料方面本发明每吨产品节约燃气30～40m³，以年产量10万吨计算，每年可节省燃料 成本1050～1400万元。

具体实施方式

下述实施例仅对本发明作进一步详细说明，但不构成对本发明的任何限制。

实施例1

本实施例中的压裂支撑剂用添加剂由以下重量百分含量的组分组成：工业硼酸16%、 镁质粘土68%、硅灰16%。

本实施例中的压力支撑剂由以下重量百分含量的组分组成：低品位铝矾土60%、煅烧 高岭土12%、压裂支撑剂生产废品20%、压裂支撑剂用添加剂8%。

本实施例中压力支撑剂的制备包括以下步骤：

（1）将低品位铝矾土、压裂支撑剂生产废品、煅烧高岭土分别经鄂式破碎机破碎成 30mm的颗粒后装入配料仓，按比例（重量百分含量）设定好各仓配比，再将压裂支撑剂 用添加剂装入配料仓后设定配比，各仓按设定的比例给料至球磨机磨成粒度达400目的细 粉备用；

（2）将步骤（1）磨成的细粉送至成球机，再将水雾化后加入成球机，边加水边加粉， 直至颗粒达到要求粒径0.6mm，然后经滚筒筛筛分即可完成成型工序，将成型好的颗粒半 成品经给料系统送入回转窑中进行烧结，烧结温度为1200℃，出窑的烧成料经冷却窑冷却 后采用直线振动筛筛分，即得压裂支撑剂成品，性能参数详见下表1。

实施例2

本实施例中的压裂支撑剂用添加剂由以下重量百分含量的组分组成：工业硼酸18%、 镁质粘土65%、硅灰17%。

本实施例中的压力支撑剂由以下重量百分含量的组分组成：低品位铝矾土55%、煅烧 高岭土15%、压裂支撑剂生产废品25%、压裂支撑剂用添加剂5%。

本实施例中压力支撑剂的制备包括以下步骤：

（1）将低品位铝矾土、压裂支撑剂生产废品、煅烧高岭土分别经鄂式破碎机破碎成 30mm的颗粒后装入配料仓，按比例（重量百分含量）设定好各仓配比，再将压裂支撑剂 用添加剂装入配料仓后设定配比，各仓按设定的比例给料至球磨机磨成粒度达400目的细 粉备用；

（2）将步骤（1）磨成的细粉送至成球机，再将水雾化后加入成球机，边加水边加粉， 直至颗粒达到要求粒径0.425mm，然后经滚筒筛筛分即可完成成型工序，将成型好的颗粒 半成品经给料系统送入回转窑中进行烧结，烧结温度为1150℃，出窑的烧成料经冷却窑冷 却后采用直线振动筛筛分，即得压裂支撑剂成品，性能参数详见下表1。

实施例3

本实施例中的压裂支撑剂用添加剂由以下重量百分含量的组分组成：硼酸17.5%、镁 质粘土70%、硅灰12.5%。

本实施例中的压力支撑剂由以下重量百分含量的组分组成：低品位铝矾土65%、煅烧 高岭土8%、压裂支撑剂生产废品15%、压裂支撑剂用添加剂15%。

本实施例中压力支撑剂的制备包括以下步骤：

（1）将低品位铝矾土、压裂支撑剂生产废品、煅烧高岭土分别经鄂式破碎机破碎成 30mm的颗粒后装入配料仓，按比例（重量百分含量）设定好各仓配比，再将压裂支撑剂 用添加剂装入配料仓后设定配比，各仓按设定的比例给料至球磨机磨成粒度达400目的细 粉备用；

（2）将步骤（1）磨成的细粉送至成球机，再将水雾化后加入成球机，边加水边加粉， 直至颗粒达到要求粒径0.8mm，然后经滚筒筛筛分即可完成成型工序，将成型好的颗粒半 成品经给料系统送入回转窑中进行烧结，烧结温度为1250℃，出窑的烧成料经冷却窑冷却 后采用直线振动筛筛分，即得压裂支撑剂成品，性能参数详见下表1。

试验例1

将实施例1～3制备的压裂支撑剂按照中华人民共和国石油天然气行业标准SY/T5108 -2006《压裂支撑剂性能指标及测试推荐方法》检测，性能参数详见下表1。同时，采用文 献CN 1393424A中实施例1及CN 1686924A中实施例1的方法制备压裂支撑剂，性能参 数详见下表1。

表1 压裂支撑剂的性能参数

结论：从表1可以看出，本发明制备的压力支撑剂其体积密度、视密度、酸溶解度、 破碎率均低于文献中公开的两种压裂支撑剂。而体积密度大单位体积的采用成本就高，视 密度大配制压裂液的成本就高，且不便于携带，相反体积密度、视密度低其成本降低且便 于携带。同时酸溶解度和破碎率越高，提高导流能力的效果越差，不利于压裂增产，而酸 溶解度、破碎率越低，更有利于压裂增产。

本发明与文献中两种压裂支撑剂从原材料采购成本方面的对比详见下表2。

表2 材料部分成本构成

结论：从表2可以看出，本发明的原材料采购成本明显低于文献中两种压裂支撑剂。