【摘要】：隨著人類(lèi)社會(huì)的不斷發(fā)展,油氣越來(lái)越成為重要的戰(zhàn)略資源。水力壓裂技術(shù)是開(kāi)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(kāi)采量,同時(shí)對(duì)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(guò)程中存在以下兩方面的問(wèn)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(guò)程中存在燒結(jié)溫度過(guò)高,耗能高,因此采用相對(duì)品級(jí)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(guò)分析目前國(guó)內(nèi)外支撐劑發(fā)展現(xiàn)狀以及存在的問(wèn)題,設(shè)計(jì)了合理的實(shí)驗(yàn)方案,最終制備出性能良好的剛玉—莫來(lái)石陶粒支撐劑。同時(shí),研究了燒結(jié)溫度以及長(zhǎng)石的添加量對(duì)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(lái)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(shí),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(zhǎng)石,在燒結(jié)溫度為1300℃、1350℃、1400℃、1450℃和1500℃下制備了剛玉—莫來(lái)石陶粒支撐劑。當(dāng)長(zhǎng)石添加量為4wt.%和燒結(jié)溫度為1400℃時(shí),陶粒支撐劑的破碎率最低為2.2%,相比較與未添加長(zhǎng)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(zhǎng)石添加量為4wt.%時(shí),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(shí),莫來(lái)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(shí),莫來(lái)石長(zhǎng)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(shí),大量的液相導(dǎo)致陶粒內(nèi)部晶界模糊,產(chǎn)生過(guò)燒現(xiàn)象,力學(xué)性能下降。當(dāng)燒結(jié)溫度為1400℃時(shí),隨著長(zhǎng)石添加量逐漸增加,液相含量逐漸增多促進(jìn)了莫來(lái)石的形核,抑制了莫來(lái)石生長(zhǎng)且適量的液相有利于網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的形成,陶粒強(qiáng)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(shí)，長(zhǎng)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(lái)石。鑒于此，通過(guò)在鋁礬土中添加長(zhǎng)石來(lái)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(lèi)自 1947 年水力壓裂技術(shù)誕生以來(lái)，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(shù)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(qiáng)，機(jī)械強(qiáng)度高、顆粒尺寸均勻和造價(jià)便宜等特點(diǎn)。圖 1.1 是目前市場(chǎng)存在的三類(lèi)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(shì)：(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(huì)使支撐劑表層的樹(shù)脂樹(shù)脂膜發(fā)生形變。(3)不利于環(huán)保，樹(shù)脂覆膜支撐劑表面樹(shù)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(lèi)：盤(pán)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(shí)物圖。
【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】：2018
【分類(lèi)號(hào)】：TE357.12

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2610062