本发明涉及石油、天然气井压裂技术领域，进一步的，涉及一种石英砂支撑剂生产方法及系统，尤其涉及一种压裂用石英砂支撑剂的生产方法及方法。

背景技术：

随着近年来油气资源勘探开发快速发展，特别是页岩气、致密气等非常规油气资源的规模开发，压裂技术广泛应用于非常规油气井、丛式井增产作业。

天然石英砂因其具有较好的圆整度、抗酸、抗压等特性，被广泛的用作压裂支撑剂使用。现阶段，用于压裂支撑剂的天然石英砂主要以黄砂和白砂为主，分布于内蒙、宁夏、新疆等地。特定的石英砂矿源能否作为压裂支撑剂，首先要考虑其抗压强度能否满足要求，其次为圆球度、浊度等性质。实践中，石英砂抗破碎率等级为其天然特性，通常在矿源踏勘、筛选环节已进行过评价与论证，其生产、加工过程主要是降低石英砂浊度、提高纯度，进一步进行干燥和筛选得到相应的成品石英砂支撑剂。

现阶段，天然石英砂开采、提纯、烘干和筛分等生产、加工环节无标准的方法和设备，各地生产、加工出的产品质量参差不齐，产品规格也不能满足细分市场的需求，导致高品质石英砂支撑剂供不应求、价格水涨船高。

针对相关技术中生产出的石英砂支撑剂品质较低，无法满足使用要求的问题，目前尚未给出有效的解决方案。

由此，本发明人凭借多年从事相关行业的经验与实践，提出一种石英砂支撑剂生产方法及系统，以克服现有技术的缺陷。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种石英砂支撑剂生产方法及系统，能够应用于石英砂矿源的规模开采和加工，生产出的石英砂支撑剂的产品质量能够满足各类检测标准和使用的要求，产品规格符合市场需求。

本发明的目的可采用下列技术方案来实现：

本发明提供了一种石英砂支撑剂生产方法，所述石英砂支撑剂生产方法包括如下步骤：

步骤s1：筛除原砂中的大颗粒杂质和大量废砂，得到所需粒径范围的毛砂；

步骤s2：分离去除所述毛砂中的附着物和小颗粒杂质；

步骤s3：对所述毛砂进行烘干处理；

步骤s4：对烘干后的所述毛砂进行分级筛分，以去除所述毛砂中的少量废砂，得到所需粒径范围的成品砂。

在本发明的一较佳实施方式中，所述步骤s1包括：

步骤s101：采用单层筛网去除所述原砂中的大颗粒杂质及杂草植被；

步骤s102：对所述原砂进行初步烘干处理，以降低所述原砂中的含水率；

步骤s103：采用两层筛网对烘干后的所述原砂进行筛选，去除所述原砂中的大量废砂，以得到所需粒径范围的所述毛砂。

在本发明的一较佳实施方式中，所述步骤s2包括：

步骤s201：采用摩擦清洗机对所述毛砂进行初步清洗，将石英砂与杂质以及泥土分散在水中；

步骤s202：采用螺旋洗砂机对所述毛砂进行二次清洗，以去除所述毛砂上的附着物；

步骤s203：采用水力旋流器去除所述毛砂中的小颗粒杂质；

步骤s204：对所述毛砂进行脱水以及晾晒处理。

在本发明的一较佳实施方式中，所述步骤s4包括：

步骤s401：一级筛分，采用三层筛网组合对所述毛砂进行筛分，得到不同粒径范围的毛砂，同时去除所述毛砂中的少量废砂；

步骤s402：二级筛分，分别采用不同的单层筛网对步骤s401中不同粒径范围的所述毛砂进行筛分，筛选出所需粒径范围的石英砂即为多种粒径范围的成品砂。

本发明提供了一种石英砂支撑剂生产系统，所述石英砂支撑剂生产系统包括筛除原砂中大颗粒杂质和大量废砂的预处理装置、分离去除毛砂中的附着物和小颗粒杂质的提纯装置以及对毛砂进行烘干并分级筛分去除毛砂中的少量废砂的烘干筛选装置，其中：

