隨著社會(huì)工業(yè)化進(jìn)程加快,石油和天然氣等化石能源的消耗也在逐年增加。水力壓裂技術(shù)作為一種能夠提高石油和天然氣開采產(chǎn)量的有效措施,已成為目前解決能源短缺問題的關(guān)鍵技術(shù)之一。而在水力壓裂技術(shù)中起重要影響作用的是支撐劑的選擇,支撐劑性能的優(yōu)劣會(huì)直接影響石油和天然氣的產(chǎn)量以及油氣井的使用年限。近年來關(guān)于高強(qiáng)度陶粒支撐劑的研究局限于以優(yōu)質(zhì)鋁礬土為原料,隨著優(yōu)質(zhì)鋁礬土用量的增多,其儲(chǔ)量日益減少。因此本文系統(tǒng)研究了國(guó)內(nèi)外高強(qiáng)度陶瓷壓裂支撐劑的研究現(xiàn)狀以及存在的主要問題,針對(duì)優(yōu)質(zhì)鋁礬土資源儲(chǔ)備減少的現(xiàn)象,選用低品位鋁礬土及廢氧化鋁吸附劑,研究合成高強(qiáng)度陶粒支撐劑,得出低品位鋁礬土及廢氧化鋁吸附劑用量及燒結(jié)溫度對(duì)陶粒支撐劑性能、晶相組成以及微觀結(jié)構(gòu)的影響;另外,針對(duì)固體廢棄物陶瓷輥棒廢料排放量增加的現(xiàn)象,研究了利用固體廢棄物陶瓷輥棒廢料制備高強(qiáng)度陶粒支撐劑,探究燒結(jié)制度、陶瓷棍棒廢料用量等對(duì)陶粒支撐劑的性能、晶相組成以及顯微結(jié)構(gòu)的影響;選用赤泥、粉煤灰為原料制備低密度高強(qiáng)度陶粒支撐劑,研究其用量、燒成工藝以及燒成時(shí)間對(duì)陶粒支撐劑的性能、晶相組成以及顯微結(jié)構(gòu)的影響,并利用XRD和SEM等對(duì)制備樣品晶相、微觀結(jié)構(gòu)等進(jìn)行分析,得出以下結(jié)論:(1)當(dāng)以廢氧化鋁吸附劑為主要原料制備支撐劑,最佳燒成溫度為1520℃,保溫時(shí)間3 h。制備的樣品酸溶解度3.5%;閉合壓力破碎率69 MPa 0.6%,86 MPa2.6%,100 MPa 4.0%。各項(xiàng)性能都達(dá)到了行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的要求,強(qiáng)度和耐酸性能均優(yōu)于國(guó)內(nèi)同類產(chǎn)品,解決了氧化鋁廢棄物的堆積和難以處理的問題,使廢棄的資源重新再利用,節(jié)約產(chǎn)品的成本,改善了環(huán)境。(2)當(dāng)以陶瓷輥棒廢料為主要原料制備陶粒支撐劑,最佳燒成溫度為1430℃,最佳保溫時(shí)間為3 h。以陶瓷輥棒廢料為主要原料并添加輔助成分制備陶粒壓裂支撐劑,酸溶解度為4.9%;當(dāng)閉合壓力分別為52 MPa、69 MPa和86 MPa時(shí)破碎率為0.3%,1.6%和4.6%。(3)當(dāng)以赤泥、粉煤灰為主要原料添加適量的輥棒廢料制備陶粒壓裂支撐劑,具有低密度高強(qiáng)度的優(yōu)點(diǎn)。測(cè)試結(jié)果說明:支撐劑的視密度為1.54 g/cm~3,酸溶解度2.4%;閉合壓力破碎率52 MPa 1.6%。
【學(xué)位單位】：齊魯工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TQ174.1;TE357.1
【部分圖文】：

