烧结温度对添加镁渣制备陶粒支撑剂性能的影响

采用山西阳泉铝矾土和煤矸石为主要原料,工业废弃物镁渣为添加剂,在1180～1350℃下烧结制备陶粒支撑剂.对比分析各温度下陶粒体积密度,视密度和破碎率的变化趋势,利用XRD和SEM对陶粒的物相及微观形貌进行了表征.探讨了烧结温度对添加镁渣制备陶粒支撑剂性能的影响,同时明确了最好性能陶粒支撑剂对应的最佳烧结温度.结果表明:烧结温度为1250℃时,陶粒支撑剂的体积密度为1.39 g/cm3,视密度为2.84 g/cm3,48 MPa闭合压力下破碎率为6.87％,52 MPa闭合压力下破碎率为8.64％.在该温度下,陶粒的性能较好,烧结致密度很高.     

以ZnO作添加剂覆膜陶粒支撑剂的制备与性能研究

以低成本的高岭土为主要原料,以ZnO作为添加剂,结合常压烧结技术,制备出低密度高强度的陶粒支撑剂。研究了ZnO的添加量、烧结温度对陶粒支撑剂性能的影响。采用树脂覆膜的方法进一步优化了陶粒支撑剂的性能,使其适用于更高要求的油气井。研究结果表明,当加入2%的ZnO并且烧结温度为1 300℃时,陶粒支撑剂的体积密度为1.42 g/cm³,视密度为2.61 g/cm3,视密度为2.61 g/cm³,35 MPa闭合压力下的破碎率为7.28%。当环氧树脂的用量为支撑剂的12%,固化剂的用量为环氧树脂的14%时,覆膜支撑剂的体积密度为1.32 g/cm3,35 MPa闭合压力下的破碎率为7.28%。当环氧树脂的用量为支撑剂的12%,固化剂的用量为环氧树脂的14%时,覆膜支撑剂的体积密度为1.32 g/cm³,视密度为2.27 g/cm3,视密度为2.27 g/cm³,69 MPa闭合压力下的破碎率仅为1.16%。     

煤矸石掺量对陶粒支撑剂性能的影响

以铝矾土和煤矸石为主要原料,通过调整二者质量比(1:1,2:3和3:7),经造粒成球、不同温度烧结制备得到陶粒支撑剂。结果表明:当煤矸石掺入量为60%(质量分数)、35 MPa闭合压力下,满足破碎率行业标准的烧结温度范围为1 250～1 450℃,在该温度区间内,随着烧结温度的升高,样品的结晶相转变为棒状莫来石相,形成一种致密的网状交联结构,进而提高了陶粒支撑剂的抗破碎能力;当烧结温度为1 450℃时,体积密度及视密度分别为1.49和2.76 g/cm~3,破碎率指标达到最低值3.0%,证实利用煤矸石替代铝矾土可以制备出用于煤层气井开采用的陶粒支撑剂。     

基于煤层气井用陶粒支撑剂的制备

以煤矸石和铝矾土为主要原料,采用50∶50和60∶40质量配比,再添加2wt％长石添加剂,在不同温度烧结制备了煤层气井用的20/40目经济型陶粒支撑剂.通过X射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)对陶粒的物相组成和显微形貌进行表征.实验结果表明:所制备的陶粒的视密度均低于3.0 g,/cm3,体积密度低于1.5 g/cm3,属于低密度范畴;当煤矸石与铝矾土配比为50∶50时,烧结温度在1400 ～ 1500℃制备的支撑剂,在35 MPa闭合压力下的破碎率均低于9％的行业标准(SY/T 5108-2014).     

