CN102731105B - 利用金矿尾砂和氧化铝纤维制备复合型压裂支撑剂的方法 - Google Patents

Abstract

一种利用金矿尾砂和氧化铝纤维制备复合型压裂支撑剂的方法，将金矿尾砂、氧化铝粉和多晶氧化铝耐火短切纤维混合后加入树胶水溶液混匀湿磨后造粒，将颗粒放入氧化铝坩埚中，并置于硅碳棒电阻炉内，以5℃/min～10℃/min的加热速度自室温升温至1230℃，保温0.5h～1h，以5℃/min～7℃/min的加热速度升温至1350℃～1400℃，保温2h～3h，随炉自然冷却后取出，过20目～40目筛，即得复合压裂支撑剂。本发明将复合材料的理念整合于非致密的陶粒支撑剂之中，并辅以高温反应自生成的方式提供增强增韧所必需的纤维(晶须)，按本发明的制备方法能够制备出高强高韧、低密度和低破损率的复合型压裂支撑剂。

Description

利用金矿尾砂和氧化铝纤维制备复合型压裂支撑剂的方法

技术领域

本发明涉及一种利用废料制备陶瓷复合材料的方法，特别涉及一种利用金矿尾砂和氧化铝纤维制备复合型压裂支撑剂的方法。 

背景技术

压裂支撑剂作为一个新兴行业，在我国发展时间不长，其产品结构和品种还很不完善，行业的加工规模与水平都处在初期的发展阶段。大部分油气田属于中等深度，要求压裂支撑剂具有高强度、低破碎率，以承受岩层巨大的压力及地层环境中的各种腐蚀。国际上多采用烧结刚玉制品作为中、深层油气田压裂支撑剂，这种制品虽然在理化性能上可以满足要求，但原料来源困难，加工工艺复杂，且能耗大、成本高，使其应用受到限制。用陶瓷烧成法烧结而成的新型石油深井闭合压裂材料，是天然石英砂、包覆复合颗粒、玻璃球、金属球等中、低强度支撑剂的替代品，具有强度高、密度低的特点，因而成为石油化工材料的研究热点之一。当前，压裂支撑剂陶粒面临的主要问题是如何在高温条件下通过控制化学成分及显微结构来提高其综合力学性能，有效减小材料的脆性，以提高该材料的实际应用效果。 

现有的支撑剂陶粒制备方法有熔融喷吹法、有机物包覆固化法、烧结法等。 

唐民辉等[油井压裂支撑剂的研制[J]．哈尔滨建筑大学学报，1995，28(4)：73-76]以玄武岩为主要原料配制的炉料，经熔化、特殊的成珠及热处理工艺，研制成了辉石型微晶硅酸盐珠体。专利公开了“一种固体支撑剂及其制造方法”（周生武，申请号：89102544.8），用铝矾土为主要原料，经电弧炉熔 融喷吹成球，具有抗压强度高，破碎率低，密度适中和成本低等特点。尽管熔融喷吹法制备的支撑剂在实际中有所应用，但是，用该方法制备陶粒支撑剂存在能耗高、成球不易控制、支撑剂强度低等缺陷，目前已很少被采用。 

有机物包覆固化法是以有机粘结剂作为固化剂，以人工或天然的粉体为原料，粘结固化免烧而成，虽然强度低，但密度不大，具有一定的特点。孙虎、汪义发专利（申请号200710188410）《低密度支撑剂的制备方法及制备工艺》，周福建专利（申请号201010278084）《一种纤维复合防砂材料及其制备方法》，分别利用植物纤维或有机纤维材料作为原料，有机固化免烧结成型或掺入压裂液中起到防沙导油的作用。此类产品并非是真正意义上的高强度支撑剂。 