所述预处理装置位于石英砂矿源所在地，用于对矿源地的原砂进行预处理，原砂预处理后的毛砂通过车辆运输至所述提纯装置中进行进一步提纯处理；所述提纯装置用于对毛砂进行提纯加工，加工提纯后的毛砂通过铲车运输至所述的烘干筛选装置中进行烘干和多级筛分处理后得到成品砂。

在本发明的一较佳实施方式中，所述预处理装置包括筛选除杂器、初级烘干炉和初级振动筛，所述筛选除杂器的入料口即为所述预处理装置的输入口，所述筛选除杂器的出料口与所述初级烘干炉的入料口连接，所述初级烘干炉的出料口与所述初级振动筛的入料口连接，所述初级振动筛的出料口即为所述预处理装置的输出口。

在本发明的一较佳实施方式中，所述提纯装置包括第一清洗机、第二清洗机、砂浆池、水力旋流器和脱水振动筛，所述第一清洗机的入料口即为所述提纯装置的输入口，所述第一清洗机的出料口与所述第二清洗机的入料口连接，所述第二清洗机的出料口与所述砂浆池的入料口连接，所述砂浆池的出料口与所述水力旋流器的入料口连接，所述水力旋流器的出料口与所述脱水振动筛的入料口连接，所述脱水振动筛的出料口即为所述提纯装置的输出口；

所述脱水振动筛的排水口与所述砂浆池的进水口连接。

在本发明的一较佳实施方式中，所述第一清洗机为摩擦清洗机，所述第二清洗机为螺旋洗砂机。

在本发明的一较佳实施方式中，所述石英砂支撑剂生产系统还包括循环水处理装置，所述循环水处理装置包括絮凝沉淀器、压滤机和清水罐，所述第二清洗机的排水口和所述水力旋流器的排水口分别与所述絮凝沉淀器的进水口连接，所述絮凝沉淀器的出水口分别与所述压滤机的进水口和所述清水罐的进水口连接，所述压滤机的出水口与所述清水罐的进水口连接，所述清水罐的出水口分别与所述第一清洗机的进水口、所述第二清洗机的进水口和所述砂浆池的进水口连接。

在本发明的一较佳实施方式中，所述烘干筛选装置包括流化床、一级筛分设备和多个二级筛分设备，所述流化床的入料口即为所述烘干筛选装置的输入口，所述流化床的出料口与所述一级筛分设备的入料口连接，所述一级筛分设备的出料口分别与各所述二级筛分设备的入料口连接，各所述二级筛分设备的出料口即为所述烘干筛选装置的输出口。

由上所述，本发明的石英砂支撑剂生产方法及系统的特点及优点是：通过预处理装置对石英砂矿源地的原砂进行预处理，以去除原砂中的大颗粒杂质、杂草植被和大量废砂，从而得到所需粒径范围的毛砂；再通过提纯装置对毛砂进行多级擦洗、冲洗，分级除去毛砂中的附着物和小颗粒杂质；通过烘干筛选装置对毛砂进行深度烘干处理，再通过两级筛分去除废砂，获得多种粒径范围的成品砂(即：石英砂支撑剂)，完成满足要求的石英砂支撑剂的生产，大大提高了石英砂支撑剂中石英砂的纯度，降低石英砂支撑剂的浊度，可同时满足多种规格石英砂产品的要求；另外，整个生产过程具有较强的通用性，适用于规模生产的工艺流程，可用于大批量石英砂支撑剂的建产和生成，本石英砂支撑剂的生产方法能够保证高品质石英砂支撑剂的生产和加工，可作为石英砂支撑剂的生产标准化进行推广。

