本文選題：油氣壓裂支撐劑 + 低品位鋁礬土　； 參考：《太原科技大學(xué)》2015年碩士論文

【摘要】：油氣壓裂支撐劑作為一種高強(qiáng)度、高附加值的陶瓷顆粒產(chǎn)品已被廣泛應(yīng)用于石油和天然氣的井下水力壓裂開采作業(yè)中,具有支撐地層巖石裂縫、增加油氣導(dǎo)流率的作用。目前關(guān)于油氣壓裂支撐劑材質(zhì)的研究多以鋁礬土為主要原料,然而國(guó)內(nèi)陶粒公司為達(dá)到國(guó)外優(yōu)質(zhì)陶粒的性能指標(biāo),大量使用優(yōu)質(zhì)鋁礬土作為生產(chǎn)原料,放棄對(duì)低品位鋁礬土的使用。這種“留富棄貧”的開采 生產(chǎn) 再開采模式,最終導(dǎo)致礬土資源的嚴(yán)重浪費(fèi)。本文針對(duì)陶粒支撐劑在實(shí)際生產(chǎn)中存在的問(wèn)題,先以高品位鋁礬土為原料制備剛玉 莫來(lái)石質(zhì)塊狀陶瓷材料作為研究基礎(chǔ),再以低品位四級(jí)鋁礬土為原料制備了低密度剛玉 莫來(lái)石油氣壓裂支撐劑,并分別研究了制備工藝與其微觀結(jié)構(gòu)和物理性能之間的關(guān)系。實(shí)驗(yàn)采用二級(jí)鋁礬土為主要原料,高嶺土為輔料,軟錳礦粉為添加劑制備了塊狀試樣。結(jié)果表明:軟錳礦粉的添加對(duì)基體的顯微結(jié)構(gòu)、致密程度以及機(jī)械強(qiáng)度具有較大影響。當(dāng)摻入4%的軟錳礦粉時(shí),陶瓷燒結(jié)試樣中莫來(lái)石骨架相互交錯(cuò)穿插伴有粒狀剛玉相填充骨架間隙,塊狀材料的體積密度、顯氣孔率及組織致密性和抗壓強(qiáng)度得到提高,材料表現(xiàn)出良好的顯微形貌以及物理性能。這是由于軟錳礦促進(jìn)了燒結(jié)體中熔融液相的產(chǎn)生,從而填補(bǔ)了氣孔以及晶體間空隙;另一方面,Mn4+以及莫來(lái)石中的Al3+有著相同的八面體結(jié)構(gòu)和相近的離子半徑,在燒結(jié)過(guò)程中容易形成連續(xù)固溶體,同時(shí),Mn4+在高溫下轉(zhuǎn)變成Mn2+,形成Mn2Al3(AlSi5O18)晶相,引起了晶格畸變產(chǎn)生固溶強(qiáng)化作用,從而提高了燒結(jié)體的機(jī)械強(qiáng)度。采用四級(jí)鋁礬土為主要原料,白云石粉、軟錳礦粉為添加劑制備了低密度油氣壓裂支撐劑。結(jié)果表明:陶粒中莫來(lái)石晶粒間隙中彌散的顆粒狀剛玉相有效填補(bǔ)了晶粒間的空隙,增加了基體的緊密度;錳元素的存在降低了基體的最低共熔溫度,提高高溫液相的析出能力,降低了試樣的開氣孔率,改善致密性,從而提高了材料的機(jī)械強(qiáng)度。當(dāng)燒結(jié)溫度在1520 oC,且摻入3%的軟錳礦粉時(shí),陶粒支撐劑的顯微形貌良好且物理性能最佳,陶粒的體密度為1.28 g/cm3,視密度為2.82 g/cm3,35MPa閉合壓力下的破碎率為2.84%,達(dá)到了低密度油氣壓裂支撐劑的標(biāo)準(zhǔn)。
[Abstract]:Oil and gas fracturing proppant, as a kind of ceramic particle product with high strength and high added value, has been widely used in underground hydraulic fracturing production of oil and gas, which can support rock fracture in formation and increase oil and gas conductivity. At present, bauxite is used as the main raw material in the research of oil and gas fracturing proppant material. However, in order to meet the performance index of foreign high quality ceramsite, domestic ceramsite companies use high quality bauxite as raw material in large quantities. Give up the use of low grade bauxite. This kind of mining mode of "leaving the rich behind and abandoning the poor" will lead to serious waste of bauxite resources. In order to solve the problems existing in the practical production of ceramsite proppant, the corundum mullite bulk ceramic material was prepared with high grade bauxite as the raw material. The low density corundum molybdenum petroleum gas fracturing proppant was prepared from low grade bauxite, and the relationship between the preparation process and its microstructure and physical properties was studied. Using bauxite as main raw material, kaolin as auxiliary material and pyrolusite powder as additive, bulk samples were prepared. The results show that the addition of pyrolusite powder has great influence on the microstructure, densification and mechanical strength of the matrix. When 4% pyrolusite powder was added into the ceramic sintered sample, the interlaced mullite framework with granular corundum phase filled the skeleton gap, and the bulk density, apparent porosity, microstructure densification and compressive strength of the bulk material were improved. The materials show good microstructure and physical properties. This is because the pyrolusite promotes the production of molten liquid phase in the sintered body, thus filling the porosity and the intercrystalline void. On the other hand, the Al3 in limn 4 and mullite has the same octahedron structure and similar ionic radius. It is easy to form continuous solid solution in the sintering process, and at the same time, Mn-4 is transformed into Mn2 at high temperature to form Mn2Al3AlSi5O18) crystal phase, which leads to the solid solution strengthening effect of lattice distortion and thus improves the mechanical strength of the sintered body. Using bauxite as main raw material dolomite powder and pyrolusite powder as additives low density oil and gas fracturing proppant was prepared. The results show that the dispersed granular corundum phase in the grain gap of mullite in ceramsite effectively fills the gap between grains and increases the compactness of matrix, and the existence of manganese element decreases the minimum eutectic temperature of matrix. The precipitation ability of the high temperature liquid phase was improved, the porosity of the sample was decreased, and the densification was improved, thus the mechanical strength of the material was improved. When sintering temperature is 1520 OC and 3% pyrolusite powder is added, the microstructure and physical properties of ceramsite proppant are good. The bulk density of ceramsite is 1.28 g / cm ~ (3) and the apparent density is 2.82 g / cm ~ (3) ~ (35) MPA. The breaking rate is 2.84, which is up to the standard of low density oil and gas fracturing proppant.
【學(xué)位授予單位】：太原科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TQ174.7;TE357.12

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