專利名稱：鋁礬土高強(qiáng)度支撐劑的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是深層油、氣井壓裂工藝用的固體支撐劑的制造方法，特別涉及一種鋁礬土高度強(qiáng)度支撐劑的制造方法。
近幾十年來，為開發(fā)深層油、氣井，提高其產(chǎn)量，壓裂工藝被廣泛采用，但與之密切相關(guān)的固體支撐劑是該項(xiàng)工藝應(yīng)用好壞的關(guān)鍵之一。為此，國內(nèi)外的科研人員對高質(zhì)量固體支撐劑的制造方法進(jìn)行了大量研究，就其生產(chǎn)工藝而論可分為燒結(jié)法和電熔噴吹法兩種。在國內(nèi)，河南、山東、江蘇等的生產(chǎn)廠家多采用電熔噴吹法，生產(chǎn)的產(chǎn)品多為中低強(qiáng)度，且電耗比較高。如中國發(fā)明專利公告發(fā)表的CN1046776A的固體支撐劑及其制造方法就屬于該種方法。個(gè)別廠家有采用燒結(jié)法的，但在工藝流程中的關(guān)鍵工序及其工藝條件上與本發(fā)明完全不同。國外采用燒結(jié)法的較多，但為使生產(chǎn)連續(xù)化、自動(dòng)化，關(guān)鍵的成球工序采用流化床泥漿噴吹法或盤式法。如英國專利GB2079261A的制造燒結(jié)鋁礬土園球工藝，是將含有鋁礬土和結(jié)合劑的水懸浮料通過流態(tài)化噴吹法造球，然后進(jìn)行燒結(jié)而成。該工藝連續(xù)化、自動(dòng)化程度高，但投資大，不適合當(dāng)前我國國情，產(chǎn)品質(zhì)量也比較好，但價(jià)格昂貴，一般為國內(nèi)同類產(chǎn)品的6-8倍。上述國內(nèi)外以鋁礬土為主料固體支撐劑的制造方法，在其工藝流程及工藝條件上與本發(fā)明都有較大差別。
本發(fā)明的目的是對以鋁礬土為主料生產(chǎn)固本支撐劑工藝流程的改進(jìn)，提供了一種工藝簡單，高效、節(jié)能，產(chǎn)品質(zhì)量好、成本低，適合我國國情的鋁礬土高強(qiáng)度支撐劑的制造方法。
本發(fā)明的技術(shù)方案是將主料鋁礬土礦(一水鋁石或三水鋁后)在1000℃-1350℃溫度下焙燒后，經(jīng)粉碎成其粒徑≤0.135mm的粉粒，加輔料共磨成其粒徑≤0.035mm的細(xì)粉粒，再加入原料重量的5-20%的水或有機(jī)溶劑進(jìn)行混碾，均勻混合，然后通過松解、成球(造球)、篩分和燒成(燒結(jié))。篩孔徑根據(jù)園球大小要求而定。
a.鋁礬土礦焙燒后，其Ae2O3的含量為65-95%(重量)。
b.輔料為多種氧化物Fe2O3、MgO、MnO2和軟質(zhì)粘土，或鋯英石、軟質(zhì)粘土、水或有機(jī)溶劑。主料與輔料的重量關(guān)系為70-95%與5-30%。
c.成球是在其轉(zhuǎn)速為10-30/分且與水平面成60°夾角安裝的荸薺形成球中進(jìn)行。成球過程是首先使原料在成球機(jī)中生成其粒徑≤0.2mm的球核(母球)，然后再逐次加入粉粒料制成規(guī)定球徑的園球。成球后的篩分是在上孔徑為1.0mm、下孔徑為0.6mm的雙層套篩上進(jìn)行。
d.燒成溫度為1200℃-1500℃。
在上述工藝流程的燒成之后還有拋光與篩分工序。拋光是通過筒磨機(jī)使園球進(jìn)行自身之間的研磨。篩分是在負(fù)壓條件下用上孔徑1.0mm、下孔徑0.6mm的雙層套篩或篩孔據(jù)園球大小要求而定。
主料焙燒后的粉碎是依次進(jìn)行粗、中、細(xì)三級(jí)粉碎，細(xì)粉后的粒徑≤0.088mm。
輔料種類及其重量分別為Fe2O32-10%、MgO0.5-5%、MnO20.5-5%和軟質(zhì)粘土2-10%。共磨是在高頻震動(dòng)磨中進(jìn)行超細(xì)粉碎，共磨后的粒徑≤0.015mm。
水或有機(jī)溶劑(1‰聚乙烯醇)的加入量為主料加輔料重量的5-20%。混碾分兩次進(jìn)行，第一次混碾后盹料24小時(shí)再第二次混碾。
松解是將混碾后的泥狀料制成粒狀濕粉，一般使用萬能粉碎機(jī)。
