利用焦寶石和煤矸石制備低密度陶粒支撐劑的研究.pdf

1、支撐劑是水力壓裂作業(yè)過(guò)程中用來(lái)支撐巖縫的具有一定強(qiáng)度的固體顆粒，其產(chǎn)品性能對(duì)支撐裂縫、防止裂縫重新閉合、提升油氣采收率等有著重要影響。目前，包括致密油、頁(yè)巖氣等在內(nèi)的深層低滲透型油氣資源的勘探開(kāi)發(fā)，要求支撐劑具有低成本、低密度、高強(qiáng)度、高抗破碎能力等特點(diǎn)，以滿足低粘度清潔壓裂液的配伍性需求。
　　本文以焦寶石、煤矸石為主要原料，制備了低密度陶粒支撐劑。借助于X射線衍射儀(XRD)、掃描電子顯微鏡(SEM)、破碎率測(cè)試儀等分析和檢測(cè)

2、手段，分析了焦寶石及其尾礦、煤矸石的成分與物相組成，研究了配方組成、制粉、制粒、燒成、篩分工藝對(duì)產(chǎn)品性能的影響，探討了支撐劑的導(dǎo)流能力與產(chǎn)品顆粒尺寸、形貌之間的關(guān)系。本文的主要研究?jī)?nèi)容及結(jié)果如下:
　　1、以焦寶石、煤矸石為主要原料，通過(guò)優(yōu)化支撐劑配方及制備工藝，在1400-1450℃下，成功制備了性能良好的低密度陶粒壓裂支撐劑，試樣符合行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SY/T5108-2014的要求。
　　2、分析了焦寶石及其尾礦、煤矸石的原料性

3、質(zhì)，結(jié)果表明:煅燒后的焦寶石及其尾礦、煤矸石的主要化學(xué)成分為Al2O3和SiO2;礦物組成都以莫來(lái)石和石英為主;煤矸石在煅燒過(guò)程中灼減量大于30％，在1450-1500℃范圍內(nèi)燒結(jié)致密。
　　3、研究了配方組成中煤矸石含量對(duì)支撐劑性能的影響，結(jié)果表明:當(dāng)煤矸石加入量小于5％時(shí)，煤矸石的加入，降低了支撐劑的視密度。而加入量為25％時(shí)，煤矸石的加入促使支撐劑內(nèi)部形成大量閉氣孔，支撐劑的視密度進(jìn)一步降低，破碎率變大。當(dāng)煤矸石加入量為15

4、wt.％、燒成溫度為1410℃時(shí)，陶粒支撐劑的視密度為2.65g/cm3，69MPa下的破碎率為7.9％。借助于XRD分析表明，所制備的陶粒主晶相為莫來(lái)石和石英。
　　4、研究了制備工藝對(duì)支撐劑性能的影響，結(jié)果表明:濕法研磨制粉工藝可以獲得顆粒度小且分布均勻的粉料;在制粒過(guò)程中添加濃度為0.25wt.％的CMC水溶液作為結(jié)合劑，控制制粒過(guò)程中的加料加水時(shí)間間隔為180s，可有效改善球坯的表面形貌及強(qiáng)度;采用以顆粒預(yù)篩分和帶有篩面強(qiáng)

5、制通風(fēng)系統(tǒng)的多層篩分方法，有利于獲得表面光潔的半成品球坯。燒結(jié)溫度的升高，有助于排除材料中的氣孔，使陶粒支撐劑致密化程度提高，改善陶粒的抗破碎能力，但燒結(jié)溫度過(guò)高會(huì)使材料中液相增多，增大陶粒支撐劑的破碎率。
　　5、研究了支撐劑顆粒狀態(tài)對(duì)其導(dǎo)流能力的影響，結(jié)果表明:支撐劑顆粒尺寸、顆粒分布范圍、顆粒圓球度、顆粒表面光潔程度都對(duì)其導(dǎo)流能力和滲透率存在影響。同等條件下，顆粒尺寸增大、顆粒分布范圍集中、顆粒接近于圓球體、顆粒表面光潔程度