一种高强度聚氨酯覆膜支撑剂的制备及性能研究

发布时间：2020-11-04 17:01

　　 支撑剂在水力压裂技术中占有举足轻重的地位,但是目前已经商业化应用的支撑剂都存在破碎率高,导流性差,污染大,价格贵等缺点,因此制备低成本、性能优异的支撑剂便成为了研究的热点。聚氨酯是一类产品形态多样的多用途合成树脂,具有原料品种丰富、配方组合多、产品形式和应用领域非常广泛的特点。本文以石英砂为基底,使用聚氨酯树脂为覆膜剂对石英砂进行覆膜,得到聚氨酯树脂覆膜的支撑剂并对其性能进行表征。具体的研究内容如下:第1章文献综述对水力压裂技术进行概述,支撑剂在水力压裂技术中的主要作用是支撑水力压裂形成的裂缝,以便于油气的输送。目前商业化应用的支撑剂主要为三大类:天然石英砂支撑剂、陶粒支撑剂和树脂覆膜支撑剂,支撑剂的研究现状进行概述,并比较了它们的优缺点。对聚氨酯树脂发展历程和特点进行了简要的介绍。最后提出将聚氨酯用于石英砂覆膜支撑剂为本文的研究目的和研究意义。第2章探讨聚氨酯的制备,覆膜工艺研究。用水性聚氨酯对石英砂进行覆膜,并对得到的覆膜支撑剂样品进行性能测试。研究了水性聚氨酯的异氰酸酯指数、多元醇的种类、石英砂覆膜时的温度和覆膜时水性聚氨酯的用量对覆膜支撑剂性能的影响。通过表征支撑剂的体积密度、酸溶解度和在69 MPa的闭合压力下支撑剂的破碎率和灼烧损耗率来评价支撑剂的性能。水性聚氨酯覆膜得到的支撑剂酸溶解度在4%左右;69 MPa闭合压力下的破碎率则在30%左右,而石英砂的酸溶解度和69 MPa闭合压力下的破碎率分别为4.34%和35.57%。实验结果表明水性聚氨酯不适合用于覆膜支撑剂的制备。第3章一锅法来制备聚氨酯覆膜支撑剂,通过对多元醇和异氰酸酯组分的加料顺序、覆膜温度、多元醇的种类、多异氰酸酯的种类、异氰酸酯指数、固化剂的种类及其用量、硅烷偶联剂的用量、树脂的用量等实验条件的探讨,得出较优化的聚氨酯覆膜支撑剂制备的工艺路线。通过表征支撑剂的体积密度、酸溶解度和在69 MPa的闭合压力下支撑剂的破碎率和灼烧损耗率来评价支撑剂的性能。聚氨酯覆膜支撑剂的酸溶解度为2.53%;69 MPa的闭合压力下破碎率为1.38%;圆度和球度均为0.85;浊度为13.3 NTU。这几项性能均高于中华人民共和国石油天然气行业标准SY/T 5108-2014中的要求。第4章添加酚醛树脂对聚氨酯树脂覆膜支撑剂进行改性研究,包括酚醛树脂的加入顺序、酚醛树脂的种类、酚醛树脂和聚氨酯树脂的加入比例以及酚醛树脂/聚氨酯树脂总的添加量。通过对实验条件的探讨,发现酚醛树脂的加入使得聚氨酯覆膜支撑剂的酸溶解度从2.53%降到2%左右,69 MPa的闭合压力下破碎率从1.38%降到1.1%左右。第5章对全文内容进行总结,并对该方向的未来发展进行了展望。
【学位单位】：西南大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TE357.12
【部分图文】：

典型页岩图

美国页岩气分布图

图 1.2 页岩气资源全球分布图Fig.1.2 Global distribution of shale gas resources美国作为世界上页岩气资源最丰富的国家之一（见图 1.3），同时也是页岩气业起步最早、发展最快、年产量最大的国家，从 Barnett 页岩气区发现以来，陆投入商业化使用的页岩油气区已达 13 个，特别是进入 21 世纪以来发展更加迅
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3 邓浩;公衍生;罗文君;严春杰;;低密度高强度覆膜陶粒支撑剂的制备与性能研究[J];硅酸盐通报;2015年05期

4 王志刚;刘锋;王伟;崔熙;谭清亮;;致密砂岩中浅层低成本压裂支撑剂组合实验研究[J];化学工程与装备;2014年12期

5 孙广伯;张君峰;赵丽华;徐小林;鞠秀娟;杨桂茹;;中石油探明天然气储量状况及变化特点[J];新疆石油地质;2014年06期

6 田玉明;刘爱平;赵鹏飞;孔祥辰;柴跃生;李占刚;;烧结温度对低密度陶粒支撑剂组织和性能的影响[J];陶瓷学报;2014年05期

7 葛洪魁;王小琼;张义;;大幅度降低页岩气开发成本的技术途径[J];石油钻探技术;2013年06期

8 张东晓;杨婷云;;页岩气开发综述[J];石油学报;2013年04期

9 张伟民;李宗田;李庆松;陈文将;蒙传幼;崔彦立;;高强度低密度树脂覆膜陶粒研究[J];油田化学;2013年02期

10 周少鹏;田玉明;陈战考;王凯悦;李占刚;柴跃生;;陶粒压裂支撑剂研究现状及新进展[J];硅酸盐通报;2013年06期

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5 刘玉飞;高纯石英砂的制备试验研究[D];武汉科技大学;2016年

6 莫梦婷;聚氨酯/石墨烯复合涂层的制备及其防腐耐磨性能[D];中国科学院宁波材料技术与工程研究所;2016年

7 马晓霞;低密高强陶粒支撑剂的制备及性能研究[D];太原科技大学;2016年

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9 韩小兵;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[D];华中师范大学;2015年

10 奚盈盈;添加剂对石油支撑剂性能的影响[D];燕山大学;2013年

本文编号：2870362