附图说明

以下附图仅旨在于对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。

其中：

图1：为本发明石英砂支撑剂生产方法的流程图。

图2：为本发明石英砂支撑剂生产系统的结构框图。

本发明中的附图标号为：

1、预处理装置；101、筛选除杂器；

102、初级烘干炉；103、初级振动筛；

2、提纯装置；201、第一清洗机；

202、第二清洗机；203、砂浆池；

204、水力旋流器；205、脱水振动筛；

3、烘干筛选装置；301、流化床；

302、一级筛分设备；303、二级筛分设备；

4、循环水处理装置；401、絮凝沉淀器；

402、压滤机；403、清水罐。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式。

实施方式一

如图1所示，本发明提供了一种石英砂支撑剂生产方法，该石英砂支撑剂生产方法包括如下步骤：

步骤s1：筛除原砂(即：天然石英砂)中的大颗粒杂质(即：大粒径的碎石、杂草以及其他植被)和大量废砂，得到所需粒径范围的毛砂；

进一步的，如图1所示，步骤s1包括：

步骤s101：采用单层筛网去除原砂中的大颗粒杂质(即：大粒径的碎石和杂草)，其中大颗粒杂质的粒径范围为大于10目；

步骤s102：对去除大颗粒杂质后的原砂进行初步烘干处理，以降低原砂中的含水率至6％以下，能够有效避免后续筛分设备中的筛网被堵塞；

步骤s103：采用两层筛网对烘干后的原砂进行筛选，去除原砂中的大量废砂(其中，大量废砂的粒径范围为大于16目以及小于150目)，以得到所需粒径范围的毛砂。

步骤s2：对毛砂进行提纯处理，采用湿法提纯以分离去除毛砂中的附着物和小颗粒杂质；

进一步的，如图1所示，步骤s2包括：

步骤s201：采用摩擦清洗机对毛砂进行初步清洗；

具体的，将毛砂与水按照1：1的比例混合进行摩擦清洗，使石英砂与杂质和泥土等附着物在水中分散开；

步骤s202：采用螺旋洗砂机对毛砂进行螺旋清洗，以去除毛砂上的附着物(即：漂浮物以及毛砂表面粘附的杂质和泥土)；

步骤s203：采用水力旋流器204，通过水力分级的方式去除毛砂中的密度接近的杂质和小颗粒石英砂，从而得到纯度较高的毛砂(该毛砂为湿毛砂)；

步骤s204：采用脱水振动筛对毛砂进行脱水处理，并采用自然晾晒的方式去除毛砂中游离的水分。

步骤s3：采用高温空气对毛砂进行烘干处理，以达到深度烘干的效果，使毛砂中的含水量小于3％；

步骤s4：对深度烘干后的毛砂进行分级筛分，以去除毛砂中的少量废砂，得到所需粒径范围的成品砂；

进一步的，如图1所示，步骤s4包括：

步骤s401：一级筛分，采用三层筛网组合形成的一级筛分设备302对毛砂进行筛分，得到不同粒径范围的毛砂，同时去除毛砂中的少量废砂；

具体的，一级筛分设备302对毛砂进行第一级筛选，一级筛分设备302采用四层筛网，分别为20目筛网、40目筛网、70目筛网和140目筛网的组合，从而将毛砂筛分成粒径分别为20目以上、20目至40目、40目至70目、70目至140目以及140目以上的石英砂，其中：大于20目以及小于140目的石英砂集中收集为少量废砂，进行去除。

步骤s402：二级筛分，采用多个二级筛分设备303(不同的单层筛网)对步骤s401中不同粒径范围的毛砂进行筛分，筛选出所需粒径范围的石英砂即为多种粒径范围的成品砂。

具体的，通过多个二级筛分设备303对毛砂进行第二级筛选，二级筛分设备303采用多个单层筛网，分别为30目筛网、50目筛网和100目筛网，对一级筛分设备302筛分出的粒径为20目至40目、40目至70目以及70目至140目范围内的石英砂再次进行筛选，从而筛分出粒径为20目至30目、30目至40目、40目至50目、50目至70目、70目至100目以及100目至140目的石英砂(即：多种粒径范围的成品砂)，进而可根据市场和技术要求任意组合相应的石英砂产品。