圖 2-1 實(shí)驗(yàn)工藝流程具體如下：(1) 原料加工處理低品位鋁礬土、赤泥和陶瓷輥料等固體廢棄物在加工過程中，先使用顎式破碎機(jī)進(jìn)行粉碎，然后再通過四分法多次均樣后，在以氧化鋁球作為球磨介質(zhì)的球磨機(jī)中，采用干法球磨將上述原料磨至 180 目以下。顎式破碎機(jī)又稱老虎口，是模擬動(dòng)物的兩鄂運(yùn)動(dòng)將原料粉碎的破碎機(jī)。顎式破碎機(jī)廣泛的在礦物的冶煉、陶瓷、化工等多個(gè)行業(yè)進(jìn)行礦石與原材料的粉碎。(2) 稱量混料及球磨根據(jù)配方，準(zhǔn)確稱取上述粉碎后的原料，通過球磨機(jī)加水在進(jìn)行研磨，當(dāng)漿料經(jīng)過一定時(shí)間研磨后達(dá)到預(yù)定要求后，停機(jī)，放出漿料，烘干。本論文各實(shí)驗(yàn)中，如果配方中物料的重量小于 500 g，則使用快速球磨機(jī)（400r/min）對(duì)其進(jìn)行球磨，其中球：料：水比（質(zhì)量比）為 2：1：0.7；如果配方中物

與水混合后的濕料打散、拋起，在多種機(jī)制作用下，粉料在拋落運(yùn)動(dòng)過程中成顆粒，隨著設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)，顆粒逐漸長(zhǎng)大、成球。糖衣機(jī)是首先在鍋內(nèi)干粉中噴入少量水，在設(shè)備轉(zhuǎn)運(yùn)過程中，干粉逐漸形定的顆粒度而產(chǎn)生初級(jí)球，然后把一定量的母球濕粉放入成球機(jī)內(nèi)，噴灑干粉潤(rùn)后再噴灑干粉，重復(fù)進(jìn)行該過程，使初級(jí)球逐漸形成符合標(biāo)準(zhǔn)的半成品球坯本論文選用了多層回轉(zhuǎn)篩進(jìn)行試驗(yàn)。(4) 烘干、燒結(jié)、成品篩分本論文中通過回轉(zhuǎn)窯對(duì)陶粒進(jìn)行燒結(jié)，根據(jù)半成品坯球顆粒的尺寸，產(chǎn)品0～300 ℃溫度范圍內(nèi)烘干 2 h～4 h。成品篩分為第二次篩分過程，把燒成的陶粒支撐劑成品進(jìn)一步篩選，剔除不規(guī)則的產(chǎn)品，保留粒徑均勻、圓球度高、表面光滑的產(chǎn)品。本論文采用搖進(jìn)行成品篩分，根據(jù)成品顆粒大小不同，篩網(wǎng)選擇范圍為 18～140 目。本論文的生產(chǎn)工藝路線如圖 2-2 所示：

CaO（wt%） 0 0.5 1 1.5MgO（wt%） 0 0.5 1 1.5圖3-1 正交試驗(yàn)因素對(duì)試樣視密度的影響圖3-1表示了不同MgO含量的試樣在1285 ℃和1305 ℃下燒結(jié)2 h后的視密度隨CaO含量變化的趨勢(shì)�？梢杂^察到，與無助熔劑試樣進(jìn)行對(duì)比，MgO、CaO等助熔劑的加入可以使得產(chǎn)品的視密度顯著增大。其原因在于，MgO、CaO與Fe2O3及MnO2相互作用而生成了二元、三元甚至多元的低溫共熔物。雖然MgO、CaO都是堿土金屬氧化物，但是兩者的助熔作用不相同。當(dāng)MgO用量在1~1.5 %、CaO引入為1~1.5 %，在1285 ℃下燒成的樣品視密度達(dá)到最大值。而CaO引入量為0.5 %或者1.5 %時(shí)，在1305 ℃下燒成，過多的MgO使得其視密度減小。分別對(duì)正交試驗(yàn)配方所獲得產(chǎn)品的兩次視密度結(jié)果進(jìn)行正交計(jì)算，得出的數(shù)據(jù)如表3-2所示。表3-2中數(shù)據(jù)表明
【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2851126