用于生產支撐劑的擠出工藝制造技術

描述了用于生產適合用作支撐劑的陶瓷、玻璃、玻璃-陶瓷或復合物的擠出方法和設備。該方法包括：形成一種或多種生坯材料，將該生坯材料擠出以形成生坯擠出物，將生坯擠出物分離并且成形成單獨的生坯，和燒結生坯以形成支撐劑。該設備包括：用于形成生坯材料的緊密混合物的裝置，產生生坯擠出物的裝置，用于將生坯擠出物分離并且成形為單獨生坯的裝置，和燒結該生坯以形成支撐劑的裝置。

【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】用于生產支撐劑的擠出工藝本申請根據35U.S.C.§ 119(e)要求于2011年I月25日提交的在先美國臨時專利申請N0.61/435，938的權利，其全部內容引入本文供參考。
技術介紹
許多粒狀顆粒(particle)被廣泛用作支撐劑，以在油氣地層中保持滲透性。通常使用三個等級的支撐劑:砂、樹脂涂布的砂、和陶瓷支撐劑。常規支撐劑呈現杰出的抗碎強度以及極端的密度。陶瓷支撐劑的典型密度超過100磅/立方英尺。當用于油氣井時，支撐劑是在水力壓裂過程期間在載體溶液(典型地為鹽水)中以極端壓力泵送到油井或氣井中的材料。一旦泵送引起的壓力被除去，支撐劑在巖層(rock formation)中“支撐”開裂縫(fracture)，并且因此阻止所述裂縫閉合。結果，暴露于井眼(well bore)的地層表面積的量增加，從而使采收速度提高。支撐劑還增加地層的機械強度，并且因此有助于保持隨著時間流逝的流速。支撐劑主要用于氣井，但是在油井中也找到應用。相關的質量參數(尤其是當支撐劑用于增強油氣生產時)包括:顆粒密度(低密度是期望的)、抗碎強度和硬度、粒度(值取決于地層類型)、粒度分布(緊密分布期望的)、顆粒形狀(期望球形)、孔徑(值取決于地層類型和粒度，通常越小越好)、孔徑分布(緊密分布是期望的)、表面平滑度、耐腐蝕性、溫度穩定性和親水性(期望水中性的到疏水性的)。較輕比重的支撐劑可為期望的，因為它們更容易在壓裂液(fracturing fluid)中輸送，并且因此可以在沉降之前被更遠地運送到裂縫中，并且與較高比重的支撐劑相比，可以產生更寬的被支撐的裂縫。用于油氣工業的支撐劑經常是砂和人造陶瓷。砂的成本低，并且與其它支撐劑材料相比密度適中，但是砂具有低的強度。人造陶瓷、主要是鋁土礦基陶瓷或莫來石基陶瓷，比砂堅固得多，但是比砂致密得多，并且更昂貴。陶瓷支撐劑在抗碎強度和硬度的臨界尺寸上優于砂和樹脂涂布的砂。它們還在最大可實現的粒度、腐蝕和溫度性能方面提供了一些益處。大量的理論建模和實際情況的經驗表明:對于大多數地層，常規的陶瓷支撐劑提供了相對于砂或樹脂涂布的砂令人注目的益處。相對于常規砂方案而言陶瓷驅動的流速和采收率改善20%或更多是常見的。當前的陶瓷支撐劑通常用于深度為中等到深的井。淺井通常使用砂或不使用支撐劑。陶瓷支撐劑最初是為了用于深井(例如，深于7，500英尺的那些)中而開發的，在所述深井中砂的抗碎強度不足。在拓展其可應用的市場的嘗試中，陶瓷支撐劑制造商已經引入專注于中等深度井的廣品。樹脂涂布的砂相對于常規的砂提供了許多優點。首先，樹脂涂布的砂與未涂布的砂相比呈現出更高的抗碎強度，因為樹脂涂層將負荷分散在更寬廣的面積上，從而降低支撐劑內的應力。第二，樹脂涂布的砂是“粘性的”，并且因此，相對于常規的砂支撐劑而言，顯示出減少的“支撐劑回流”。