本发明的石英砂支撑剂生产方法的特点及优点是：

该石英砂支撑剂生产方法，首先，对原砂进行预处理，以去除石英砂矿源地的原砂中的大颗粒杂质、杂草植被和大量废砂，从而得到所需粒径范围的毛砂；再对毛砂进行多级擦洗、冲洗，分级出去毛砂中的附着物和小颗粒杂质；之后对毛砂进行深度烘干处理，再经过一级筛分设备去除毛砂中的少量废砂；最后，再通过多个二级筛分设备303对毛砂进行筛选，从而获得多种粒径范围的成品砂，完成满足要求的石英砂支撑剂的生产，大大提高了石英砂支撑剂中石英砂的纯度，降低石英砂支撑剂的浊度，可同时满足多种规格石英砂产品的要求；整个生产过程具有较强的通用性，适用于规模生产的工艺流程，可用于大批量石英砂支撑剂的建产和生成，本石英砂支撑剂的生产方法能够保证高品质石英砂支撑剂的生产和加工，可作为石英砂支撑剂的生产标准化进行推广。

实施方式二

如图2所示，本发明提供了一种石英砂支撑剂生产系统，该石英砂支撑剂生产系统包括预处理装置1、提纯装置2和烘干筛选装置3，预处理装置1位于石英砂矿源所在地，预处理装置1的输入口与原砂供应装置连接，用于对矿源地的原砂进行预处理，预处理装置1输出的毛砂通过车辆运输至提纯装置2的输入口，通过提纯装置2对毛砂进行进一步提纯处理，提纯装置2输出的毛砂通过铲车运输至烘干筛选装置3的输入口，通过烘干筛选装置3对毛砂进行烘干和多级筛分处理后得到成品砂，烘干筛选装置3的输出口与成品砂收集装置连接。

通过预处理装置1筛除原砂中大颗粒杂质(粒径大于10目的碎石以及杂草)和大量废砂(粒径大于16目以及粒径小于150)，同时进行初步烘干，便于运输的同时降低运输成本；通过提纯装置2分离毛砂中附着物(漂浮物和泥土)和小颗粒杂质，通过烘干筛选装置3对毛砂进行烘干和多级筛分去除毛砂中的少量废砂(粒径小于20目以及粒径大于140目)。

在本发明的一个可选实施例中，如图2所示，预处理装置1包括筛选除杂器101、初级烘干炉102和初级振动筛103，筛选除杂器101的入料口即为预处理装置1的输入口，筛选除杂器101的出料口与初级烘干炉102的入料口连接，初级烘干炉102的出料口与初级振动筛103的入料口连接，初级振动筛103的出料口即为预处理装置1的输出口。通过筛选除杂器101去除原砂中的大颗粒杂质(即：大粒径的碎石和杂草)，通过初级烘干炉102对原砂进行初步烘干处理，以降低原砂中的含水率至6％以下，通过初级振动筛103去除原砂中的大量废砂，所筛分出的大颗粒杂质以及大量废砂进行就近回填处理。

进一步的，初级烘干炉102可为但不限于三筒烘干炉。

在本发明的一个可选实施例中，如图2所示，提纯装置2包括第一清洗机201、第二清洗机202、砂浆池203、水力旋流器204和脱水振动筛205，第一清洗机201的入料口即为提纯装置2的输入口，第一清洗机201的出料口与第二清洗机202的入料口连接，第二清洗机202的出料口与砂浆池203的入料口连接，砂浆池203的出料口与水力旋流器204的入料口连接，水力旋流器204的出料口与脱水振动筛205的入料口连接，脱水振动筛205的出料口即为提纯装置2的输出口；脱水振动筛205的排水口与砂浆池203的进水口连接。通过第一清洗机201将毛砂与水按照1：1的比例混合进行摩擦清洗，使石英砂与杂质和泥土等附着物在水中分散开，形成砂浆；通过第二清洗机202对毛砂进行螺旋清洗，以去除毛砂上的附着物(即：漂浮物以及毛砂表面粘附的杂质和泥土)；通过砂浆池203对毛砂与水按1:3的比例进行混合；通过水力旋流器204利用水力分级的方式去除毛砂中的密度接近的杂质和小颗粒石英砂，从而得到纯度较高的毛砂(该毛砂为湿毛砂)；通过脱水振动筛205对毛砂进行脱水处理，脱水后的湿毛砂进行堆放晾晒。

