一种深井回注用免烧压裂支撑剂、制备方法及应用与流程

本发明属于深井回注，具体涉及一种深井回注用免烧压裂支撑剂、制备方法及应用。

背景技术：

1、煤炭开采过程带来许多环境困扰，如矿井水和煤矸石排放，目前对矿井水的主要处置手段为，对矿井水进行逐级浓缩，净化至目标水质，但浓缩会产生大量副产物浓盐水，浓盐水处置存在成本高、效率低的问题，解决这一问题的有效方法是实施大口径深井回注。为保证单井回灌量满足设计要求，当地层裂隙较小，吃水量达不到要求时，为了疏通注水空间及导水通道，可对目的层段进行压裂作业，压裂过程中还需使用压裂支撑剂以确保岩层裂隙长期稳定存在。压裂支撑剂的制备能否就地取材，并以简单的工艺制备，将显著降低深井回注过程的成本。现有的压裂支撑剂包括石英砂和人造陶粒两种类型，煤矸石因富含石英和高岭石而成为了优异的石英砂、人造陶粒制备材料，然而，现有技术将石英砂和人造陶粒分开制备，导致在石英砂制备过程中需要对煤矸石中的高岭石进行分离，浪费了煤矸石中的硅铝酸盐原料，还会产生污染物；在人造陶粒生产过程中，因石英较难转化，需要高温对陶粒进行烧结，煅烧工艺的使用导致材料的制备难度和成本很高。

2、因此，如何就地取材、降低深井回注压裂支撑剂的生产成本、简化生产工艺就成为一项亟需解决的技术难题。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种深井回注用免烧压裂支撑剂、制备方法及应用，以解决深井回注压裂支撑剂的生产成本高、生产工艺复杂的技术问题。

2、为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案予以实现：

3、一种深井回注用免烧压裂支撑剂的制备方法，以煤矸石、水玻璃、氢氧化钠、十二烷基苯磺酸钠、双氧水和水为原料，采用腐蚀造粒工艺制备免烧压裂支撑剂，所述原料以质量百分比计包括煤矸石45.5～55.6％，水玻璃15.7～26.8％、氢氧化钠9.8～14.6％，十二烷基苯磺酸钠0.5～1.3％，双氧水2.5～4.6％和水11.3～15.7％，各组分的质量百分比合计为100％。

4、本发明还具有以下技术特征：

5、具体的，该方法包括如下步骤：

6、步骤1、对煤矸石进行破碎粉末处理，得到作为母粒的煤矸石颗粒和作为辅助粉末的煤矸石粉末；

7、步骤2、将煤矸石颗粒放入制粒机；将配方量的煤矸石粉末、水玻璃、氢氧化钠、十二烷基苯磺酸钠与水混合得到浆液；

8、步骤3、将步骤2制得的浆液喷洒到旋转的制粒机中，喷洒结束后得到中间体；

9、步骤4、以水和双氧水为原料制备发泡液，并将制得的发泡液喷洒到旋转的制粒机中，得到深井回注用免烧压裂支撑剂。

10、更进一步的，所述步骤1中，所述煤矸石颗粒的粒径为5～50目，所述煤矸石粉末的粒径小于200目。

11、更进一步的，所述步骤2中，煤矸石颗粒和煤矸石粉末的质量比为(2.5～3.5):1。

12、更进一步的，所述步骤3中，制粒机的旋转速度为100～150r/min，浆液的喷洒速度为1～1.5l/min，喷洒时间为5～10min。

13、更进一步的，所述步骤4中，水和双氧水的质量比为(3.5～4.5):1，喷洒速度为0.5～0.7l/h，喷洒时间为1～2min。

14、更进一步的，步骤4制得的深井回注用免烧压裂支撑剂的粒径为106～3350微米，球度＞0.7，最大酸溶解度＞1.5％，密度＜2.13g/cm3，破碎应力值＞28mpa。

15、本发明还保护一种深井回注用免烧压裂支撑剂，该免烧压裂支撑剂采用上述的制备方法制得，所述免烧压裂支撑剂以质量百分比计，包括以下原料组分：45.5～55.6％，水玻璃15.7～26.8％、氢氧化钠9.8～14.6％，十二烷基苯磺酸钠0.5～1.3％，双氧水2.5～4.6％和水11.3～15.7％，各组分的质量百分比合计为100％。

