技术领域
[0001] 本发明涉及石油支撑剂技术领域，特别涉及一种石油压裂支撑剂及其制备方法。
相关背景技术
[0002] 石油压裂支撑剂是一种陶瓷颗粒产品，具有很高的压裂强度，主要用于油田井下支撑，以增加石油天然气的产量。它属于环保产品，利用优质铝矾土、煤等多种原材料，通过陶瓷烧结而成，是天然石英砂、玻璃球、金属球等中低强度支撑剂的替代品，该产品的生产过程可以概括为破碎、配料、粉磨、制球、煅烧、煤粉制备、成品冷却、筛分、包装等工序。其主要原料为高品位的铝矾土，这使得产品具有耐压强度高、密度低、圆球度好、光洁度高、导流能力强等优点，石油压裂支撑剂的主要用途是深井和高压油气层的压裂改造。在石油天然气深井开采时，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。石油压裂支撑剂随同高压溶液进入地层充填在岩层裂隙中，起到支撑裂隙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。
[0003] 目前在进行制备石油压裂支撑剂时，不同矿物质材料的比例能够使得支撑剂的效果不同，目前在单独利用铝矾土进行制备支撑剂时，需要更高的烧结温度和更长的烧结时间，这会增加能耗和生产成本，并且制备的石油压裂支撑剂粘结性和稳定性较弱，难以在不同环境中保存使用，同时，制备石油压裂支撑剂的过程中会产生一些杂质和有害气体，不仅会影响产品的质量，还会对环境造成二次污染。
具体实施方式
[0023] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0024] 请参阅图1‑4，本发明提供了一种石油压裂支撑剂及其制备方法的技术方案：
[0025] 本发明一些具体实施例中，铝矾土主要成分是氧化铝，具有多种地质来源，而焦宝石则是一种优质硬质耐火粘土，两者混合会产生互补效应，优化最终产品的物理性能，如硬度、耐磨性、抗腐蚀性等，并且通过铝矾土与焦宝石混合物能够显著减少原料成本，并且可以进一步提高生产效率。
[0026] 本发明一些具体实施例中，膨润土采用葡萄石膨润土，其主要成分为硅酸盐矿物葡萄石，由于葡萄石膨润土含有硅酸盐矿物葡萄石，因此在进行制备石油压裂支撑剂时，添加葡萄石膨润土，能够使得石油压裂支撑剂具有较高的稳定性和抗渗性。
[0027] 本发明一些具体实施例中，青坩材料具有增强陶粒支撑剂强度和稳定性的能力，通过优化青坩材料的添加比例和制备工艺，并且配合树脂材料的特性，可以进一步提高支撑剂的抗压强度和抗磨损性，从而使得支撑剂的抗破碎能力提高。
[0028] 本发明一些具体实施例中，树脂为环氧树脂、酚醛树脂、有机硅树脂的混合树脂，环氧树脂是一种热固性高分子化合物，具有优良的机械性能、物理性能和耐化学药品的性能，酚醛树脂具有优异的耐热性和机械性能，被广泛用于生产模制产品，以及涂料和粘合剂，有机硅树脂有着良好的表面活性和耐寒性，此外，有机硅树脂还具有良好的耐化学药品性和防霉性能，将环氧树脂、酚醛树脂、有机硅树脂混合后，可以使得树脂整体性能更加均衡和全面，并提高支撑剂的使用寿命，同时通过混合使用不同种类的树脂，可以在保证性能的前提下，降低整体的成本。
[0029] 本发明一些具体实施例中，粉煤灰基支撑剂具有更高的压力等级。具体来说，粉煤灰基支撑剂的压力等级高达14000PSI，远高于高岭土基的7500PSI和铝矾土基的10000PSI，这使得粉煤灰基支撑剂在高压环境下具有更好的稳定性，同时在制作支撑剂时，由于粉煤灰基支撑剂的质量更轻，生产工艺简单，且生产过程中化学品消耗更少，因此采用一部分粉煤灰和铝矾土混合，能够使得支撑剂其生产成本相对较低，同时，较轻的质量也降低了运输成本。
[0030] 本发明一些具体实施例中，锰矿粉是由锰矿石经过研磨得到的粉末状物质，在支撑剂制备中添加锰矿粉，能够降低烧结温度，这有助于节能和减少生产成本，此外，添加锰矿粉还有利于刚玉晶粒的增加，这可以提高支撑剂的强度和耐磨性。
[0031] 实施例一：
[0032] 一种石油压裂支撑剂的制备方法，其制作步骤如下：
