鋁礬土制備壓裂用陶粒支撐劑關(guān)鍵工藝技術(shù)研究.pdf

1、壓裂用陶粒支撐劑是一種陶瓷顆粒產(chǎn)品。主要應(yīng)用在石油、天燃?xì)夤I(yè)的水力壓裂作業(yè)中，隨同壓裂液一起注入到油氣井巖層裂縫中，支撐裂縫不因應(yīng)力釋放而閉合，在井底形成具有一定幾何尺寸和導(dǎo)流能力的通道，使周圍油氣能夠順利地導(dǎo)流出來，從而提高油氣的產(chǎn)量。隨著我國各行業(yè)對(duì)能源需求的增大，石油天燃?xì)獾拈_采量不斷擴(kuò)大，低滲透油氣井逐漸增多，為了提高油氣產(chǎn)量，延長油氣井的服務(wù)年限，研制高性能的陶粒支撐劑制備技術(shù)具有重要意義。
　　 目前，生產(chǎn)陶粒支撐

2、劑主要采用的是鋁礬土，國內(nèi)大多采用以鋁礬土為原料加部分輔料，粉磨、造粒，直接燒制而成的工藝，生料球在燒成過程中需要經(jīng)歷鋁礬土脫結(jié)晶水和陶瓷燒結(jié)兩個(gè)階段，燒結(jié)溫度較高，燒結(jié)范圍窄，生產(chǎn)過程不易控制，且產(chǎn)品強(qiáng)度普遍較低，產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定。本研究主要針對(duì)以上問題，提出了一種利用輕燒鋁礬土為原料來制備陶粒支撐劑的新的工藝技術(shù)，將鋁礬土生料粉在一定條件下進(jìn)行輕燒脫結(jié)晶水處理，得到輕燒鋁礬土生料，然后再加一定量的輔料，造粒、煅燒得到高性能陶粒支撐劑產(chǎn)

3、品。主要研究方法及結(jié)果如下:
　　 1)通過對(duì)鋁礬土生料粉進(jìn)行綜合熱分析，得知其脫結(jié)晶水溫度在510℃左右。因此，在實(shí)驗(yàn)室條件下將鋁礬土生料在高溫爐內(nèi)從室溫升至650℃，升溫速率控制為10℃/min，在650℃下保溫3.5h，然后隨爐自然冷卻，既得輕燒鋁礬土生料。
　　 2)通過對(duì)鋁礬土生料和輕燒鋁礬土生料物化性能比較分析，輕燒處理后，生料粉脫去結(jié)晶水，礦物相結(jié)構(gòu)由一水硬鋁石AlO(OH)和高嶺石Al2Si2O5(OH)

4、4變成Al2O3相和非晶態(tài)偏高嶺石;化學(xué)成分Al2O3含量提高約10％，Al2O3/SiO2的比值由6.43增大到7.29;粉體顆粒粒徑?jīng)]有明顯變化，但粉體變得疏松，可塑性下降。
　　 3)通過對(duì)鋁礬土生料輕燒前后成球性能的比較，得知輕燒過后，生料粉的成球性能變差。為了改善輕燒鋁礬土的成球性能，研究了多種粘結(jié)劑對(duì)其成球性能的影響，最后確定了聚合氯化鋁為其成球時(shí)較佳的粘結(jié)劑，當(dāng)加入一定量后，能夠顯著增加生料球密實(shí)度和圓球度，并且料

5、球均勻性好，強(qiáng)度高。
　　 4)鋁礬土生料粉輕燒過后所制備出的陶粒支撐劑抗破碎能力增強(qiáng)，破碎率、視密度、體積密度隨溫度變化梯度減小，質(zhì)量更加穩(wěn)定，燒結(jié)溫度范圍更寬，燒結(jié)過程易于控制;最佳燒結(jié)溫度為1510℃，相應(yīng)的破碎率為4.0％（符合國家標(biāo)準(zhǔn)≤5％，中石油企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)≤7％）。
　　 5)在利用輕燒鋁礬土制備陶粒支撐劑時(shí)，聚合氯化鋁有雙重作用:一是作為生料粉成球時(shí)的粘結(jié)劑，改善粉料成球性能;二是作為輔助料，改善輕燒鋁礬土生

6、料球的燒結(jié)性能。為了制備出高性能的陶粒支撐劑，聚合氯化鋁最佳的加入方式為先將粘結(jié)劑融入水中，而后再注入造粒機(jī)內(nèi)成球，最佳加入量為4％。
　　 6)聚合氯化鋁對(duì)陶粒支撐劑性能的影響主要表現(xiàn)在:增加了成品中剛玉相含量和燒結(jié)過程中的液相量，降低了成品燒結(jié)溫度，拓寬了燒結(jié)范圍，燒結(jié)過程更易致密化，成品結(jié)構(gòu)密實(shí)，強(qiáng)度高，性能優(yōu)異。
　　 本研究的創(chuàng)新點(diǎn):
　　 1)提出了利用輕燒鋁礬土制備陶粒支撐劑的新工藝方法，并對(duì)其進(jìn)行