进一步的，第一清洗机201可为但不限于摩擦清洗机，第二清洗机202可为但不限于螺旋洗砂机。

在本发明的一个可选实施例中，如图2所示，石英砂支撑剂生产系统还包括循环水处理装置4，循环水处理装置4包括絮凝沉淀器401、压滤机402和清水罐403，第二清洗机202的排水口和水力旋流器204的排水口分别与絮凝沉淀器401的进水口连接，絮凝沉淀器401的出水口分别与压滤机402的进水口和清水罐403的进水口连接，压滤机402的出水口与清水罐403的进水口连接，清水罐403的出水口分别与第一清洗机201的进水口、第二清洗机202的进水口和砂浆池203的进水口连接。第二清洗机202以及水力旋流器204排出的污水均输送至絮凝沉淀器401进行絮凝沉淀，沉淀后的杂质通过压滤机402进行过滤，所得清水输送至清水罐403内进行存储，清水罐403内的清水可分别用于向第一清洗机201、第二清洗机202和砂浆池203内进行供水，过滤所得沉淀为废砂(以砂饼形式存在)可直接就近回填。

在本发明的一个可选实施例中，如图2所示，烘干筛选装置3包括流化床301、一级筛分设备302和多个二级筛分设备303，流化床301的入料口即为烘干筛选装置3的输入口，流化床301的出料口与一级筛分设备302的入料口连接，一级筛分设备302的出料口分别与各二级筛分设备303的入料口连接，各二级筛分设备303的出料口即为烘干筛选装置3的输出口。通过流化床301对毛砂进行干燥处理，使毛砂中的含水量小于3％；通过一级筛分设备302对毛砂进行筛分，以去除毛砂中的少量废砂；通过多个二级筛分设备303对毛砂进行筛分，从而筛选出不同粒径范围的成品砂。

进一步的，如图2所示，多个二级筛分设备303分别采用30目筛网、50目筛网以及100目筛网，以对粒径为20目至40目、40目至70目以及70目至140目范围内的石英砂进行筛选，从而筛分出粒径为20目至30目、30目至40目、40目至50目、50目至70目、70目至100目以及100目至140目的石英砂。

进一步，一级筛分设备302和二级筛分设备303可为但不限于摇摆振动筛。

以下为本发明的石英砂支撑剂生产系统的具体工艺流程，其以百万吨级压裂石英砂支撑剂生产工艺步骤为例进行说明，目的为生产20目至140目间的各类规格压裂石英砂支撑剂产品：

一、天然石英砂预处理：即通过筛除天然石英砂矿源中的大粒径碎石以及杂草，再进行初步烘干和筛选去除杂质和废砂，从而得到一定粒径范围的毛砂。

上述的天然石英砂预处理通过将天然石英砂输送至筛选除杂器101进行除杂操作，设置5目和10目的筛网，除去石英砂中的杂草、植被及大粒径杂质，可有效防止下游烘干设备以及筛分设备的堵塞。石英砂所除去的杂草、植被及大粒径杂质后由称重皮带输送至初级烘干炉102进行干燥，以将石英砂的含水率降至6％以下，有效控制了石英砂中所含水分，进一步避免了由于下游筛分设备的筛网上附着石英砂而造成堵塞的情况。

上述的天然石英砂预处理过程中，经烘干处理后的石英砂中含水率低、较为分散，再由初级振动筛103进行筛选(初级振动筛103设置16目和150目的筛网)，筛分去除16目以上及150目以下的废砂就地掩埋，筛选出的16目至150目的石英砂由翻斗车运输至提纯装置2进行加工处理。在该过程中理论上应选用20目和140目筛网，而实际操作过程中由于筛网制造有偏差，同时石英砂检测标准中产品规格粒径含量在90％以上即为合格，因此选用16目和150目筛网进行初筛可以提高毛砂的出砂率。