本發(fā)明所制造的鋁礬土高強(qiáng)度支撐劑是以α-Ae2O3鋼玉微晶結(jié)構(gòu)為主晶相，多組份氧化物及軟質(zhì)粘土共熔后與α-Ae2O3形成固熔體和玻璃相而形成高強(qiáng)度的結(jié)合體，其硬度僅次于金剛石。因此，控制焙燒、燒結(jié)溫度與輔料種類及其加入量是關(guān)鍵。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比有以下優(yōu)點(diǎn)1、工藝獨(dú)特，是適合我國國情的先進(jìn)技術(shù)方法，其產(chǎn)品質(zhì)量(指標(biāo)見后述)在國內(nèi)處于領(lǐng)先地位，接近或達(dá)到美國同類產(chǎn)品，但其價(jià)格僅為美國的1/6-1/8。
2、采用荸薺形成球機(jī)，按特定轉(zhuǎn)速并與水平面成60°夾角(傾角)設(shè)置，使坯球作三維空間連續(xù)拋物線運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)品的園度、球度均≥0.9，該指標(biāo)優(yōu)于歐美同類產(chǎn)品。
3、產(chǎn)量高，能耗低，每臺(tái)每小時(shí)可產(chǎn)合格品200Kg，僅耗電1.1千瓦。
4、為我國豐富的鋁礬土礦的開發(fā)和利用開避了途徑。
圖為本發(fā)明的工藝流程方格圖。
下面結(jié)合實(shí)施例(附圖
)對本發(fā)明作進(jìn)一步描述實(shí)施例1原料由主料和輔料組成。主料是鋁礬土礦，其中含有以下成份及其重量Ae2O367、67%、SiO212.31%、Fe2O32.22%、TiO23.33%、S 0.045%，鋁硅比為5.50。輔料的種類及重量分別是Fe2O37%、MgO 1%、MnO20.5%、軟質(zhì)粘土6%。將主料鋁礬土礦在1350℃溫度下焙燒后，依次經(jīng)顎式粉碎機(jī)粗碎、雷蒙粉碎機(jī)中碎和筒磨機(jī)細(xì)碎，粉碎后的粒徑＜0.088mm。之后加輔料共磨(超細(xì)粉碎)，使其細(xì)粉粒徑＜0.015mm。再加原料重量的14%含1‰聚乙烯醇水溶液混碾兩次成泥料，在第一次混碾后盹料24小時(shí)再第二次混碾。把泥料通過萬能粉碎機(jī)松解成粒狀濕料，然后經(jīng)成球、篩分、燒成、拋光和再次篩分，得到成品鋁礬土高強(qiáng)度支撐劑。成球是在與水平面成60°夾角其轉(zhuǎn)速為10-30轉(zhuǎn)/分的荸薺形成球中進(jìn)行，其過程是先使粉料在成球機(jī)中生成粒徑≤0.2mm的球核，再逐次加粉料制成球徑＜1.0mm的園球。篩分是使用上孔徑1.0mm、下孔徑0.6mm的雙層套篩，篩上料(園球)返回到混碾工序，篩下料進(jìn)入成球機(jī)作球核用。1.0mm-0.6mm之間園球在迥轉(zhuǎn)窯中煅燒2小時(shí)，其煅燒溫度為1280℃。拋光是將燒成后的園球在筒磨機(jī)中進(jìn)行自身研磨。再次篩分是在負(fù)壓條件下用上述相同套篩。
實(shí)施例2鋁礬土礦經(jīng)1350℃焙燒后通過粗、中、細(xì)三級(jí)粉碎成其粒徑＜0.088mm的粉粒，加入輔料鋯英石5%(重量)和軟質(zhì)粘土8%(重量)在高頻振動(dòng)磨中共磨成其粒徑＜0.015mm細(xì)粉粒，再加原料重量15%的水進(jìn)行混碾。將混碾成的泥料經(jīng)萬能粉碎機(jī)松解成濕粉料，在與水平面成60°夾角10-30轉(zhuǎn)/分的荸薺形成球機(jī)中先生成粒徑＜0.2mm的球核，再逐次加入粉粒料制成球徑＜1.0mm的園球。把制成的園球通過上孔1.0mm、下孔徑0.6mm的雙層套篩進(jìn)行篩分，篩上園球返回到混碾工序，篩下園球返回成球機(jī)作球核用。球徑在1.0mm-0.6mm之間的園球進(jìn)入隧道窯燒結(jié)，燒結(jié)溫為1250℃，燒結(jié)時(shí)間為6小時(shí)。最后，將燒成的園球用例1中相同方法拋光和篩分后即為合格的鋁礬土高強(qiáng)度支撐劑。
