超低密度（ULW）支撑剂用改性聚苯乙烯（PS）微球的制备及性能研究

发布时间：2019-11-21 23:01

【摘要】：低渗油藏和页岩气藏在全世界的能源结构中占有很大的比例,然而由于油气田开发技术的限制,开发效果并不理想,使得一直以来该行业呈现综合利用性差、环境污染严重、成本高的局面,整个行业亟待向规模化、高端化、资源化方向发展。近年来,国内外己先后在这些低渗油气藏中成功的应用了清水压裂技术,结果证明,与传统的水力压裂相比,具有很好的增产效果,且生产成本低、环境污染小。清水压裂的过程中需要用到密度较小(和水相近,约1.0g/cm3左右)的支撑剂,但传统的支撑剂普遍存在密度大(大于2.5g/cm3)的特点,导致压裂液携带能力差,而现有的低密度支撑剂在耐热、强度上仍存在一定的不足。因此研究低密度、高强度、耐热性能好的超低密度(ULW)支撑剂迫在眉睫。根据上述情况,本研究提出了一种新的ULW支撑剂材料—改性聚苯乙烯微球。首先本文通过原位悬浮聚合的方法制备了ULW支撑剂用CB/PS微球和SiO2/PS微球,并对其机理进行了简单描述,通过红外、扫描电镜等检测方法证实了所得产物,研究了石墨和纳米二氧化硅添加量对支撑剂性能的影响。研究表明,随着石墨和纳米二氧化硅用量的增加,支撑剂的密度稍微增加、圆球度变化不大、抗压强度先增加后稍微降低,耐热性能提高,且最佳的石墨添加量为2.5%,此时,微球的视密度和体积密度分别为1.048和0.598g/cm3,圆球度值为0.94,52和69MPa下的破碎率分别为2.2和3.5%,5%的分解温度为325℃；最佳纳米二氧化硅添加量为1.0%,此时,微球的视密度和体积密度分别为1.0604和0.6137g/cm3,圆球度值为0.94,52和69MPa下的破碎率分别为1.2和3.0%,5%的分解温度高达372℃。为了进一步提高支撑剂的性能,本文通过浸渍—热固化法制备了ULW支撑剂用环氧／酚醛树脂包覆CB/PS微球,并对其机理进行了简单说明,通过FTIR、SEM、TG表征方法证实了所得产物,讨论了树脂包覆量对支撑剂性能的影响。研究表明,在保持低密度和圆球度的基础上,随着树脂包覆量的提高,支撑剂的耐热性、强度等进一步提高,最佳树脂浸渍液浓度为20%,此时微球的视密度和体积密度分别为1.0637和0.6124g/cm3,圆球度0.9,52和69MPa下的破碎率分别为1.25和2.22%,5%的分解温度为373℃,酸蚀率为0.11%,导流能力较好。最后,本文将所制备的ULW支撑剂和市售支撑剂(传统陶粒、覆膜砂,现有ULW-1.75、1.25、1.05)进行了比较,研究表明本文制备的支撑剂比市售样品具有更低的密度和酸蚀率,更好的圆球度和导流能力,更高的耐热性能和抗压强度,且自制ULW支撑剂中,树脂包覆CB/PS微球的综合性能最好。
【图文】：

页岩气,全球分布,全球,还没有

？ｎｉｒｔ、ｉ邋—逡逑图１．１全球页岩气储量分布图逡逑页岩气作为一种非常规资源，在全球分布非常广泛（如图１．１所示），而且具有逡逑巨大的开发潜力，但目前还没有进行广泛的勘探和开发。其根本原因在于，页岩气逡逑层的渗透率低，开采成本高，一般低于ＩｍＤ的页岩气藏便难于勘探开发，即使成逡逑１逡逑

分布图,页岩气,基质渗透率,低品位

２０３５年，美国的页岩气总产量将增加２０％，，占全国天然气总量的４５％，是全球发逡逑展页岩气工业国家中起步最早、发展最快、而且年产量最大的国家。逡逑中国的页岩气分布很广（如图１．２所示），储量很大，合理开采和利用页岩气资逡逑源是解决当前天然气资源供应短缺问题的最佳途径。页岩气在北美地区的开发所取逡逑得的巨大收益，激发了国内页岩气开采的热情。目前，我国己开始对部分页岩气资逡逑源进行勘查和试验性开采，并针对页岩气问题启动了一批国家重大科技专项和调查逡逑项目，公布了《页岩气发展规划》（２０１１－２０１５年）规划中指出，中国要用五年逡逑时间实现页岩气产量六十五亿立方米的目标。截止目前，我国已经批准投建中国石逡逑油长宁－威远、延安石油陆相、中国石化洁陵和云南昭通四个页岩气示范区。截止逡逑２０１３年底，我国己成功投建了约１５０邋口页岩气钻井。逡逑y盬逡逑■邋逦，bq战嫌脚巧勤粉布爵逡逑图１．２中国页岩气分布图逡逑然而，由于页岩气的基质渗透率极低，属于典型的低品位边际资源，页岩气层逡逑必须经过压裂改造才能产能
【学位授予单位】：华中师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TE357.12;O632.13

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