高強(qiáng)度低密度壓裂支撐劑的制備研究.pdf

1、水力壓裂是應(yīng)用于石油天然氣行業(yè)中的一種有效增產(chǎn)措施。隨著非常規(guī)油氣藏的開發(fā)，水力壓裂技術(shù)已成為關(guān)系到我國能源發(fā)展的亟待攻克的重要技術(shù)之一。而壓裂支撐劑是水力壓裂過程中的關(guān)鍵材料，即用于支撐裂縫從而提高油氣藏滲透率的球形顆粒。
　　本文以孝義輕燒鋁礬土和內(nèi)蒙高嶺土為原料，分別以 TiO2和 MgO為添加劑，采用強(qiáng)力混合機(jī)造粒方法及無壓煅燒技術(shù)制備出莫來石質(zhì)低密度壓裂支撐劑。又為制備出符合低滲透油氣藏尤其是煤層氣和頁巖氣水力壓裂要求的

2、低密支撐劑，選用高嶺土及其煅燒產(chǎn)物為原料，AlF3和鉬酸銨為添加劑，經(jīng)造粒-煅燒，制備出高嶺土基低密度壓裂支撐劑。通過系統(tǒng)研究造粒工藝、添加劑及煅燒溫度對(duì)支撐劑性能、物相及微觀結(jié)構(gòu)的影響，得到以下結(jié)論：
　?。?）糖衣機(jī)造粒周期長(zhǎng)，需霧化噴水，生坯層化嚴(yán)重，強(qiáng)度低。與之相比，強(qiáng)力混合機(jī)造粒則具有造粒周期短，成球效率高，操作簡(jiǎn)單，生坯無層化現(xiàn)象，強(qiáng)度高的特點(diǎn)。本文以強(qiáng)力混合機(jī)造粒方法制備出滿足要求的生坯，并探索了采用油中成型這種新型

3、新造粒方法制備超低密度支撐劑。
　　（2）在添加劑對(duì)莫來石陶瓷中性能影響研究中得出添加TiO2的試樣視積密度最低，添加MgO時(shí)試樣視密度最高。而添加MoO3的試樣體積密度最低、氣孔率和抗彎強(qiáng)度最高。XRD分析表明，MoO3能使陶瓷材料在950 ℃的低溫下就能生成莫來石晶相，而添加TiO2和MgO的試樣在950 ℃時(shí)莫來石晶體衍射峰還未出現(xiàn)。
　?。?）配料中添加 MgO后，支撐劑體積密度上升、視密度下降、抗破碎能力提高。研究

4、表明，MgO能夠促進(jìn)莫來石的生成。特別是在添加3 wt％MgO于1450 ℃煅燒后的支撐劑斷面出現(xiàn)大量的棒狀莫來石，僅有少量高溫液相充填在莫來石晶粒之間。該支撐劑試樣的體積密度為1.42 g/cm3，視密度為2.63 g/cm3，28MPa壓力下破碎率為4.06%。
　　（4）添加鉬酸銨能夠降低支撐劑的體積密度，提高支撐劑的視密度和抗破碎能力，并使莫來石呈棒狀交叉生長(zhǎng)構(gòu)成多孔結(jié)構(gòu)，為支撐劑提供纖維和晶須增強(qiáng)機(jī)制。同時(shí)引入鉬酸銨和

5、AlF3不僅比單獨(dú)添加其中之一時(shí)更有利于支撐劑的強(qiáng)度，還能降低支撐劑的體積密度和視密度。
　?。?）配料中添加5 wt%鉬酸銨于1400 ℃煅燒后的支撐劑體積密度為1.069 g/cm3，視密度為2.751 g/cm3，35 MPa壓力下的破碎率為7.034%；分別添加1 wt% AlF3和3 wt%鉬酸銨并在1250~1400 ℃溫度范圍內(nèi)煅燒所得支撐劑在35 MPa壓力下的破碎率均低于9%。其中，在1350 ℃可制得體積密度為