二、毛砂提纯处理：即通过对毛砂进行多级擦洗、以及分级除去泥土和杂质，提高石英砂纯度。毛砂提纯加工过程中将毛砂由称重皮带输运至摩擦清洗机中，将毛砂与清水以1:1的比例进行混合搅拌擦洗，通过清水将石英砂以及杂质和泥土等附着物分散开来，同时提高了砂浆的悬浮性能；摩擦清洗机内石英砂与水混合擦洗后形成的砂浆溢流而出，进入至螺旋洗砂机内，在螺旋洗砂机的上方设置有喷淋装置，从而可对翻转向上的石英砂进行喷水冲洗，去除石英砂上附着的泥土等杂质，螺旋洗砂机与喷淋装置能够有效除去砂浆中的泥土附着物以及漂浮物，清洗后的石英砂已较为干净，但仍然携带了少量密度相近的小粒径杂质；经螺旋洗砂机清洗后的毛砂进入砂浆池203内，在砂浆池203内毛砂与水以1:3的比例进行混合，形成稀砂浆，大大提高砂浆的悬浮能力和分散度，再由砂浆泵注入水力旋流器204内进行粒径分级，石英砂由水力旋流器204的底部排出，小粒径的杂质、小粒径的石英砂和大量的水由水力旋流器204的顶部排出；在进行毛砂提纯加工后，经擦洗、冲洗和水力分级后的毛砂通过脱水振动筛进行脱水，脱水后由皮带传输至堆场晾晒。

三、毛砂烘干及组合筛选，经过脱水和自然晾晒沥去游离水分的石英砂需要进行进一步处理，通过将石英砂输送至流化床301进行深度干燥，再进行两级组合筛选从而得到满足粒径要求的石英砂支撑剂产品。毛砂烘干及组合筛选过程中，毛砂由铲车推送至斗仓，经控制阀和给料机均匀给料控制给砂量，再由称重皮带输运至流化床301进行深度干燥，通常成品石英砂支撑剂的含水率控制在3％以内即为合格，选用流化床301可将石英砂支撑剂的含水率控制在1％以内。

上述的毛砂烘干及组合筛选，经烘干的毛砂由斗提机提升至一级筛分设备302中进行筛分，经一级筛分设备302筛选出20目以上、20目至40目、40目至70目、70目至140目以及140目以下的石英砂，其中20目以上和140目以下石英砂混合后外运填埋，20目至40目、40目至70目以及70目至140目的石英砂分别进入选用30目筛网、50目筛网和100目筛网的二级筛分设备303中进行筛分，最后得到20目至30目、30目至40目、40目至50目、50目至70目、70目至100目以及100目至140目的石英砂产品。在实际售卖和使用过程中，石英砂支撑剂产品需求多以20目至40目、40目至70目、70目至140目以及30目至50目为主，进而可根据实际需求进行组合筛选得到相应的石英砂支撑剂产品。

本发明的石英砂支撑剂生产系统的特点及优点是：

一、该石英砂支撑剂生产系统与现有压裂石英砂支撑剂技术相比，更加全面、综合，特别是对高品质石英砂支撑剂的生产、加工的各个环节，可作为石英砂支撑剂生产标准化进行推广。

二、该石英砂支撑剂生产系统具有更好的通用性，适用于规模生产的工艺流程，可作为年产百万吨级石英砂支撑剂生产工艺包指导压裂石英砂支撑剂建产与生产。

三、该石英砂支撑剂生产系统不同于国内现有小型石英砂生产装置，其采用的预处理装置1、提纯装置2以及烘干筛选装置3，能大幅度提高石英砂纯度、降低浊度，同时其产品满足各类技术规格石英砂产品的要求。

四、该石英砂支撑剂生产系统设置有循环水处理装置4，可对生产过程中所产生的废水进行收集和净化，并对经净化后的清水进行循环使用，节约成本，有利于资源的循环使用。

以上所述仅为本发明示意性的具体实施方式，并非用以限定本发明的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所作出的等同变化与修改，均应属于本发明保护的范围。