利用工业固体废料制备石油压裂陶粒支撑剂的研究

发布时间：2020-10-22 04:56

　　 随着社会工业化进程加快,石油和天然气等化石能源的消耗也在逐年增加。水力压裂技术作为一种能够提高石油和天然气开采产量的有效措施,已成为目前解决能源短缺问题的关键技术之一。而在水力压裂技术中起重要影响作用的是支撑剂的选择,支撑剂性能的优劣会直接影响石油和天然气的产量以及油气井的使用年限。近年来关于高强度陶粒支撑剂的研究局限于以优质铝矾土为原料,随着优质铝矾土用量的增多,其储量日益减少。因此本文系统研究了国内外高强度陶瓷压裂支撑剂的研究现状以及存在的主要问题,针对优质铝矾土资源储备减少的现象,选用低品位铝矾土及废氧化铝吸附剂,研究合成高强度陶粒支撑剂,得出低品位铝矾土及废氧化铝吸附剂用量及烧结温度对陶粒支撑剂性能、晶相组成以及微观结构的影响;另外,针对固体废弃物陶瓷辊棒废料排放量增加的现象,研究了利用固体废弃物陶瓷辊棒废料制备高强度陶粒支撑剂,探究烧结制度、陶瓷棍棒废料用量等对陶粒支撑剂的性能、晶相组成以及显微结构的影响;选用赤泥、粉煤灰为原料制备低密度高强度陶粒支撑剂,研究其用量、烧成工艺以及烧成时间对陶粒支撑剂的性能、晶相组成以及显微结构的影响,并利用XRD和SEM等对制备样品晶相、微观结构等进行分析,得出以下结论:(1)当以废氧化铝吸附剂为主要原料制备支撑剂,最佳烧成温度为1520℃,保温时间3 h。制备的样品酸溶解度3.5%;闭合压力破碎率69 MPa 0.6%,86 MPa2.6%,100 MPa 4.0%。各项性能都达到了行业标准的要求,强度和耐酸性能均优于国内同类产品,解决了氧化铝废弃物的堆积和难以处理的问题,使废弃的资源重新再利用,节约产品的成本,改善了环境。(2)当以陶瓷辊棒废料为主要原料制备陶粒支撑剂,最佳烧成温度为1430℃,最佳保温时间为3 h。以陶瓷辊棒废料为主要原料并添加辅助成分制备陶粒压裂支撑剂,酸溶解度为4.9%;当闭合压力分别为52 MPa、69 MPa和86 MPa时破碎率为0.3%,1.6%和4.6%。(3)当以赤泥、粉煤灰为主要原料添加适量的辊棒废料制备陶粒压裂支撑剂,具有低密度高强度的优点。测试结果说明:支撑剂的视密度为1.54 g/cm~3,酸溶解度2.4%;闭合压力破碎率52 MPa 1.6%。
【学位单位】：齐鲁工业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TQ174.1;TE357.1
【部分图文】：

图 2-1 实验工艺流程具体如下：(1) 原料加工处理低品位铝矾土、赤泥和陶瓷辊料等固体废弃物在加工过程中，先使用颚式破碎机进行粉碎，然后再通过四分法多次均样后，在以氧化铝球作为球磨介质的球磨机中，采用干法球磨将上述原料磨至 180 目以下。颚式破碎机又称老虎口，是模拟动物的两鄂运动将原料粉碎的破碎机。颚式破碎机广泛的在矿物的冶炼、陶瓷、化工等多个行业进行矿石与原材料的粉碎。(2) 称量混料及球磨根据配方，准确称取上述粉碎后的原料，通过球磨机加水在进行研磨，当浆料经过一定时间研磨后达到预定要求后，停机，放出浆料，烘干。本论文各实验中，如果配方中物料的重量小于 500 g，则使用快速球磨机（400r/min）对其进行球磨，其中球：料：水比（质量比）为 2：1：0.7；如果配方中物

与水混合后的湿料打散、抛起，在多种机制作用下，粉料在抛落运动过程中成颗粒，随着设备运转，颗粒逐渐长大、成球。糖衣机是首先在锅内干粉中喷入少量水，在设备转运过程中，干粉逐渐形定的颗粒度而产生初级球，然后把一定量的母球湿粉放入成球机内，喷洒干粉润后再喷洒干粉，重复进行该过程，使初级球逐渐形成符合标准的半成品球坯本论文选用了多层回转筛进行试验。(4) 烘干、烧结、成品筛分本论文中通过回转窑对陶粒进行烧结，根据半成品坯球颗粒的尺寸，产品0～300 ℃温度范围内烘干 2 h～4 h。成品筛分为第二次筛分过程，把烧成的陶粒支撑剂成品进一步筛选，剔除不规则的产品，保留粒径均匀、圆球度高、表面光滑的产品。本论文采用摇进行成品筛分，根据成品颗粒大小不同，筛网选择范围为 18～140 目。本论文的生产工艺路线如图 2-2 所示：

CaO（wt%） 0 0.5 1 1.5MgO（wt%） 0 0.5 1 1.5图3-1 正交试验因素对试样视密度的影响图3-1表示了不同MgO含量的试样在1285 ℃和1305 ℃下烧结2 h后的视密度随CaO含量变化的趋势。可以观察到，与无助熔剂试样进行对比，MgO、CaO等助熔剂的加入可以使得产品的视密度显著增大。其原因在于，MgO、CaO与Fe2O3及MnO2相互作用而生成了二元、三元甚至多元的低温共熔物。虽然MgO、CaO都是碱土金属氧化物，但是两者的助熔作用不相同。当MgO用量在1~1.5 %、CaO引入为1~1.5 %，在1285 ℃下烧成的样品视密度达到最大值。而CaO引入量为0.5 %或者1.5 %时，在1305 ℃下烧成，过多的MgO使得其视密度减小。分别对正交试验配方所获得产品的两次视密度结果进行正交计算，得出的数据如表3-2所示。表3-2中数据表明
【参考文献】

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本文编号：2851126