上述實(shí)施例所制成的產(chǎn)品，經(jīng)按S.Y標(biāo)準(zhǔn)或A.P.1標(biāo)準(zhǔn)檢測，其產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)為破碎率＜2-4%;園度、球度均≥0.9;密度≤3.4g/cm3;視密度≤2.1g/m3;濁度≤100NTU;表面光潔度為中;酸溶解度≤4.5%;導(dǎo)流能力22.27μm2-cm。
權(quán)利要求
1.一種鋁礬土高強(qiáng)度支撐劑的制造方法，其特征是將主料鋁礬土原礦在1000℃-1350℃溫度下焙燒后粉碎成其粒徑≤0.035mm的粉粒，加輔料共磨成其粒徑≤0.035mm的細(xì)粉粒和加水或有機(jī)溶劑混碾，然后再經(jīng)松解、成球、篩分和燒成，在上述方法的工藝流程中a.主料焙燒后的Ae2O3含量為65-95%(重量)b.輔料為多種氧化物Fe2O3、MgO、MnO2和軟質(zhì)粘土，或鋯英石、軟質(zhì)粘土和水或有機(jī)溶劑，主料和輔料的重量分別為70-95%與5-30%。c、成球是在具有10-30轉(zhuǎn)/分且與水平面成60°傾角的荸薺形成球機(jī)中進(jìn)行，其過程是先使細(xì)粉粒料在成球機(jī)中生成其粒徑≤0.2mm的球核(母球)，再逐次加入粉粒料制成規(guī)定粒徑的球粒。d.燒成溫度為1200℃-1500℃。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋁礬土高強(qiáng)度支撐劑的制造方法，其特征在于所述的方法，在燒成后還有拋光和篩分工序，拋光是在筒磨機(jī)中使燒成后的球粒進(jìn)行自身研磨，篩分是在其上孔徑為1.0mm和下孔徑為0.6mm的雙層套篩上且在負(fù)壓條件下進(jìn)行。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的鋁礬土高強(qiáng)度支撐劑的制造方法，其特征在于所述主料焙燒后的粉碎是依次進(jìn)行粗、中、細(xì)三級(jí)粉碎，粉碎后的粉料粒徑≤0.088mm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋁礬土高強(qiáng)度支撐劑的制造方法，其特征在于所述的各種輔料及其重量分別是Fe2O32-10%、MgO0.5-5%、MnO20.5-5%和軟質(zhì)粘土2-10%。所述的共磨即為超細(xì)粉碎，共磨后的細(xì)粉粒徑≤0.015mm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋁礬土高強(qiáng)度支撐劑的制造方法，其特征在于所述的水或有機(jī)溶劑(即1‰的聚乙烯醇)的加入量為原料量的5-20%(重量)，所述的混碾為二次，第一次混碾后盹料24小時(shí)，再進(jìn)行第二次混碾。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋁礬土高強(qiáng)度支撐劑的制造方法，其特征在于所述的松解是在萬能粉碎機(jī)中將混碾后的泥料制成濕細(xì)粉粒狀。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種深層油、氣井壓裂工藝用的鋁礬土高強(qiáng)度支撐劑的制造方法。主料鋁礬土經(jīng)焙燒和粉碎后，再加入多組分氧化物與軟質(zhì)粘土組成的輔料共磨和加水或有機(jī)溶劑混碾，然后經(jīng)松解、成球、篩分、燒結(jié)、拋光和再次篩分?？刂票簾?、燒結(jié)溫度和輔料種類及加入量，以及采用獨(dú)特成球機(jī)與成球步驟是關(guān)鍵。本發(fā)明具有工藝簡單獨(dú)特，高效節(jié)能，產(chǎn)品質(zhì)量好的優(yōu)點(diǎn)，是適合我國國情的技術(shù)方法。
文檔編號(hào)E21B43/267GK1085288SQ9311198
公開日1994年4月13日 申請日期1993年10月8日 優(yōu)先權(quán)日1993年10月8日
發(fā)明者屈資平 申請人:成都無縫鋼管公司耐火材料廠