此外有研究者用FMS-△G型、FMS-(R)型树脂包衣法制备压裂支撑剂，其产品在减脆方面有所提高，但明显在强度方面存在缺陷。 

烧结法是采用陶瓷原料和传统的陶瓷工艺制备致密陶粒支撑剂的技术。以铝矾土等矿物原料制备石油压裂陶粒支撑剂的研制已有许多文献和专利报道。高海利等[高强石油压裂支撑剂的研制[J]．陶瓷，2006，(10)：43-46]以攀枝花本地二滩铝矾土、铝矾土生料及高钛型高炉渣为主要原料，研制成高强石油压裂支撑剂。赵士鳌、吴伯麟等专利（申请号201010143771.8），《一种无硅或低硅耐酸陶粒压裂支撑剂的制备方法》；田小让等专利（申请号200710168057）《一种耐酸压裂支撑剂的制备方法》；R．迪恩克尔、M．埃蒙兹等专利（申请号200580030660.3）《烧结球形颗粒》等分别采用烧结法，以铝矾土或氧化铝为主料，添加长石、氧化钛或是含有碳酸钡或重晶石的助熔 剂，制备出高强低密的支撑剂，提高了材料的强度和耐酸度。烧结法依然是目前制备支撑剂的主流方法。 

以烧结法制备支撑剂，采用的主料是铝矾土，这对优质的资源是个极大的浪费，因此，以低成本的固体废料大比例替代铝矾土，制备压裂陶粒支撑剂是国内、外技术进步与发展的必然趋势。这一方面，已有报道：李庆维专利（申请号201010552791.0）《一种利用油页岩渣制备的石油支撑剂及其制备方法》以油页岩渣替代了部分铝矾土制备出符合国标的支撑剂。尹国勋等[利用赤泥等工业固体废物制备陶粒[J]．河南理工大学学报（自然科学版），2008，27(4)：491-496]。田小让专利（申请号200710137758.X）“利用赤泥制备耐酸压裂支撑剂的方法”。张传镁专利（申请号02134274.1）“瓷渣陶粒及其制备方法”。翟冠杰等[高掺量粉煤灰烧结陶粒的试制[J]．粉煤灰．2008，(1)：42-43]试制了高掺量粉煤灰烧结陶粒。张玉军专利（申请号200910015979.9）“一种高强度石油压裂支撑剂及其制备方法”，利用高氧化铝含量的陶瓷辊棒废料制备的石油压裂支撑剂具有高强、耐酸的特点。 

支撑剂陶粒性能的优劣，取决于产品的内部显微结构，对此研究者已有充分的认识，并进行了一些有益的探索。李占刚专利（申请号CN201010136972.5）《低密度陶粒支撑剂及其制备方法》，改变成型方式，利用多层包壳的巧妙方式，合成具有内芯和外壳的结核状增强型的支撑剂，提高了产品性能，但成型方式过于复杂，操控性不强，影响了工业化生产和推广应用的前景。 

目前，低密高强低脆耐腐蚀成为支撑剂陶粒主要的研究趋势，为实现这一目标，在支撑剂配方中引入了不同的高温助熔剂并优化陶粒成型的方式， 一定程度上改善了支撑剂的力学性能，提高了材料的耐酸性和耐盐性，尽管如此，依然不能从根本上解决陶粒支撑剂力学性能较差（脆性较大）的缺点。 

发明内容

本发明的目的是克服现有技术和手段的不足，提供一种利用金矿尾砂和氧化铝纤维制备复合型压裂支撑剂的方法。按本发明的制备方法能够制备出高强高韧、低密度和低破损率的复合型压裂支撑剂，使该产品能应用于中、深层次的压裂环境中，实现油气增产的目的。 

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是： 

1）将金矿尾砂和氧化铝粉分别放入球磨机中干磨，然后分别过120目筛； 

2）按质量百分比将40%～55%过筛后的金矿尾砂、30%～45%的氧化铝粉和10%～15%的多晶氧化铝耐火短切纤维混合后加入到球磨机中，再向球磨机中加入质量浓度为10%的树胶水溶液混匀湿磨形成混合泥浆，泥浆过300目筛； 

3）将过筛后泥浆采用压力式喷雾造粒机造粒，造粒形成的球形颗粒过18目和30目筛，将两筛之间的筛余物颗粒收集待烧； 

4）将待烧颗粒放入氧化铝坩埚中，并置于硅碳棒电阻炉内，以5℃/min～10℃/min的加热速度自室温升温至1230℃，保温0.5h～1h，以5℃/min～7℃/min的加热速度升温至1350℃～1400℃，保温2h～3h，随炉自然冷却后取出，过20目～40目筛，即得复合压裂支撑剂。 