[0033] 步骤一：在研磨容器中添加50％的铝矾土与焦宝石混合物、2％石英砂、10％的粉煤灰、10％的固废泥饼、2％的膨润土，通过研磨设备对其进行研磨，且磨粉7.5小时，细度600目大于98％，并通过回转窑对其进行多次反复混合高温煅烧，且锻造温度1380～1420℃，煅烧时升温速率为10℃/min，得到半成品材料A。
[0034] 步骤二：在同一研磨容器中添加8％的青坩、3％的锰矿粉对其进行研磨，且磨粉5小时，细度600目大于98％，得到半成品材料B。
[0035] 步骤三：在同一研磨容器中，放入半成品材料A和半成品材料B，并在混合物中添加5％的树脂、1％的乳化剂和4％的粘结剂与增稠剂的混合试剂，(研磨容器中的质量百分比为100％)将其进行全部混合搅拌20分钟，得到产品C。
[0036] 步骤四：通过圆盘造粒机对产品C进行造粒，且造粒时经过高温500‑600高温处理，时间3小时，造粒后通过第一次筛选，得到80～100目的半成品石油压裂支撑剂，之后通过回转窑对粗陶粒进行二次高温煅烧，且锻造温度1420～1450℃，煅烧时升温速率为5℃/min，持续煅烧2小时，煅烧成功后待冷却3小时，通过球磨机对粗陶粒支撑剂进行打磨，打磨后通过第二次筛选，得到粒径为30～50目的石油压裂支撑剂。
[0037] 实施例二：
[0038] 在实施例一的基础上，一种石油压裂支撑剂的制备方法，其制作步骤如下：
[0039] 步骤一：在研磨容器中添加50％的铝矾土与焦宝石混合物、2％石英砂、10％的粉煤灰、5％的固废泥饼、2％的膨润土，通过研磨设备对其进行研磨，且磨粉7.5小时，细度600目大于98％，并通过回转窑对其进行多次反复混合高温煅烧，且锻造温度1380～1420℃，煅烧时升温速率为10℃/min，得到半成品材料A。
[0040] 步骤二：在同一研磨容器中添加8％的青坩、3％的锰矿粉对其进行研磨，且磨粉5小时，细度600目大于98％，得到半成品材料B。
[0041] 步骤三：在同一研磨容器中，放入半成品材料A和半成品材料B，并在混合物中添加5％的树脂、1％的乳化剂和4％的粘结剂与增稠剂的混合试剂，(研磨容器中的质量百分比为100％)将其进行全部混合搅拌20分钟，得到产品C。
[0042] 步骤四：通过圆盘造粒机对产品C进行造粒，且造粒时经过高温500‑600高温处理，时间3小时，造粒后通过第一次筛选，得到80～100目的半成品石油压裂支撑剂，之后通过回转窑对粗陶粒进行二次高温煅烧，且锻造温度1420～1450℃，煅烧时升温速率为5℃/min，持续煅烧2小时，煅烧成功后待冷却3小时，通过球磨机对粗陶粒支撑剂进行打磨，打磨后通过第二次筛选，得到粒径为30～50目的石油压裂支撑剂。
[0043] 实施例三：
[0044] 在实施例一的基础上，一种石油压裂支撑剂的制备方法，其制作步骤如下：
[0045] 步骤一：在研磨容器中添加50％的铝矾土与焦宝石混合物、2％石英砂、10％的粉煤灰、10％的固废泥饼、1％的膨润土，通过研磨设备对其进行研磨，且磨粉7.5小时，细度600目大于98％，并通过回转窑对其进行多次反复混合高温煅烧，且锻造温度1380～1420℃，煅烧时升温速率为10℃/min，得到半成品材料A。
[0046] 步骤二：在同一研磨容器中添加8％的青坩、3％的锰矿粉对其进行研磨，且磨粉5小时，细度600目大于98％，得到半成品材料B。
[0047] 步骤三：在同一研磨容器中，放入半成品材料A和半成品材料B，并在混合物中添加5％的树脂、1％的乳化剂和4％的粘结剂与增稠剂的混合试剂，(研磨容器中的质量百分比为100％)将其进行全部混合搅拌20分钟，得到产品C。
[0048] 步骤四：通过圆盘造粒机对产品C进行造粒，且造粒时经过高温500‑600高温处理，时间3小时，造粒后通过第一次筛选，得到80～100目的半成品石油压裂支撑剂，之后通过回转窑对粗陶粒进行二次高温煅烧，且锻造温度1420～1450℃，煅烧时升温速率为5℃/min，持续煅烧2小时，煅烧成功后待冷却3小时，通过球磨机对粗陶粒支撑剂进行打磨，打磨后通过第二次筛选，得到粒径为30～50目的石油压裂支撑剂。
[0049] 实施例四：
[0050] 在实施例一的基础上，一种石油压裂支撑剂的制备方法，其制作步骤如下：