換句話說，樹脂涂布的砂支撐劑更有可能留在地層中。第三，樹脂涂層通常增加支撐劑的球度和圓度，由此減少通過支撐劑充填層(pack)的流動阻力。陶瓷支撐劑方面最近的發展已經追求在降低支撐劑密度的同時保持抗碎強度。作為實例，已經將孔隙引入支撐劑坯(主體，body)中。在支撐劑坯中引入孔通常對應于降低的強度。在支撐劑向油氣地層的各施加中，一些支撐劑被壓碎。多孔的陶瓷支撐劑傾向于產生顯著量的可從地層運送的細顆粒。細粒必須被過濾，并且可磨損在井生產期間使用的設備。陶瓷支撐劑通常使用標準系列(序列，series)的工藝形成:I)混合生坯材料2)形成生坯形狀3)將生坯燒結成最終的陶瓷支撐劑。生產陶瓷顆粒如支撐劑的傳統工藝是費時并且昂貴的。原材料通常預先研磨(pre-grind)到規定尺寸(to size)。然后將該規定尺寸的(sized)材料轉移到具有針對強剪切的介質的混合機中，以便形成均勻的分散體或生坯材料。然后通過另外的工藝如噴霧干燥、壓實或碾磨(milling)，使生坯材料形成為顆粒。如果期望多層陶瓷顆粒構造，則該成形工藝可以重復數次。無論是以單層工藝還是以多層工藝形成的穩定的、未燒結的顆粒均稱為“生坯”。最后，將生坯燒結，以產生最終的陶瓷、玻璃-陶瓷或復合物。該工藝中的多個步驟需要很多件設備、大的制造區域，并且需要將材料從一件設備轉移到下一件設備。該常規工藝中的大多數步驟是間歇操作。眾所周知擠出工藝是形成陶瓷的方法。美國專利N0.3，112，184描述了制造用于再生器、同流換熱器、散熱器(輻射器，radiator)、催化劑載體、過濾器、熱交換器等中的薄壁陶瓷蜂窩結構的方法。這樣的陶瓷擠出可用于生產大的結構制品。美國專利N0.5，227，342描述了通過擠出工藝制造金屬氧化物陶瓷如丸粒(pellet)或栓狀物(plug)的方法。美國專利N0.7，160，584描述了制造陶瓷發光針(glow pin)的方法，所述陶瓷發光針由超過兩個層形成并且通過共擠出工藝制造。這樣的陶瓷擠出可產生較小形狀，如丸粒。然而，這些方法對于例如支撐劑的制品是無效的，因為支撐劑在形狀上必須是大致球形的。當通過三個互相垂直的平面截開時，球在各個平面中具有圓形橫截面。擠出可在擠出物離開模頭時在與擠出物方向垂直的僅一個平面中產生球形橫截面。而且，在大致球形的支撐劑中，具有多層的支撐劑必須包圍(enclose)或者包封(encapsulate)內層。在共擠出中，多個相鄰的層或區域(region)被同時擠出。如果將來自共擠出的擠出物垂直于材料的流動而切割，則材料的內層或區域不會被完全包封，因為當在垂直于擠出機模頭的方向上觀看時，共擠出中存在的所有材料在擠出物中是可見的。從共擠出切割的丸粒在該丸粒被切割的表面處暴露出結構的內層。
技術實現思路
本專利技術的一個特征是，以連續并且有效的方式生產各種各樣適合用作支撐劑的陶瓷顆粒的工藝。本專利技術的進一步特征是，能夠生產具有一種或多種材料、一個或多個層或者一個或多個區域的支撐劑的工藝。本專利技術的進一步特征是，各自與最終支撐劑內的層或區域有關的一種或多種生坯材料的使用。本專利技術的進一步特征是，使用共擠出步驟，其中多種生坯材料進行接觸并且以基本上相同的方向流動或運動。本專利技術的進一步特征是，在共擠出步驟期間，至少一種材料用另外的材料部分地包封。本專利技術的進一步特征是，較高密度和較低密度分布的生坯的產生。