所述的步骤1）干磨是利用氧化铝球石作为研磨介质，控制磨球和原料的质量比为(2～3)∶1，分别球磨0.5h～2h。 

所述的步骤2）湿磨是利用氧化铝球石作为研磨介质，控制磨球、混合料 和树胶水溶液的质量比为（2～3）∶1∶（0.3～0.4），研磨0.5h～3h。 

所述的步骤3）造粒：喷雾造粒机进风温度为300℃～500℃，热风炉温度为600℃～800℃，排风温度为80℃～95℃，泥浆压力为1.2MPa～1.5MPa。 

所述的氧化铝粉是工业用的α-氧化铝（刚玉粉），其刚玉含量＞98％，粉体粒经＜10μm。 

所述的多晶氧化铝耐火短切纤维的熔点大于2050℃。 

本发明所合成的是具细晶化和弥散化的复合支撑剂陶粒，它由基体相和增强相两部分组成，基体相主要由石英、钙长石和少量的玻璃相、气孔相组成；增强相为细晶化的刚玉、引入的氧化铝纤维及原位生成的莫莱石纤维相。材料的组成成分比（重量%）为：增强相5-15%，基体相85-95%。 

本发明引入耐高温氧化铝纤维，将复合材料的理念整合于非致密的陶粒支撑剂之中，用外来引入和高温反应自生成的方式提供增强增韧所必需的纤维，通过纤维增强和颗粒增强两种手段中至少一种制备出高强高韧、低密度和低破损率的复合型支撑剂陶粒，使该产品能应用于中、深层次的压裂环境中，实现油气增产的最终目的。 

具体实施方式

实施例1： 

1）将金矿尾砂和氧化铝粉分别放入球磨机中干磨，利用氧化铝球石作为研磨介质，控制磨球和原料的质量比为2∶1，分别球磨0.5h～2h然后分别过120目筛； 

2）按质量百分比将40%过筛后的金矿尾砂、45%的氧化铝粉和15%的多晶氧化铝耐火短切纤维放入球磨机中，再加入质量浓度为10％的树胶水溶液 混匀利用氧化铝球石作为研磨介质，控制磨球、混合料和树胶水溶液的质量比为2∶1∶0.3，研磨0.5h～3h形成混合泥浆，泥浆过300目筛； 

其中，氧化铝粉是工业用的α-氧化铝即刚玉粉，其刚玉含量＞98％，粉体粒经＜10μm；多晶氧化铝耐火短切纤维，其熔点大于2050℃，具极高的热稳定性，可在1400℃以上的环境中应用。最高使用温度为1600℃，长期使用温度可达1500℃； 

3）将过筛后泥浆采用压力式喷雾造粒机造粒，喷雾造粒机进风温度为500℃，热风炉温度为800℃，排风温度为95℃，泥浆压力为1.2MPa，造粒形成的球形颗粒过18目和30目筛，将两筛之间的筛余物颗粒收集待烧； 

4）将待烧颗粒放入氧化铝坩埚中，并置于硅碳棒电阻炉内，以5℃/min的加热速度自室温升温至1230℃，保温0.5h～1h，以5℃/min的加热速度升温至1350℃，保温2h～3h，随炉自然冷却后取出，过20目～40目筛，即得复合压裂支撑剂。 

实施例2： 

1）将金矿尾砂和氧化铝粉分别放入球磨机中干磨，利用氧化铝球石作为研磨介质，控制磨球和原料的质量比为2.5∶1，分别球磨0.5h～2h然后分别过120目筛； 

2）按质量百分比将55%过筛后的金矿尾砂、30%的氧化铝粉和15%的多晶氧化铝耐火短切纤维放入球磨机中，再加入质量浓度为10％的树胶水溶液混匀利用氧化铝球石作为研磨介质，控制磨球、混合料和树胶水溶液的质量比为2.5∶1∶0.35，研磨0.5h～3h形成混合泥浆，泥浆过300目筛； 

其中，氧化铝粉是工业用的α-氧化铝即刚玉粉，其刚玉含量＞98％，粉 体粒经＜10μm；多晶氧化铝耐火短切纤维，其熔点大于2050℃，具极高的热稳定性，可在1400℃以上的环境中应用。最高使用温度为1600℃，长期使用温度可达1500℃； 

