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掺锰超轻支撑剂的制备及性能研究

发布时间:2021-11-12 15:15
  在保证支撑剂高强度的条件下,尽可能降低支撑剂的视密度是页岩气清水压裂技术开发的关键。本工作以低品位铝矾土、微米SiO2为主原料,水玻璃、纳米SiO2、氧化锰为辅料,用等离子动态烧结和后期高温烧结法制备方法制备超轻支撑剂,探讨了不同氧化锰掺杂量和不同烧结时间对其物相成分、体积密度、视密度和承压69MPa下破碎率的影响。并基于经典PKN压裂模型模拟超轻支撑剂在裂缝中沉降与运移规律进行研究。结果表明,成功制备了视密度为1.639g/cm3,在69MPa下破碎率8.91%的超轻支撑剂,其最佳氧化锰掺杂量为7.5wt%,最佳烧结温度和烧结时间为950℃和2 h。超轻支撑剂比常规支撑剂在水平方向上运移了更长的距离,支撑剂在裂缝内部的分布也相对更均匀,可以满足中深油井的清水压裂要求。 

【文章来源】:过程工程学报. 2020,20(11)北大核心CSCD

【文章页数】:8 页

【部分图文】:

掺锰超轻支撑剂的制备及性能研究


超轻支撑剂制备工艺路线图

烧结温度,固溶体,球形度,生料


图2为烧结温度分别为850,950,1050℃下支撑剂的XRD谱。由图可知,生料在不同温度下烧结后,Mn2+均不同程度地替代主晶相中的Al3+形成固溶体。原因是Mn2+离子半径与Al3+离子半径相近,Mn2+易取代Al3+的晶格位置而形成固溶体[12]。随温度升高,Mn O的衍射强度逐渐减弱至部分衍射峰消失。但从高温烧结后的支撑剂外观上看,1050℃烧结的支撑剂颗粒黏结在一起,球形度和流动性较低。原因是生料在烧结时其表面出现液相,导致颗粒间相互黏结。而950℃下烧结的产品颗粒球形度和流动性较好,Mn2+也与主晶相形成固溶体,因此,950℃为最佳烧结温度。2.3 支撑剂性能表征

质量图,烧结时间,元素,晶相


图4为氧化锰掺杂量为7.5wt%时,不同烧结时间下制备的超轻支撑剂的SEM-EDS图。由内插图的锰元素分布和含量变化可知,烧结时间为1 h时,锰元素含量为7.85wt%,Mn2+刚开始溶解在晶相中,但分散并不均匀;烧结时间为2 h时,锰元素含量为6.46wt%,Mn2+已溶解在晶相中,替代主晶相中的Al3+或填隙在晶格中形成固溶体;烧结时间为3 h时,锰元素含量为7.50wt%,此时部分锰元素由于富集重新生成氧化锰。3.2 支撑剂体积密度和视密度的研究

【参考文献】:
期刊论文
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博士论文
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本文编号:3491171

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