高強(qiáng)度低密度陶粒壓裂支撐劑的研究.pdf

1、水力壓裂技術(shù)作為石油天然氣行業(yè)一種有效增產(chǎn)措施，已成為關(guān)我國能源發(fā)展亟待解決的重要技術(shù)之一，而支撐劑是其成功應(yīng)用于油氣開采的關(guān)鍵因素。性能優(yōu)異的支撐劑不僅能提高油氣井的產(chǎn)量還能延長油氣井的使用壽命，因此研制出高質(zhì)量的支撐劑具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。
　　目前關(guān)于高強(qiáng)度壓裂支撐劑的研究多以優(yōu)質(zhì)鋁礬土（鋁含量大于75％）為原料，對低鋁含量鋁土礦的利用有限。為擴(kuò)大較低鋁含量鋁土礦的應(yīng)用范圍，生產(chǎn)出高附加值產(chǎn)品，本文以鋁含量67.48%的鋁

2、礬土（屬于二級鋁礬土CLK-65,GB/T24483-2009）為主要原料，摻雜一定量的錳礦粉，制備出了符合工業(yè)生產(chǎn)的耐高壓陶粒支撐劑；此外，為降低密度，制備出符合非常規(guī)低滲透油氣藏水力壓裂要求的支撐劑，本文先以二級鋁礬土和鉀長石為原料，摻雜一定量的白云石，制備出了剛玉-莫來石質(zhì)低密度高強(qiáng)度陶粒支撐劑。又選用高嶺石質(zhì)煤矸石為原料， V2O5為添加劑，研究了添加劑對支撐劑性能的影響，并在此基礎(chǔ)上制備出了莫來石晶須增強(qiáng)型低密度陶粒支撐劑。研

3、究結(jié)果表明：
　?。?）以二級鋁礬土為主要原料制備陶粒壓裂支撐劑，燒結(jié)溫度較高，當(dāng)煅燒溫度為1500℃時(shí)，破碎率才能降到9%以下。因此單獨(dú)以鋁礬土生料很難在較低溫度下（小于1400℃）燒制出破碎等級為7.5K級（52MPa閉合壓力下破碎率小于9%）的支撐劑。
　　（2）錳礦粉的摻雜可以降低鋁礬土基陶粒支撐劑的燒結(jié)溫度，也能提高試樣的體積密度，改善樣品的強(qiáng)度。當(dāng)錳礦粉摻雜量為3wt%時(shí)制備出性能最佳的陶粒支撐劑樣品：1350～

4、1450℃燒制出的陶粒支撐劑樣品的破碎等級都達(dá)到7.5K級；1400℃燒成的樣品52MPa閉合壓力下破碎率最低，為3.7%。
　?。?）對鋁土礦生料進(jìn)行輕燒預(yù)處理可以改善陶粒支撐劑樣品的性能。當(dāng)鋁礬土生料與輕燒鋁礬土比例為1:4時(shí)，燒制出性能最優(yōu)的陶粒支撐劑樣品。1300～1500℃溫度范圍內(nèi)破碎等級達(dá)到7.5K，與鋁礬土生料制備的陶粒支撐劑樣品相比(1350～1500℃)，燒結(jié)范圍變寬，不僅降低燃料花費(fèi)，而且工業(yè)生產(chǎn)過程也容易控

5、制。
　　（4）鉀長石的加入可以降低對原料中鋁含量的要求，支撐劑樣品的密度也隨之降低；適量的白云石的加入能在基體中形成較多的剛玉相和莫來石相，提高了強(qiáng)度；當(dāng)白云石添加量為2wt%，燒成溫度為1340℃時(shí)，試樣的性能最佳：體積密度1.31g/cm3，視密度2.62g/cm3，破碎率4.20%。
　?。?）以高嶺石質(zhì)煤矸石為主要原料，摻雜V2O5，于1400℃下燒制出莫來石晶須增強(qiáng)的陶粒支撐劑；隨著V2O5的加入，支撐劑樣品的主