3）将过筛后泥浆采用压力式喷雾造粒机造粒，喷雾造粒机进风温度为300℃，热风炉温度为600℃，排风温度为80℃，泥浆压力为1.4MPa，造粒形成的球形颗粒过18目和30目筛，将两筛之间的筛余物颗粒收集待烧； 

4）将待烧颗粒放入氧化铝坩埚中，并置于硅碳棒电阻炉内，以8℃/min的加热速度自室温升温至1230℃，保温0.5h～1h，以6℃/min的加热速度升温至1380℃，保温2h～3h，随炉自然冷却后取出，过20目～40目筛，即得复合压裂支撑剂。 

实施例3： 

1）将金矿尾砂和氧化铝粉分别放入球磨机中干磨，利用氧化铝球石作为研磨介质，控制磨球和原料的质量比为3∶1，分别球磨0.5h～2h然后分别过120目筛； 

2）按质量百分比将50%过筛后的金矿尾砂、40%的氧化铝粉和10%的多晶氧化铝耐火短切纤维放入球磨机中，再加入质量浓度为10％的树胶水溶液混匀利用氧化铝球石作为研磨介质，控制磨球、混合料和树胶水溶液的质量比为3∶1∶0.38，研磨0.5h～3h形成混合泥浆，泥浆过300目筛； 

其中，氧化铝粉是工业用的α-氧化铝即刚玉粉，其刚玉含量＞98％，粉体粒经＜10μm；多晶氧化铝耐火短切纤维，其熔点大于2050℃，具极高的热稳定性，可在1400℃以上的环境中应用。最高使用温度为1600℃，长期使用温度可达1500℃； 

3）将过筛后泥浆采用压力式喷雾造粒机造粒，喷雾造粒机进风温度为400℃，热风炉温度为700℃，排风温度为88℃，泥浆压力为1.3MPa，造粒形成的球形颗粒过18目和30目筛，将两筛之间的筛余物颗粒收集待烧； 

4）将待烧颗粒放入氧化铝坩埚中，并置于硅碳棒电阻炉内，以6℃/min的加热速度自室温升温至1230℃，保温0.5h～1h，以7℃/min的加热速度升温至1360℃，保温2h～3h，随炉自然冷却后取出，过20目～40目筛，即得复合压裂支撑剂。 

实施例4： 

1）将金矿尾砂和氧化铝粉分别放入球磨机中干磨，利用氧化铝球石作为研磨介质，控制磨球和原料的质量比为2.3∶1，分别球磨0.5h～2h然后分别过120目筛； 

2）按质量百分比将45%过筛后的金矿尾砂、43%的氧化铝粉和12%的多晶氧化铝耐火短切纤维放入球磨机中，再加入质量浓度为10％的树胶水溶液混匀利用氧化铝球石作为研磨介质，控制磨球、混合料和树胶水溶液的质量比为2.3∶1∶0.33，研磨0.5h～3h形成混合泥浆，泥浆过300目筛； 

其中，氧化铝粉是工业用的α-氧化铝即刚玉粉，其刚玉含量＞98％，粉体粒经＜10μm；多晶氧化铝耐火短切纤维，其熔点大于2050℃，具极高的热稳定性，可在1400℃以上的环境中应用。最高使用温度为1600℃，长期使用温度可达1500℃； 

3）将过筛后泥浆采用压力式喷雾造粒机造粒，喷雾造粒机进风温度为350℃，热风炉温度为650℃，排风温度为84℃，泥浆压力为1.5MPa，造粒形成的球形颗粒过18目和30目筛，将两筛之间的筛余物颗粒收集待烧； 

4）将待烧颗粒放入氧化铝坩埚中，并置于硅碳棒电阻炉内，以7℃/min的加热速度自室温升温至1230℃，保温0.5h～1h，以5℃/min的加热速度升温至1390℃，保温2h～3h，随炉自然冷却后取出，过20目～40目筛，即得复合压裂支撑剂。 

