低温烧结制备陶粒支撑剂及性能研究

发布时间：2020-04-01 05:53

【摘要】：随着人类社会的不断发展,油气越来越成为重要的战略资源。水力压裂技术是开采油气的重要手段,而支撑剂又是水力压裂成功的关键材料。支撑剂性能的优劣决定着油气开采量,同时对油气井服务年限至关重要。目前,支撑剂在制备原料上主要为高铝矾土,采用固相烧结方式制备而成。但是,在烧结过程中存在以下两方面的问题。一方面随着高铝矾土不断的消耗和利用,导致高铝矾土逐渐减少。另一方面铝矾土在烧结过程中存在烧结温度过高,耗能高,因此采用相对品级低的铝矾土在低温烧结制备陶粒支撑剂有着很重的意义。本文通过分析目前国内外支撑剂发展现状以及存在的问题,设计了合理的实验方案,最终制备出性能良好的刚玉—莫来石陶粒支撑剂。同时,研究了烧结温度以及长石的添加量对陶粒支撑剂体积密度、视密度、破碎率、物相组成及显微结构的影响。本文主要的研究结论如下:以铝矾土为原料,在烧结温度为1300℃、1350℃、1400℃、1450℃和1500℃下制备了刚玉—莫来石陶粒支撑剂,且随着烧结温度的上升,陶粒支撑剂体积密度及视密度不断增大,破碎率减小。当烧结温度为1500℃时,体积密度和视密度达到最大,破碎率达到最低。以铝矾土为主要原料,添加2wt.%、4wt.%、6wt.%和8wt.%的长石,在烧结温度为1300℃、1350℃、1400℃、1450℃和1500℃下制备了刚玉—莫来石陶粒支撑剂。当长石添加量为4wt.%和烧结温度为1400℃时,陶粒支撑剂的破碎率最低为2.2%,相比较与未添加长石性能最佳的陶粒支撑剂,其烧结温度降低100℃和破碎率降低了61%。当长石添加量为4wt.%时,随着烧结温度的上升,陶粒支撑剂结构趋于致密,且液相含量逐渐增多。同时,莫来石的形态由针状变为棒状,晶粒的尺寸逐渐的增大。当烧结温度为1400℃时,莫来石长径比变大且贯穿于刚玉基质中,结构致密,破碎率最低;当烧结温度升高到1500℃时,大量的液相导致陶粒内部晶界模糊,产生过烧现象,力学性能下降。当烧结温度为1400℃时,随着长石添加量逐渐增加,液相含量逐渐增多促进了莫来石的形核,抑制了莫来石生长且适量的液相有利于网状结构的形成,陶粒强度提高。
【图文】：

支撑剂,陶粒支撑剂,覆膜,石英砂

低温烧结制备陶粒支撑剂及性能研究降低陶瓷的烧结温度。同时，长石产生的液相可以促进胚体的致密化和有利于形成空间网状结构的莫来石。鉴于此，通过在铝矾土中添加长石来达到降低烧结温度的目的，，从而降低能耗。1.2 支撑剂分类自 1947 年水力压裂技术诞生以来，支撑剂在材料方面从最初的碎核桃壳、塑料球玻璃珠、金属铝球到目前的石英石、人造陶粒和树脂覆膜支撑剂经历了约 70 多年[7]。理想的支撑剂应该具备耐高温性好、抗酸性强，机械强度高、颗粒尺寸均匀和造价便宜等特点。图 1.1 是目前市场存在的三类支撑剂。

示意图,支撑剂,造粒装置,流化床造粒

低温烧结制备陶粒支撑剂及性能研究膜支撑剂的劣势：(1)制造工艺复杂，大大的增加了制造成本，耐高温性差，在深井中所受到的高温也会使支撑剂表层的树脂树脂膜发生形变。(3)不利于环保，树脂覆膜支撑剂表面树脂膜生污染。的成球工艺支撑剂在造粒工艺上可以分为三类：盘式造粒法、流化床造粒合造粒法。图 1.2 为三种支撑剂造粒装置示意图，其中(a)、(b)应的实物图。
【学位授予单位】：太原科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TE357.12

【参考文献】