以ZnO作添加剂覆膜陶粒支撑剂的制备与性能研究

以低成本的高岭土为主要原料,以ZnO作为添加剂,结合常压烧结技术,制备出低密度高强度的陶粒支撑剂。研究了ZnO的添加量、烧结温度对陶粒支撑剂性能的影响。采用树脂覆膜的方法进一步优化了陶粒支撑剂的性能,使其适用于更高要求的油气井。研究结果表明,当加入2%的ZnO并且烧结温度为1 300℃时,陶粒支撑剂的体积密度为1.42 g/cm~3,视密度为2.61 g/cm~3,35 MPa闭合压力下的破碎率为7.28%。当环氧树脂的用量为支撑剂的12%,固化剂的用量为环氧树脂的14%时,覆膜支撑剂的体积密度为1.32 g/cm~3,视密度为2.27 g/cm~3,69 MPa闭合压力下的破碎率仅为1.16%。     

煤矸石对焦宝石基低密度高强度陶粒支撑剂性能的影响

采用焦宝石、煤矸石为主要原料制备了低密度高强度陶粒支撑剂,研究了煤矸石加入量及烧结温度对陶粒支撑剂视密度及破碎率的影响,并利用XRD、SEM等手段对不同温度烧结的陶粒支撑剂的物相组成和微观形貌进行了分析。结果表明:煤矸石的加入促使支撑剂内部形成大量闭气孔,使得视密度和抗破碎能力均呈下降趋势。陶粒的主晶相为莫来石相和石英相,随着烧结温度的升高,材料中气孔被排除,致密化程度提高,有助于提高陶粒的抗破碎能力。在过高的烧成温度下,液相增多,会导致抗破碎能力下降。当煤矸石加入量为15 wt%,烧成温度为1410°C时,陶粒支撑剂的视密度为2.65 g/cm~3,69 MPa下的破碎率为7.9%,产品具有低密度、高强度、低成本的特点。     

一种低密度陶粒压裂支撑剂的制备及性能研究

本文以三级铝矾土和砂土为主要原料,在1440～1520℃高温下,制备了性能优良的低密度陶粒支撑剂,研究了烧结温度对其物相形貌、物理性能的影响.其结果表明:烧成温度在1500℃时,制备的试样主要物相为莫来石和石英,体密度为1.35 g/cm3,视密度为2.78 g/cm3,35 MPa闭合压力下的破碎率为9.47％.符合国标,适合闭合压力高于浅井油气井的应用.     

高强度低密度陶粒支撑剂的研究

以铝矾土为原料,白云石为辅料,添加一定量的复合添加剂,经粉磨、成球和烧成,制备了性能优良的高强度低密度陶粒支撑剂,讨论了复合添加剂掺量及烧成温度对陶粒支撑剂材料性能的影响。结果表明,当白云石掺量为2%,复合添加剂的掺量为6%,烧成温度在1330℃时,制备出的陶粒支撑剂的视密度为2.61g/cm-3,体积密度为1.55g/cm-3,52MPa闭合压力下的破碎率为6.70%。     

烧结温度对煤层气井用陶粒支撑剂的影响研究

本文以阳泉铝矾土和煤矸石为原料,长石为烧结助剂,制备了适用于煤层气水力压裂开采的陶粒支撑剂.利用SEM和XRD,表征了不同温度下烧结的陶粒支撑剂的显微结构及物相组成;研究了烧结温度对陶粒支撑剂材料的抗破碎率、密度的影响.结果表明:样品结晶相为莫来石,刚玉和方石英,并随着温度升高,莫来石相含量逐渐增多,且结晶度也越来越好,在1450℃时,二次莫来石仍未转化完成;随着烧结温度的升高,样品密度与呈先上升后下降的趋势,破碎率呈现先降低后升高的趋势.1300℃烧结下的样品性能最好,体积密度为1.40 g/cm3,35 MPa下破碎率为7.06％.     