实施例5： 

1）将金矿尾砂和氧化铝粉分别放入球磨机中干磨，利用氧化铝球石作为研磨介质，控制磨球和原料的质量比为2.8∶1，分别球磨0.5h～2h然后分别过120目筛； 

2）按质量百分比将52%过筛后的金矿尾砂、35%的氧化铝粉和13%的多晶氧化铝耐火短切纤维放入球磨机中，再加入质量浓度为10％的树胶水溶液混匀利用氧化铝球石作为研磨介质，控制磨球、混合料和树胶水溶液的质量比为2.8∶1∶0.4，研磨0.5h～3h形成混合泥浆，泥浆过300目筛； 

其中，氧化铝粉是工业用的α-氧化铝即刚玉粉，其刚玉含量＞98％，粉体粒经＜10μm；多晶氧化铝耐火短切纤维，其熔点大于2050℃，具极高的热稳定性，可在1400℃以上的环境中应用。最高使用温度为1600℃，长期使用温度可达1500℃； 

3）将过筛后泥浆采用压力式喷雾造粒机造粒，喷雾造粒机进风温度为450℃，热风炉温度为750℃，排风温度为92℃，泥浆压力为1.2MPa，造粒形成的球形颗粒过18目和30目筛，将两筛之间的筛余物颗粒收集待烧； 

4）将待烧颗粒放入氧化铝坩埚中，并置于硅碳棒电阻炉内，以10℃/min的加热速度自室温升温至1230℃，保温0.5h～1h，以5℃/min的加热速度升温至1370℃，保温2h～3h，随炉自然冷却后取出，过20目～40目筛，即得 复合压裂支撑剂。 

实施例6： 

1）将金矿尾砂和氧化铝粉分别放入球磨机中干磨，利用氧化铝球石作为研磨介质，控制磨球和原料的质量比为3∶1，分别球磨0.5h～2h然后分别过120目筛； 

2）按质量百分比将50%过筛后的金矿尾砂、36%的氧化铝粉和14%的多晶氧化铝耐火短切纤维放入球磨机中，再加入质量浓度为10％的树胶水溶液混匀利用氧化铝球石作为研磨介质，控制磨球、混合料和树胶水溶液的质量比为3∶1∶0.4，研磨0.5h～3h形成混合泥浆，泥浆过300目筛； 

其中，氧化铝粉是工业用的α-氧化铝即刚玉粉，其刚玉含量＞98％，粉体粒经＜10μm；多晶氧化铝耐火短切纤维，其熔点大于2050℃，具极高的热稳定性，可在1400℃以上的环境中应用。最高使用温度为1600℃，长期使用温度可达1500℃； 

3）将过筛后泥浆采用压力式喷雾造粒机造粒，喷雾造粒机进风温度为380℃，热风炉温度为680℃，排风温度为90℃，泥浆压力为1.5MPa，造粒形成的球形颗粒过18目和30目筛，将两筛之间的筛余物颗粒收集待烧； 

4）将待烧颗粒放入氧化铝坩埚中，并置于硅碳棒电阻炉内，以9℃/min的加热速度自室温升温至1230℃，保温0.5h～1h，以7℃/min的加热速度升温至1400℃，保温2h～3h，随炉自然冷却后取出，过20目～40目筛，即得复合压裂支撑剂。 

本发明利用工业废弃物-金矿尾砂为主料，以“调整化学成分＋优化显微结构”的思路，通过简单易控的工艺操作，提供一种引入和利用原位反应 自生成具有纤维状晶体的同时，使纤维与生成的细小颗粒自弥散基体相之间进一步优化形成纤维状/粒状复合陶瓷材料的具体方法，将“双重弥散”技术与陶瓷复合技术相结合，既开发利用了废弃的矿渣，又改善支撑剂的化学组成，优化陶粒的显微结构，克服陶瓷材料的脆性，有望进一步提高支撑剂陶粒材料的综合性能。 

以金矿尾砂为主料，通过引入耐高温氧化铝纤维的同时，利用高温反应，原位自形成纤维状3Al₂O₃·2SiO₂莫莱石晶体与瓷体中的粒状晶体弥散强韧化的复合材料，不但具有制造成本低廉，而且纤维状的莫莱石具有较大的比表面积和表面能与颗粒状的刚玉、方石英、钙长石陶瓷基体依靠强有力的晶界力相结合，一方面纤维状晶体分布在刚玉、方石英、钙长石颗粒之间，形成纤维/颗粒弥散结构，另一方面，合成的刚玉晶体具“细晶化”结构，均匀弥散在方石英、钙长石等晶体周围，形成颗粒/颗粒二次弥散的叠加。“双重弥散”导致纤维/粒状复合弥散结构的形成，有效的改善了瓷体的显微结构，对提高瓷体的强度和韧性起到了决定性的作用，从而使该材料的综合性能有了很大的提高。 