[0051] 步骤一：在研磨容器中添加50％的铝矾土与焦宝石混合物、2％石英砂、10％的粉煤灰、10％的固废泥饼、2％的膨润土，通过研磨设备对其进行研磨，且磨粉7.5小时，细度600目大于98％，并通过回转窑对其进行多次反复混合高温煅烧，且锻造温度1380～1420℃，煅烧时升温速率为10℃/min，得到半成品材料A。
[0052] 步骤二：在同一研磨容器中添加8％的青坩、2％的锰矿粉对其进行研磨，且磨粉5小时，细度600目大于98％，得到半成品材料B。
[0053] 步骤三：在同一研磨容器中，放入半成品材料A和半成品材料B，并在混合物中添加5％的树脂、1％的乳化剂和4％的粘结剂与增稠剂的混合试剂，(研磨容器中的质量百分比为100％)将其进行全部混合搅拌20分钟，得到产品C。
[0054] 步骤四：通过圆盘造粒机对产品C进行造粒，且造粒时经过高温500‑600高温处理，时间3小时，造粒后通过第一次筛选，得到80～100目的半成品石油压裂支撑剂，之后通过回转窑对粗陶粒进行二次高温煅烧，且锻造温度1420～1450℃，煅烧时升温速率为5℃/min，持续煅烧2小时，煅烧成功后待冷却3小时，通过球磨机对粗陶粒支撑剂进行打磨，打磨后通过第二次筛选，得到粒径为30～50目的石油压裂支撑剂。
[0055] 实施例五：
[0056] 在实施例一的基础上，一种石油压裂支撑剂的制备方法，其制作步骤如下：
[0057] 步骤一：在研磨容器中添加50％的铝矾土与焦宝石混合物、2％石英砂、10％的粉煤灰、10％的固废泥饼、2％的膨润土，通过研磨设备对其进行研磨，且磨粉7.5小时，细度600目大于98％，并通过回转窑对其进行多次反复混合高温煅烧，且锻造温度1380～1420℃，煅烧时升温速率为10℃/min，得到半成品材料A。
[0058] 步骤二：在同一研磨容器中添加8％的青坩、4％的锰矿粉对其进行研磨，且磨粉5小时，细度600目大于98％，得到半成品材料B。
[0059] 步骤三：在同一研磨容器中，放入半成品材料A和半成品材料B，并在混合物中添加5％的树脂、1％的乳化剂和4％的粘结剂与增稠剂的混合试剂，(研磨容器中的质量百分比为100％)将其进行全部混合搅拌20分钟，得到产品C。
[0060] 步骤四：通过圆盘造粒机对产品C进行造粒，且造粒时经过高温500‑600高温处理，时间3小时，造粒后通过第一次筛选，得到80～100目的半成品石油压裂支撑剂，之后通过回转窑对粗陶粒进行二次高温煅烧，且锻造温度1420～1450℃，煅烧时升温速率为5℃/min，持续煅烧2小时，煅烧成功后待冷却3小时，通过球磨机对粗陶粒支撑剂进行打磨，打磨后通过第二次筛选，得到粒径为30～50目的石油压裂支撑剂。
[0061] 实施例六：
[0062] 在实施例一的基础上，一种石油压裂支撑剂的制备方法，其制作步骤如下：
[0063] 步骤一：在研磨容器中添加50％的铝矾土与焦宝石混合物、2％石英砂、10％的粉煤灰、10％的固废泥饼、2％的膨润土，通过研磨设备对其进行研磨，且磨粉7.5小时，细度600目大于98％，并通过回转窑对其进行多次反复混合高温煅烧，且锻造温度1380～1420℃，煅烧时升温速率为10℃/min，得到半成品材料A。
[0064] 步骤二：在同一研磨容器中添加8％的青坩、3％的锰矿粉对其进行研磨，且磨粉5小时，细度600目大于98％，得到半成品材料B。
[0065] 步骤三：在同一研磨容器中，放入半成品材料A和半成品材料B，并在混合物中添加4％的树脂、1％的乳化剂和5％的粘结剂与增稠剂的混合试剂，(研磨容器中的质量百分比为100％)将其进行全部混合搅拌20分钟，得到产品C。
[0066] 步骤四：通过圆盘造粒机对产品C进行造粒，且造粒时经过高温500‑600高温处理，时间3小时，造粒后通过第一次筛选，得到80～100目的半成品石油压裂支撑剂，之后通过回转窑对粗陶粒进行二次高温煅烧，且锻造温度1420～1450℃，煅烧时升温速率为5℃/min，持续煅烧2小时，煅烧成功后待冷却3小时，通过球磨机对粗陶粒支撑剂进行打磨，打磨后通过第二次筛选，得到粒径为30～50目的石油压裂支撑剂。
[0067] 实施例七：
[0068] 在实施例一的基础上，一种石油压裂支撑剂的制备方法，其制作步骤如下：
