【摘要】：隨著人類社會的不斷發(fā)展,油氣越來越成為重要的戰(zhàn)略資源。水力壓裂技術(shù)是開采油氣的重要手段,而支撐劑又是水力壓裂成功的關(guān)鍵材料。支撐劑性能的優(yōu)劣決定著油氣開采量,同時對油氣井服務(wù)年限至關(guān)重要。目前,支撐劑在制備原料上主要為高鋁礬土,采用固相燒結(jié)方式制備而成。但是,在燒結(jié)過程中存在以下兩方面的問題。一方面隨著高鋁礬土不斷的消耗和利用,導(dǎo)致高鋁礬土逐漸減少。另一方面鋁礬土在燒結(jié)過程中存在燒結(jié)溫度過高,耗能高,因此采用相對品級低的鋁礬土在低溫?zé)Y(jié)制備陶粒支撐劑有著很重的意義。本文通過分析目前國內(nèi)外支撐劑發(fā)展現(xiàn)狀以及存在的問題,設(shè)計了合理的實驗方案,最終制備出性能良好的剛玉—莫來石陶粒支撐劑。同時,研究了燒結(jié)溫度以及長石的添加量對陶粒支撐劑體積密度、視密度、破碎率、物相組成及顯微結(jié)構(gòu)的影響。本文主要的研究結(jié)論如下:以鋁礬土為原料,在燒結(jié)溫度為1300℃、1350℃、1400℃、1450℃和1500℃下制備了剛玉—莫來石陶粒支撐劑,且隨著燒結(jié)溫度的上升,陶粒支撐劑體積密度及視密度不斷增大,破碎率減小。當(dāng)燒結(jié)溫度為1500℃時,體積密度和視密度達(dá)到最大,破碎率達(dá)到最低。以鋁礬土為主要原料,添加2wt.%、4wt.%、6wt.%和8wt.%的長石,在燒結(jié)溫度為1300℃、1350℃、1400℃、1450℃和1500℃下制備了剛玉—莫來石陶粒支撐劑。當(dāng)長石添加量為4wt.%和燒結(jié)溫度為1400℃時,陶粒支撐劑的破碎率最低為2.2%,相比較與未添加長石性能最佳的陶粒支撐劑,其燒結(jié)溫度降低100℃和破碎率降低了61%。當(dāng)長石添加量為4wt.%時,隨著燒結(jié)溫度的上升,陶粒支撐劑結(jié)構(gòu)趨于致密,且液相含量逐漸增多。同時,莫來石的形態(tài)由針狀變?yōu)榘魻?晶粒的尺寸逐漸的增大。當(dāng)燒結(jié)溫度為1400℃時,莫來石長徑比變大且貫穿于剛玉基質(zhì)中,結(jié)構(gòu)致密,破碎率最低;當(dāng)燒結(jié)溫度升高到1500℃時,大量的液相導(dǎo)致陶粒內(nèi)部晶界模糊,產(chǎn)生過燒現(xiàn)象,力學(xué)性能下降。當(dāng)燒結(jié)溫度為1400℃時,隨著長石添加量逐漸增加,液相含量逐漸增多促進(jìn)了莫來石的形核,抑制了莫來石生長且適量的液相有利于網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的形成,陶粒強度提高。
【圖文】：

低溫?zé)Y(jié)制備陶粒支撐劑及性能研究降低陶瓷的燒結(jié)溫度。同時，長石產(chǎn)生的液相可以促進(jìn)胚體的致密化和有利于形成空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的莫來石。鑒于此，通過在鋁礬土中添加長石來達(dá)到降低燒結(jié)溫度的目的，，從而降低能耗。1.2 支撐劑分類自 1947 年水力壓裂技術(shù)誕生以來，支撐劑在材料方面從最初的碎核桃殼、塑料球玻璃珠、金屬鋁球到目前的石英石、人造陶粒和樹脂覆膜支撐劑經(jīng)歷了約 70 多年[7]。理想的支撐劑應(yīng)該具備耐高溫性好、抗酸性強，機械強度高、顆粒尺寸均勻和造價便宜等特點。圖 1.1 是目前市場存在的三類支撐劑。

低溫?zé)Y(jié)制備陶粒支撐劑及性能研究膜支撐劑的劣勢：(1)制造工藝復(fù)雜，大大的增加了制造成本，耐高溫性差，在深井中所受到的高溫也會使支撐劑表層的樹脂樹脂膜發(fā)生形變。(3)不利于環(huán)保，樹脂覆膜支撐劑表面樹脂膜生污染。的成球工藝支撐劑在造粒工藝上可以分為三類：盤式造粒法、流化床造粒合造粒法。圖 1.2 為三種支撐劑造粒裝置示意圖，其中(a)、(b)應(yīng)的實物圖。
【學(xué)位授予單位】：太原科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TE357.12

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2610062