在陶粒支撑剂配方中引入能在高温下充分反应形成纤维状晶体的化学组份，以其作为必须的初始原料，经过高温反应使纤维状晶体与新形成粒状晶体之间，合成了“双重弥散”显微结构的复合材料。由于各个不同的相是在相同温度、环境和条件下形成的，致使纤维增强相与颗粒相及气孔相之间具有很好的应力相容性和润湿性，有效的改善和优化了陶粒的显微结构，使该材料的综合力学性能有了明显的提高。 

本发明用金矿尾砂作为主料制备石油压裂支撑剂。尾砂是黄金生产中不 可避免产生的废渣，量大面广，目前没有获得很好的开发和利用。根据国内黄金产出的地质特征，金矿废渣主要矿物以石英（30%～60％）、黄铁矿（5%～20％）、斜长石（10%～30％）、钾长石（15%～30％）、绢云母（5%～15％）为主，化学组成一般以SiO₂（40%～60％）、Al₂O₃（15%～25％）、Fe₂O₃（2%～10％）、TiO₂（0～2％）、K₂O（3%～8％）、Na₂O（2%～5％）等氧化物形成存在，外形为细粒粉末状半固体，排放堆积疏松，尾砂颗粒度在70目～160目（0.22mm～0.097mm）之间。金矿尾砂既提供了高温反应所必须的组份，又起到了高温复合熔剂的作用。尾砂在成份上体现出：高硅、低铝、高铁、钾、钠的特点，在性质上表现出低熔点、高效助熔的特征。莫来石纤维的主要来源是高温下废渣中的SiO₂和氧化铝粉中的Al₂O₃反应形成莫来石柱体或纤维，纤维相/颗粒相/气孔相构成了弥散态的显微结构。非α-Al₂O₃转变成增强相的细粒刚玉，刚玉增强相也呈细晶－弥散态分布于钙长石、方石英的周围，形成了双重弥散的显微结构。刚玉和莫来石的产生对支撑剂强度起到了决定性的作用。另一方面尾砂中是熔剂组份K₂O、Na₂O、CaO、MgO、Fe₂O₃、TiO₂等，能有效降低混合料的低共融点，使支撑剂烧结温度降低，并与其他组分相互作用形成的少量的玻璃相，充填在因高温反应放出气体或晶形转化体积膨胀所形成的气孔内，对提高支撑剂的强度起到了有效的补充。 

本发明利用金矿尾砂、氧化铝粉、短切氧化铝纤维经烧结工艺，通过高温反应在基体相和增强相同时合成，并使基体相“细晶化”、“弥散化”，增强相与基体相再次“弥散“，双重弥散制备了复合支撑剂陶粒。由于该材料综合了细晶化陶瓷材料和纤维材料的优点，并使其中的气孔相也呈弥散态均匀分布，一方面保证了陶粒的强度和韧性，另一方面有效降低了材料的密度， 使该材料的综合力学性能得到了进一步的提高。另外，在原料上，大量引入低成本的选矿废渣，降低了烧成温度，在快速烧成中实现了细晶化和弥散化，同时降低了生产成本。本发明不改变现有工艺，不增加任何设备，其产品的技术指标和使用性能完全符合石油天然气行业标准SY/T5108-2006《压裂支撑剂性能指标及评价测试方法》。 

本发明用氧化铝纤维和金矿尾砂作为主料制备复合型石油压裂支撑剂，不仅可以发挥废渣粒度细、高硅、低铝、铁、钛、钾、钠组份含量大，熔点低、高温助熔效果显著的优势，还可以通过工艺条件控制高温反应，使石油压裂支撑剂中既有高强度的弥散态粒状晶体（钙长石、方石英、刚玉），又有增强增韧的纤维状晶体（氧化铝、莫莱石），二者呈现弥散－细晶有序的纤维/颗粒微观结构，从而有效提高支撑剂的强度和耐酸度、降低其破碎率。形成性能优异的支撑剂材料。 