[0069] 步骤一：在研磨容器中添加50％的铝矾土与焦宝石混合物、2％石英砂、10％的粉煤灰、10％的固废泥饼、2％的膨润土，通过研磨设备对其进行研磨，且磨粉7.5小时，细度600目大于98％，并通过回转窑对其进行多次反复混合高温煅烧，且锻造温度1380～1420℃，煅烧时升温速率为10℃/min，得到半成品材料A。
[0070] 步骤二：在同一研磨容器中添加8％的青坩、3％的锰矿粉对其进行研磨，且磨粉5小时，细度600目大于98％，得到半成品材料B。
[0071] 步骤三：在同一研磨容器中，放入半成品材料A和半成品材料B，并在混合物中添加6％的树脂、1％的乳化剂和3％的粘结剂与增稠剂的混合试剂，(研磨容器中的质量百分比为100％)将其进行全部混合搅拌20分钟，得到产品C。
[0072] 步骤四：通过圆盘造粒机对产品C进行造粒，且造粒时经过高温500‑600高温处理，时间3小时，造粒后通过第一次筛选，得到80～100目的半成品石油压裂支撑剂，之后通过回转窑对粗陶粒进行二次高温煅烧，且锻造温度1420～1450℃，煅烧时升温速率为5℃/min，持续煅烧2小时，煅烧成功后待冷却3小时，通过球磨机对粗陶粒支撑剂进行打磨，打磨后通过第二次筛选，得到粒径为30～50目的石油压裂支撑剂。
[0073] 对比例一：
[0074] 在实施例一的基础上，添加有铝矾土，但是未添加铝矾土与焦宝石混合物，其余与实施例一相同。
[0075] 对比例二：
[0076] 在实施例一的基础上，未添加固废泥饼和膨润土，其余与实施例一相同。
[0077] 对比例三：
[0078] 在实施例一的基础上，未添加锰矿粉，其余与实施例一相同。
[0079] 对比例四：
[0080] 在实施例一的基础上，未添加树脂材料以及粘结剂与增稠剂的混合试剂，只添加同比例的粘结剂，其余与实施例一相同。
[0081] 本发明一种石油压裂支撑剂及其制备方法，对实施例1‑7及对比例1‑4得到的石油压裂支撑剂进行性能测试，并根据相应的国家检测标准，该石油压裂支撑剂在基材表面的性能测试结果如下表：
[0082]
[0083] 根据上述数据中，通过磨损率和破碎率可知，在支撑剂制备中添加铝矾土与焦宝石混合物能够使得最终产品硬度和耐磨性进行优化增强，并且能够和支撑剂进行优势互补，进一步提高支撑剂的使用寿命；
[0084] 通过抗压能力的数据可知，添加一定量的膨润土和固废泥饼，可以增加支撑剂的抗压强度，使得支撑剂使用稳定性更强，同时观察附着力级别和浊度可知，膨润土能够使得支撑剂的流动性更强，从而使得支撑剂的内部混合元素分布更加均匀，以此给支撑剂提供更持久和有效的支撑；
[0085] 根据图2和图3中，通过观察视密度和破碎率的变化可知，在支撑剂制备中添加一定量的锰矿粉，能够使得支撑剂基体结构增强，以此大幅度提高支撑剂的抗破碎能力，使得支撑剂使用效果提高，同时根据图2和图4中不同温度的检测图可知，温度能够影响支撑剂的抗破能力，并且添加一定量的锰矿粉材料后，支撑剂在1400℃下抗破碎能力能够够进一步增强，使得制备的石油压裂支撑剂性能更强；
[0086] 通过观察附着力级别和酸溶解度可知，在支撑剂制备中添加一定量的树脂以及粘结剂与增稠剂的混合试剂，能够使得在陶粒砂等核心外层包裹一层可固化有机物，提高了支撑剂的黏结强度、抗酸碱性以及抗破碎能力，并且树脂还能够进一步实现对支撑剂进行外部防护，提高支撑剂的耐腐蚀性能。
[0087] 测定条件：
[0088] 磨损率、破碎率和酸溶解度均可以参考中国石油天然气行业标准《SY/T5108‑2014水力压裂和砾石充填作业用支撑剂性能测试方法》；
[0089] 抗压强度参考GB/T17431‑2019；
[0090] 视密度参考《SY/T5108‑2014水力压裂和砾石充填作业用支撑剂性能测试方法》；
[0091] 附着力等级参照GB/T13217.7进行检测；
[0092] 浊度参考《GB/13200‑1991水质浊度的测定》；
[0093] 以上所检项目均符合Q/SH CGO068‑2021标准要求。
[0094] 以上仅为本发明的具体实施例，但本发明的技术特征并不局限于此。任何以本发明为基础，为解决基本相同的技术问题，实现基本相同的技术效果，所作出的简单变化、等同替换或者修饰等，皆涵盖于本发明的保护范围之中。