16、更进一步的，所述免烧压裂支撑剂粒径为106～3350微米，球度＞0.7，最大酸溶解度＞1.5％，密度＜2.13g/cm3，破碎应力值＞28mpa。

17、本发明还保护上述制备方法制得的深井回注用免烧压裂支撑剂在浓盐水深井回注中的应用。

18、本发明与现有技术相比，具有如下技术效果：

19、(ⅰ)本发明的制备方法以煤矸石颗粒和煤矸石粉末为主要原料，实现了原料的就地取材，能够有效降低压裂支撑剂的生产成本，同时可以就地处理部分煤矸石固废。

20、(ii)本发明的制备方法本发明工艺方法摒弃了传统压裂支撑剂制备过程中所采用的煅烧工艺，利用化学试剂与煤矸石中的高岭石反应形成高强度胶凝材料的特性，充分发挥了煤矸石中石英相和高岭石相的作用，在简化支撑剂制备工艺的同时，避免了高温煅烧工艺，能够有效降低企业的生产成本。

21、(ⅲ)本发明提供的制备方法中添加的发泡剂能够对同一粒径范围内的支撑剂进行密度调节，增加支撑剂的适用性。

技术特征：

1.一种深井回注用免烧压裂支撑剂的制备方法，其特征在于，以煤矸石、水玻璃、氢氧化钠、十二烷基苯磺酸钠、双氧水和水为原料，采用腐蚀造粒工艺制备免烧压裂支撑剂；

2.如权利要求1所述的深井回注用免烧压裂支撑剂的制备方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

3.如权利要求2所述的深井回注用免烧压裂支撑剂的制备方法，其特征在于，所述步骤1中，所述煤矸石颗粒的粒径为5～50目，所述煤矸石粉末的粒径小于200目。

4.如权利要求1所述的深井回注用免烧压裂支撑剂的制备方法，其特征在于，所述步骤2中，煤矸石颗粒和煤矸石粉末的质量比为(2.5～3.5):1。

5.如权利要求1所述的深井回注用免烧压裂支撑剂的制备方法，其特征在于，所述步骤3中，制粒机的旋转速度为100～150r/min，浆液的喷洒速度为1～1.5l/min，喷洒时间为5～10min。

6.如权利要求1所述的深井回注用免烧压裂支撑剂的制备方法，其特征在于，所述步骤4中，水和双氧水的质量比为(3.5～4.5):1，喷洒速度为0.5～0.7l/h，喷洒时间为1～2min。

7.如权利要求1所述的深井回注用免烧压裂支撑剂的制备方法，其特征在于，步骤4制得的深井回注用免烧压裂支撑剂的粒径为106～3350微米，球度＞0.7，最大酸溶解度＞1.5％，密度＜2.13g/cm3，破碎应力值＞28mpa。

8.一种深井回注用免烧压裂支撑剂，其特征在于，该免烧压裂支撑剂采用如权利要求1～7中任一项所述的制备方法制得，且所述免烧压裂支撑剂以质量百分比计，包括以下原料组分：45.5～55.6％，水玻璃15.7～26.8％、氢氧化钠9.8～14.6％，十二烷基苯磺酸钠0.5～1.3％，双氧水2.5～4.6％和水11.3～15.7％，各组分的质量百分比合计为100％。

9.如权利要求8所述的深井回注用免烧压裂支撑剂，其特征在于，粒径为106～3350微米，球度＞0.7，最大酸溶解度＞1.5％，密度＜2.13g/cm3，破碎应力值＞28mpa。

10.根据权利要求1～7中任意一项所述的制备方法制得的深井回注用免烧压裂支撑剂在浓盐水深井回注中的应用。

技术总结本发明提供了一种深井回注用免烧压裂支撑剂、制备方法及应用，制备方法以煤矸石、水玻璃、氢氧化钠、十二烷基苯磺酸钠、双氧水和水为原料，采用腐蚀造粒工艺制备免烧压裂支撑剂；所述免烧压裂支撑剂以质量百分比计，包括以下原料组分：煤矸石45.5～55.6％，水玻璃15.7～26.8％、氢氧化钠9.8～14.6％，十二烷基苯磺酸钠0.5～1.3％，双氧水2.5～4.6％和水11.3～15.7％，各组分的质量百分比合计为100％。本发明的制备方法摒弃了传统压裂支撑剂制备过程中所采用的煅烧工艺，利用化学试剂与煤矸石中的高岭石反应形成高强度胶凝材料的特性，充分发挥了煤矸石中石英相和高岭石相的作用，在简化支撑剂制备工艺的同时，避免了高温煅烧工艺，能够有效降低企业的生产成本。技术研发人员：韩乐,王晓东,周振方,许刚刚,张跃宏,许晨受保护的技术使用者：中煤科工西安研究院（集团）有限公司技术研发日：技术公布日：2024/11/4