本发明的效果体现在： 

(1)本发明的主要原料是选矿过程中不可避免排放的工业废弃物，用金矿尾砂制备压裂支撑剂不仅有助于节约天然资源，降低生产成本，而且有利于环境保护。 

(2)尾砂原料主要为微米级球形颗粒，与天然矿物相比，原料无需使用大功率破碎机破碎，且各组份之间混料均匀，有效地减小了原料球磨所产生的大量能耗。 

(3)金矿尾砂的矿物化学组成和性质表现具有高硅、低铝、铁、钛杂质含量大，熔点低、高温助熔效果显著的特点，既提供了高温反应中所必须的SiO₂、Al₂O₃等组份，又供给了高温熔剂组份K₂O、Na₂O、Fe₂O₃、TiO₂、CaO、MgO 等，减小生产成本。 

(4)以复合材料的理论为指导，引入氧化铝纤维，使石油压裂支撑剂中既有高强度的弥散－细晶态的刚玉晶体构成了颗粒/颗粒的弥散结构，又有增强增韧的纤维状弥散化的纤维/颗粒弥散结构，双重弥散有效改善了瓷体的显微结构，提高支撑剂的强度和耐酸腐蚀性，降低其破碎率。 

(5)制备的压裂支撑剂强度可达到95MPa～135MPa，具有强度高、质轻、耐高温、耐腐蚀等优良特性，可作为中、深层油气田压裂支撑剂。表1为引入纤维并以金矿尾砂为主料于1400℃所制备的压裂支撑剂陶粒样品的性能指标。 

表1  1400℃所制备的压裂支撑剂陶粒样品的性能 

。

Claims (6)

1.一种利用金矿尾砂和氧化铝纤维制备复合型压裂支撑剂的方法，其特征在于：

1）将金矿尾砂和氧化铝粉分别放入球磨机中干磨，然后分别过120目筛；

2）按质量百分比将40%～55%过筛后的金矿尾砂、30%～45%的氧化铝粉和10%～15%的多晶氧化铝耐火短切纤维混合后加入到球磨机中，再向球磨机中加入质量浓度为10%的树胶水溶液混匀湿磨形成混合泥浆，泥浆过300目筛；

3）将过筛后泥浆采用压力式喷雾造粒机造粒，造粒形成的球形颗粒过18目和30目筛，将两筛之间的筛余物颗粒收集待烧；

4）将待烧颗粒放入氧化铝坩埚中，并置于硅碳棒电阻炉内，以5℃/min～10℃/min的加热速度自室温升温至1230℃，保温0.5h～1h，以5℃/min～7℃/min的加热速度升温至1350℃～1400℃，保温2h～3h，随炉自然冷却后取出，过20目～40目筛，即得复合压裂支撑剂。

2.根据权利要求1所述的利用金矿尾砂和氧化铝纤维制备复合型压裂支撑剂的方法，其特征在于：所述的步骤1）干磨是利用氧化铝球石作为研磨介质，控制磨球和原料的质量比为(2～3)∶1，分别球磨0.5h～2h。

3.根据权利要求1所述的利用金矿尾砂和氧化铝纤维制备复合型压裂支撑剂的方法，其特征在于：所述的步骤2）湿磨是利用氧化铝球石作为研磨介质，控制磨球、混合料和树胶水溶液的质量比为（2～3）∶l∶（0.3～0.4），研磨0.5h～3h。

4.根据权利要求1所述的利用金矿尾砂和氧化铝纤维制备复合型压裂支撑剂的方法，其特征在于：所述的步骤3）造粒：喷雾造粒机进风温度为300℃～500℃，热风炉温度为600℃～800℃，排风温度为80℃～95℃，泥浆压力为1.2MPa～1.5MPa。

5.根据权利要求1所述的利用金矿尾砂和氧化铝纤维制备复合型压裂支撑剂的方法，其特征在于：所述的氧化铝粉是工业用的α-氧化铝，其刚玉含量＞98％，粉体粒径＜10μm。

6.根据权利要求1所述的利用金矿尾砂和氧化铝纤维制备复合型压裂支撑剂的方法，其特征在于：所述的多晶氧化铝耐火短切纤维的熔点大于2050℃。