低密度支撑剂技术及研究现状

  技术与信息46 2020年09月对其进行微观XRD 分析可知氧化铝、莫来石和少量钛酸铝为该原料制备条件下的主要晶体物相组成。岳俊磊在烧结温度为1330℃条件下以二级铝矾土和钾长石为主要的组成原材料，加以少量不同含量的白云石制备了体积密度为1.30g/cm 3 、视密度为2.61g/cm 3 ，52MPa 下破碎率为4.51% 的超低密度陶粒支撑剂。探究了钾长石和白云山在不同添加含量的情况下对该原料制备支撑剂性能的影响。在添加钾长石和未添加钾长石的前后对比中不难发现，前者相对于后者体积密度、视密度和最优烧结温度都有明显的下降，但相应的随着钾长石的加入，支撑剂的破碎率也提高...

  技术与信息46 2020年09月对其进行微观XRD 分析可知氧化铝、莫来石和少量钛酸铝为该原料制备条件下的主要晶体物相组成。岳俊磊在烧结温度为1330℃条件下以二级铝矾土和钾长石为主要的组成原材料，加以少量不同含量的白云石制备了体积密度为1.30g/cm 3 、视密度为2.61g/cm 3 ，52MPa 下破碎率为4.51% 的超低密度陶粒支撑剂。探究了钾长石和白云山在不同添加含量的情况下对该原料制备支撑剂性能的影响。在添加钾长石和未添加钾长石的前后对比中不难发现，前者相对于后者体积密度、视密度和最优烧结温度都有明显的下降，但相应的随着钾长石的加入，支撑剂的破碎率也提高了。虽然白云石的添加也会降低支撑剂的强度，但整体来说白云石的添加对支撑剂是有利的，白云石的加入促进了烧结过程中液相的生长，有利于晶相莫来石的生长发育。河源市东源鹰牌陶瓷有限公司利用铝矾土和高岭石为主要的组成原材料，加以少量辅助原料白云石、软锰矿、硼酸和方解石，制备出了密度为2.687g/cm 3 抗折强度为143.773MPa 的低密度高强度陶粒支撑剂。为降低支撑剂的密度，程贵生通过降低原料中铝矾土的所占比例，提高原料中高岭土所占比例，以此来降低Al 2 O 3 的含量，并通过增加各种辅料来优化其内外结构提高强度。马晓霞以紫砂土和Ⅱ级乙等铝矾土为主要的组成原材料添加少量白云石和锰矿粉，在1420℃下制备出了体积密度为1.62g/cm 3 、视密度为2.998g/cm 3 ，52MPa 下破碎率为8.13% 的低密度高强度陶粒支撑剂。通过对比该原料制备的支撑剂在不同烧结温度下的性能测试可知，烧结温度越高其体积密度越大，说明支撑的体积密度大小与显气孔率和体积收缩率有关，直至烧结温度为1530℃时体积密度较稳定，曲线变化趋于平缓；内部闭气孔率与支撑剂的视密度有直接联系，由于烧结温度的提高，其内部闭气孔率下降，导致支撑剂视密度提高。在以紫砂土和Ⅱ级乙等铝矾土制备的陶粒支撑剂中加入4wt% 锰矿粉，支撑剂的烧结温度得到一定效果地降低、支撑剂的抗破碎能力得到提高 [1] 。王勇伟利用煤矸石、铝矾土为主要的组成原材料加以少量菱镁尾矿，在1450℃条件下烧制出了体积密度为1.49g/cm 3 、视密度为2.75g/cm 3 ，在69MPa 下破碎率为9.5% 的低密度陶粒支撑剂。煤矸石中加入少量菱镁尾矿烧结试样的XRD 分析图，如图1。在未加入菱镁矿时，煤矸石的主晶相为高岭石、石英和方解石；在1 支撑剂的发展历史在追溯支撑剂的发展历史中可知，自从美国的Arkansas River 河沙在1947 年被应用于水力压裂中；整个20 世纪成为支撑剂快速地发展的阶段，50 年代质量优越的矿砂取代了破碎率高的河沙；60 年代，圆度、球度较好和抗破碎率较高的颗粒开始被当作支撑剂使用，如：金属球、玻璃球和胡桃核等；进入20 世纪70 年代研究人员成功研制了以铝矾土为主要的组成原材料制备而成的陶粒支撑剂，由于国外起步比较早，因此其制备的产品性能优于国内，在这样的领域内美国Carbo 公司旗下生产的支撑剂最为受人们关注，如：Carbo Litc、Carbo Prop 和Carbo HSP 这三类产品；树脂包覆石英砂和覆膜陶粒支撑剂是80 年代覆膜支撑剂最为典型的代表。过去国内外研究人员多集中在支撑剂强度方面的研究，很少涉及支撑剂的密度方面。随着高强度陶粒支撑剂的广泛使用，人们了解到压裂支撑剂密度越大其要求使用的携砂液粘度越高；高粘度的携砂液会对地层造成了严重的伤害，降低油气井服务年限；除此之外支撑剂密度越大其沉降速度越快，导致地层填充效果差、用量多，这些都大幅度提升了油气开采成本。由于高密度支撑剂存在不足，人们开始慢慢转向对低密度高强度支撑剂的研究。2 低密度支撑剂本文主要从不同原料制备低密度支撑剂的技术方法入手，将低密度支撑剂分为两大类：低密度陶粒支撑剂和低密度别的类型支撑剂，并加以分析其表征性能。2.1 低密度陶粒支撑剂吕宝强采用较为传统的方法制备了体积密度为1.53g/cm 3 、视密度为2.65g/cm 3 ，在52MPa 下破碎率为6.39% 的低密度陶粒支撑剂，其制备时使用的主原料是铝矾土、石英和粘土，辅料锰粉等，制备温度为1310～1330℃，烧结时间30～40min。烧成温度对陶粒支撑剂性能有较大的影响，陶粒在煅烧的过程中温度过低或过高都会影响陶粒的强度，温度过低或过高容易导致欠烧或过烧现象，分析其在不一样的温度段时体积密度和视密度随温度上升的变化。在1250～1340℃范围内随温度的升高陶粒体积密度和视密度逐渐升高，其破碎率逐渐降低；当温度达到1350℃时陶粒出现过烧现象，得出适宜烧结温度为1310～1330℃。支撑剂内部的晶相组成对其性能有较大的影响，低密度支撑剂技术及研究现状雷俊雄 陈锦风 林泽钦 陈文彬 周建强(广东石油化工学院，广东 茂名 525000)摘要：水力压裂是目前开采油气的一项重要技术，水力压裂技术的成功应用离不开支撑剂的使用；支撑剂又分为高密度支撑剂和低密度支撑剂。低密度支撑剂的密度低，采用低黏度的压裂液便可将其注入到地层中，低密度支撑剂的沉降速度低、充填效果好，有利于支撑剂在裂缝中的铺置；本文通过对大量文献的调研，从不同制备低密度支撑剂的原料入手并较为简单地对其性能进行了分析，最后提及低密度支撑剂研究现状。关键词：压裂支撑剂；低密度；制备原料；性能