掺锰超轻支撑剂的制备及性能研究

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69 MPa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1.639 g/cm3,在69 MPa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。     

烧结温度对莫来石/石英质经济型陶粒支撑剂性能的影响

以阳泉长青Ⅲ级铝矾土和砂土为原料,在1420~1540℃下烧结制备了莫来石/石英质经济型陶粒支撑剂,研究了烧结温度对莫来石/石英质经济型陶粒性能的影响,并与目前市场上的支撑剂进行了详细的对比,得出这是一种性能优于天然石英砂、成本低于人造陶粒支撑剂的一种经济型陶粒支撑剂;并采用XRD和SEM等手段对陶粒支撑剂的性能和物相形貌进行了表征和分析。结果表明:在1510℃下烧结制备的陶粒支撑剂体密度为1.39 g·cm-3,视密度为2.78 g·cm-3,35 MPa下的破碎率为5.54%;在该温度下,莫来石晶相已经发育完全,且石英颗粒填充在莫来石形成的网络空间结构中,烧结致密化程度较高。     

V2O5掺杂对莫来石晶须增强型陶粒支撑剂的性能影响

以高岭石质煤矸石为主要原料,V2O5为添加剂,于1400 ℃下制备了莫来石晶须增强的陶粒支撑剂,讨论了V2O5促进莫来石晶须生长机制及其添加量对支撑剂样品性能的影响.结果表明:随着V2O5的加入,支撑剂样品的主晶相莫来石逐渐生长形成莫来石晶须;当V2O5添加量为1wt％时,试样的性能最佳;体积密度1.25 g/cm3,视密度2.69 g/cm3,52 MPa闭合压力下的破碎率5.18％.     

紫砂土制备压裂支撑剂的研究

本文首次以阳泉紫砂土和Ⅱ级铝矾土为原料,在不同烧成温度下制备了莫来石-石英质石油压裂支撑剂.利用XRD、SEM等方法,对制品的显微结构和物化性能进行了分析和探讨.结果表明:随着烧成温度的提高,紫砂土和铝矾土制备的支撑剂的破碎率逐渐降低,显微结构趋于致密,1280℃左右性能较佳,20/40目试样的体积密度为1.45 g./cm3,视密度为2.92g/cm3,35 MPa闭合压力下的破碎率仅为8.05％,试样满足行业标准SY/T5108-2014的要求.     

添加锰矿低密度高强度陶粒支撑剂的制备及作用机制研究

低密度高强度支撑剂的开发与应用不仅有利于非胶化压裂液的使用，尤其对提高低渗透油气藏的开发效率有显著作用。以铝矾土为主要原料，添加5％锰矿，在1350℃下无压烧结，制备高强度低密度陶粒支撑剂，并讨论了锰矿掺量及烧成温度对支撑剂诸性能的影响。根据支撑剂的显微结构和孔结构分析发现：掺入5％锰矿有利于生成均匀分布的直径为0．2～1μm棒状莫来石，棒晶发挥纤维或晶须的强韧化作用，显著提高了支撑剂的强度，抗破碎能力达到69MPa闭合压力下破碎率为4．1％；在烧结后期，棒晶的生长速度过快未能有效排除气孔，导致大量晶粒间闭气孔生成，有效降低了支撑剂的密度（体积密度为1．78g／cm^3，视密度为3．22g／cm^3）。     

白云石对焦宝石陶粒晶粒发育及性能的影响

以陶粒的新原料-焦宝石为主要原料,白云石为熔剂性辅料利用陶瓷烧结工艺成功制备了粒径425~850 μm满足35 MPa闭合压力下使用的支撑剂.重点研究了助熔剂白云石的不同添加量对焦宝石陶粒支撑剂晶粒发育及性能的影响.利用SEM和XRD分别对含有不同添加量的白云石的陶粒支撑剂进行了显微形貌和物相结构的分析,并多次测试了陶粒支撑剂的体密、视密和破碎率,结果揭示了白云石的添加有助于促进棒状莫来石晶粒的发育,同时在保证破碎率低于9%的前提下具有降低陶粒支撑剂体密/视密的作用.     