[0021 ] 本專利技術的進一步特征是，生坯內多種材料之間的界面的改善。本專利技術的進一步特征是，相對于常規支撐劑具有明顯更窄的粒度分布的支撐劑的形成。本專利技術的進一步特征是，使不同的層或區域在支撐劑坯內產生期望的內應力分布(profile)的能力。本專利技術的進一步特征是，提供通過自增韌結構制造堅固的、韌性的和輕質的陶瓷、玻璃或玻璃-陶瓷基質復合物的方法，所述自增韌結構經由在支撐劑的至少一個層或區域內的氧化物的復合混合物的粘性反應燒結而產生。本專利技術的進一步特征是，提供具有優異的抗碎強度的例如以支撐劑形式的多層或多區域陶瓷、玻璃或玻璃-陶瓷復合物。本專利技術的進一步特征是，提供具有抗碎強度和/或如通過比重顯示的漂浮性的優異平衡的支撐劑。本專利技術的進一步特征是，提供可以克服一個或多個上述缺點的支撐劑。為了實現本專利技術的一個或多個特征，本專利技術涉及通過使多種生坯材料集合在一起成為生還形式的穩定的多層或多區域布置(arrange本文檔來自技高網...

【技術保護點】
生產支撐劑的方法，包括如下步驟：a、形成包括犧牲材料、反應性材料、惰性材料、孔形成劑、流動劑、或其任何組合的一種或多種生坯材料，和b、將所述一種或多種生坯材料擠出，以形成生坯擠出物，和c、將所述生坯擠出物分離并且任選地成形為單獨的生坯，和d、燒結所述生坯。

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】2011.01.25 US 61/435,9381.生產支撐劑的方法，包括如下步驟:a、形成包括犧牲材料、反應性材料、惰性材料、孔形成劑、流動劑、或其任何組合的一種或多種生坯材料，和b、將所述一種或多種生坯材料擠出，以形成生坯擠出物，和C、將所述生坯擠出物分離并且任選地成形為單獨的生坯，和d、燒結所述生坯。2.權利要求1的方法，其中所述犧牲材料包括一種或多種聚合物。3.權利要求1的方法，其中所述犧牲材料包括低灰分的可燃材料。4.權利要求1的方法，其中所述犧牲材料包括在室溫下為固體并且具有比所述燒結的溫度低的沸點的材料。5.權利要求1的方法，其中所述反應性材料包括氧化鋁、二氧化硅、玻璃、粘土、長石、金屬氧化物、碳化硅、金屬、莫來石、鋁土礦、堇青石、金屬碳化物、金屬氮化物、金屬硼化物、金屬硅化物、或其任何組合。6.權利要求1的方法，其中所述反應性材料包括能夠反應產生纖維或晶須的二氧化硅、氧化鋁、氧化鎂、氧化鐵、碳、或稻殼、或其任何組合。7.權利要求1的方法，其中所述反應性材料包括珍珠巖、蛭石、火山玻璃、或其它包含化學或物理結合的水或其它能蒸發材料的玻璃狀材料。8.權利要求1的方法，`其中所述反應性材料包括能夠在所述燒結生坯中的玻璃、玻璃-陶瓷、和陶瓷材料之間形成界面的霞石正長巖或其它助熔材料。9.權利要求1的方法，其中所述惰性材料包括氧化鋁、二氧化硅、玻璃、粘土、長石、不同于氧化鋁的金屬氧化物、碳化硅、金屬、莫來石、鋁土礦、堇青石、金屬碳化物、金屬氮化物、金屬硼化物、金屬硅化物或其任何組合。10.權利要求1的方法，其中所述孔形成劑包括碳化硅、氮化硅、氮化硼、碳化鈦、硼化鈦、氮化招、娃招氧氮陶瓷、氧氮化招、或其任何組合。11.權利要求1的方法，其中所述流動劑包括熱解二氧化硅、有機硅、潤滑劑、凝膠、油、水、表面活性劑、或其任何組合。12.