高强度低密度压裂支撑剂的制备研究

发布时间：2017-05-22 21:24

  本文关键词：高强度低密度压裂支撑剂的制备研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：水力压裂是应用于石油天然气行业中的一种有效增产措施。随着非常规油气藏的开发,水力压裂技术已成为关系到我国能源发展的亟待攻克的重要技术之一。而压裂支撑剂是水力压裂过程中的关键材料,即用于支撑裂缝从而提高油气藏渗透率的球形颗粒。本文以孝义轻烧铝矾土和内蒙高岭土为原料,分别以TiO2和MgO为添加剂,采用强力混合机造粒方法及无压煅烧技术制备出莫来石质低密度压裂支撑剂。又为制备出符合低渗透油气藏尤其是煤层气和页岩气水力压裂要求的低密支撑剂,选用高岭土及其煅烧产物为原料,AlF3和钼酸铵为添加剂,经造粒-煅烧,制备出高岭土基低密度压裂支撑剂。通过系统研究造粒工艺、添加剂及煅烧温度对支撑剂性能、物相及微观结构的影响,得到以下结论:(1)糖衣机造粒周期长,需雾化喷水,生坯层化严重,强度低。与之相比,强力混合机造粒则具有造粒周期短,成球效率高,操作简单,生坯无层化现象,强度高的特点。本文以强力混合机造粒方法制备出满足要求的生坯,并探索了采用油中成型这种新型新造粒方法制备超低密度支撑剂。(2)在添加剂对莫来石陶瓷中性能影响研究中得出添加TiO2的试样视积密度最低,添加MgO时试样视密度最高。而添加MoO3的试样体积密度最低、气孔率和抗弯强度最高。XRD分析表明,MoO3能使陶瓷材料在950oC的低温下就能生成莫来石晶相,而添加TiO2和MgO的试样在950oC时莫来石晶体衍射峰还未出现。(3)配料中添加MgO后,支撑剂体积密度上升、视密度下降、抗破碎能力提高。研究表明,MgO能够促进莫来石的生成。特别是在添加3 wt%MgO于1450oC煅烧后的支撑剂断面出现大量的棒状莫来石,仅有少量高温液相充填在莫来石晶粒之间。该支撑剂试样的体积密度为1.42 g/cm3,视密度为2.63 g/cm3,28 MPa压力下破碎率为4.06%。(4)添加钼酸铵能够降低支撑剂的体积密度,提高支撑剂的视密度和抗破碎能力,并使莫来石呈棒状交叉生长构成多孔结构,为支撑剂提供纤维和晶须增强机制。同时引入钼酸铵和AlF3不仅比单独添加其中之一时更有利于支撑剂的强度,还能降低支撑剂的体积密度和视密度。(5)配料中添加5 wt%钼酸铵于1400oC煅烧后的支撑剂体积密度为1.069 g/cm3,视密度为2.751 g/cm3,35 MPa压力下的破碎率为7.034%;分别添加1 wt%AlF3和3 wt%钼酸铵并在1250~1400oC温度范围内煅烧所得支撑剂在35 MPa压力下的破碎率均低于9%。其中,在1350oC可制得体积密度为1.027 g/cm3,视密度为2.713 g/cm3,35 MPa压力下破碎率为5.451%的低密度支撑剂。
【关键词】：支撑剂 低密度 烧结助剂 破碎率
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TE357.12
【目录】：

• 摘要3-5
• abstract5-11
• 第一章 绪论11-19
• 1.1 引言11-12
• 1.2 国内外研究现状12-14
• 1.2.1 铝矾土基陶粒支撑剂12-13
• 1.2.2 高岭土基陶粒支撑剂13-14
• 1.2.3 其他原料制备的陶粒支撑剂14
• 1.2.4 树脂覆膜支撑剂14
• 1.3 原料的粉磨工艺14-15
• 1.4 陶粒支撑剂的造粒工艺15-16
• 1.4.1 喷雾流化床法15
• 1.4.2 干混法15
• 1.4.3 其他方法15-16
• 1.5 烧结工艺16
• 1.6 行业标准16-17
• 1.7 本课题的研究目的和意义17-19
• 第二章 实验方法19-29
• 2.1 主要原料的选择19-20
• 2.1.1 铝矾土19-20
• 2.1.2 高岭土20
• 2.2 烧结助剂的选择20-22
• 2.2.1 氧化镁20-21
• 2.2.2 二氧化钛21
• 2.2.3 三氧化钼21
• 2.2.4 钼酸铵21
• 2.2.5 氟化铝21-22
• 2.3 实验及其设备22-23
• 2.4 性能测试及其设备23-29
• 2.4.1 圆度和球度23-24
• 2.4.2 体积密度、视密度和绝对密度24-25
• 2.4.3 破碎率25-27
• 2.4.4 酸溶解度27
• 2.4.5 浊度27
• 2.4.6 XRD分析27
• 2.4.7 SEM及EDS分析27-29
• 第三章 不同添加剂对莫来石陶瓷性能的影响29-35
• 3.1 实验29-30
• 3.2 结果与讨论30-33
• 3.3 本章小结33-35
• 第四章 压裂支撑剂的造粒工艺35-41
• 4.1 造粒工艺35-38
• 4.1.1 强力混合机造粒工艺35-36
• 4.1.2 糖衣机造粒工艺36-37
• 4.1.3 油中成型造粒工艺37-38
• 4.2 油中成型制备多孔陶粒38-40
• 4.2.1 实验38-39
• 4.2.2 结果与讨论39-40
• 4.3 本章小结40-41
• 第五章 低密度支撑剂的研究41-49
• 5.1 氧化铝含量对支撑剂性能的影响41-42
• 5.1.1 实验41
• 5.1.2 结果与讨论41-42
• 5.2 添加剂对支撑剂性能的影响42-48
• 5.2.1 二氧化钛对支撑剂性能的影响42-45
• 5.2.2 氧化镁对支撑剂性能的影响45-48
• 5.3 本章小结48-49
• 第六章 高岭土基低密支撑剂的研究49-63
• 6.1 生料高岭土基支撑剂的性能49-52
• 6.1.1 实验49
• 6.1.2 结果与讨论49-52
• 6.2 生料高岭土含量对支撑剂性能的影响52-53
• 6.3 添加剂对支撑剂性能的影响53-62
• 6.3.1 钼酸铵对支撑剂性能的影响53-57
• 6.3.2 氟化铝对支撑剂性能的影响57-58
• 6.3.3 钼酸铵及氟化铝对支撑剂性能的影响58-62
• 6.4 本章小结62-63
• 第七章 结论与展望63-65
• 参考文献65-71
• 致谢71-73
• 攻读硕士期间发表的学术论文73

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