添加陶粒砂废料对制备支撑剂的影响

陶粒支撑剂废料,混合铝矾土粉、黏土为原料,采取逐步添加的方法研究了废料的加入量对支撑剂性能的影响。结果表明,其半成品体积密度增高,同一烧结温度下,成品体积密度也增高,破碎率增大,强度降低。     

锑同位素标记压裂支撑剂的制备及作用机制研究

以铝矾土为主要原料,以Sb_2O_3为标记物质,在1320℃下合成了同位素标记陶粒压裂支撑剂,研究了标记物质的加入对烧结和支撑剂破碎率的影响。标记元素进入了晶相,并且在压裂支撑剂载体内分布均匀。当加入的Sb_2O_3小于10%时,69 MPa闭合压力下的破碎率低于4.0%,符合行业标准要求,适用于中深油气井压裂裂缝形态及支撑剂位置监测。     

树脂包覆免烧超低密度支撑剂性能研究

滑溜水压裂液是页岩储层改造的首选体系.为解决滑溜水压裂中支撑剂沉降速度快,不能完全充填产层及充填层泥化问题,采用固体废渣为基体材料制备了树脂包覆免烧超低密度压裂支撑剂.运用XRD、MIP、SEM和筒压法分析了支撑剂物相组成及树脂浸渍包覆对其体积密度、视密度、抗破碎能力、显气孔率、气孔孔径分布和微观形貌的影响.通过比较树脂改性前后支撑剂力学性能,得到树脂浓度为25wt％时填充效果最佳,显气孔率比支撑剂基体降低了80.1％,其结构致密、破碎率低;当支撑剂浸渍体包覆树脂含量6％时,颗粒表面和内部孔洞得到二次填充,颗粒显气孔率降低至7.13％,其体积密度为0.86 g/cm3,视密度为1.29 g/cm3,浊度为3.65 NTU,酸溶解度为0.35％,在35 MPa和52 MPa闭合压力下破碎率分别为7.3％和9.0％.     

添加铁粉制备低密度中强度陶粒支撑剂及性能研究

低密度中强度陶粒支撑剂的开发,既可以提高低渗透油气藏的开发效率又能显著降低油气开采成本。以Al2O3含量为63%的二级铝矾土为主要原料,以铁粉取代部分锰矿粉制备了低密度中强度陶粒支撑剂。结果表明:添加铁粉2%,锰矿粉3%、白云石1%时,在1 350℃下煅烧1h,有利于陶粒支撑剂中生成均匀分布的直径为0.3~1.0μm棒状莫来石晶相,棒状莫来石起到纤维增韧作用,提高支撑剂的强度,使其在52MPa的闭合压力下破碎率为5.29%,体积密度为1.63g/cm~3。随着铁粉添加量的增加,基体中液相大量增加,晶粒生长速度过快未能有效排除气孔,导致大量气孔包在晶粒之间,容易构成应力集中点而形成裂纹源,降低了支撑剂的密度和强度。     

煅烧煤矸石添加量对陶粒支撑剂力学性能的影响

可燃性气体的开发以及固体废弃物的再利用是响应国家低碳清洁发展、能源战略转型的重要举措。本文采用煅烧处理的煤矸石作为添加剂制备陶瓷颗粒支撑剂,通过调控支撑剂的原料配比,获得力学性能较好的材料,提升材料支撑岩层裂隙的结构强度,实现煤层气的高效开采。结果表明,煅烧煤矸石组分的适量添加可有效提高陶粒支撑剂抗破碎强度,其中42 MPa闭合压力下破碎率最低为3.66%,52 MPa闭合压力下破碎率最低为7.97%。通过观察界面腐蚀后的陶粒支撑剂微观形貌以及分析结构中的元素成分比例,发现材料中α-Fe₂O₃的均匀分布促进支撑剂中玻璃相的产生,提升了陶粒基体的结构致密性;同时α-Fe₂O₃晶粒在形核长大的过程中,由于间隙填补作用产生的微观应力对材料结构起到再次强化的效果,显著提升陶粒支撑剂的力学性能以及抗破碎能力。