權利要求1的方法，其中所述擠出包括向擠出室提供一種或多種生坯材料的流動或材料運動、以及壓力或力，其中所述一種或多種生坯材料形成所述生坯擠出物。13.權利要求12的方法，其中所述一種或多種生坯材料的流動或材料運動、以及壓力或力通過重力、旋轉螺桿、雙旋轉螺桿、將混合功能與期望的材料運動集成的剪切驅動的方法、活塞、撞錘、螺動、振動、離心力、或其任何組合來提供。14.權利要求13的方法，其中所述雙螺桿是同向旋轉的或反向旋轉的。15.權利要求12的方法，其中所述擠出室包括其中多種生坯材料以基本上相同的方向一起流動或運動的容積。16.權利要求15的方法，其中所述容積是圓形的、橢圓形的、正方形的、或六邊形的。17.權利要求12的方法，其中一種或多種生坯材料的所述流動或材料運動是同心的、平行的或偏移的。18.權利要求12的方法，其中一種或多種生坯材料的所述流動或材料運動是恒定的、不連續的、反向或周期性的。19.權利要求12的方法，其中所述流動或材料運動包括相同的或不同的兩種或更多種生坯材料。20.權利要求12的方法，其中所述擠出室包括用于各生坯材料的、僅該生坯材料存儲在其中、在其中流動或運動的至少一個容積。21.權利要求20的方法，其中使所述至少一個容積成形為將各生坯材料的流動或運動導向成朝著另一生坯材料、與其它生坯材料平行、或其任何組合。22.權利要求15的方法，其中在所述擠出室的所述容積的任意一個或多個內的所述生坯材料的組成隨時間變化。23.權利要求1的方法，其中所述擠出物的橫截面是圓形的、三角形的、正方形的、或矩形的。24.權利要求1的方法，其中所述擠出物的橫截面的尺寸隨時間變化。25.權利要求24的方法，其中擠出物橫截面的變化促進生坯的分離。26.權利要求24的方法，其中擠出物橫截面的變化促進生坯的成形。27.權利要求1的方法，其中所述分離至少部分地通過與擠出物的流動或運動接觸的刀刃或邊緣來進行。28.權利要求1的方法，其中所述分離至少部分地通過與擠出物的流動或運動接觸的輥或帶來進行。29.權利要求1的方法，其中所述分離至少部分地通過空氣、水或其它流體的脈沖、變化流動或連續流動來進行。30.權利要求1的方法，其中所述分離至少部分地通過穿過所述擠出機的所述生坯材料的流動或運動的變化來進行。31.權利要求1的方法，其中所述分離至少部分地通過振動來進行。32.權利要求1的方法，其中所述分離至少部分地通過具有與擠出物接觸的腔或其它結構的固體表面來進行。33.權利要求32的方法，其中固體表面與擠出物的所述接觸促進生坯的成形。34.權利要求1的方法，其中所述分離通過包括固體表面和用于至少部分地實現所述分離的腔或其它結構的同向旋轉輪來進行。35.權利要求1的方法，其中所述成形通過翻滾、輥壓、研磨、碾磨、澆鑄、模壓、模鍛、撞擊、噴砂、部分溶解、或其任何組合來進行。36.權利要求1的方法，其中所述成形通過包括固體表面和用于改變所述生坯形狀的腔或其它結構的同向旋轉輪或其它表面來進行。37.權利要求1的方法，其中所述燒結包括感應加熱、旋轉窯、微波、隧道窯、梭式窯、電爐、燃氣爐、對流爐、自蔓延高溫燒結、輻射、等離子體、火花等離子體、輥道爐床、鏈道爐床、推送裝置拖運器、立式燃燒爐、或其任何組合。38.用于生產支撐劑的設備，包括:a、用于形成一種或多種生坯材料的緊密...

【專利技術屬性】
技術研發人員：DK查特吉，伍尚華，謝玉明，CF科克，RD斯卡拉，
申請(專利權)人：環氧乙烷材料股份有限公司，
類型：
國別省市：