精品]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

  中国陶瓷工业 2008 年2 月 第 15 卷 茸1 期 C H INA C E R A M IC INDUS T RY F e b． 2 0 0 8 V o1 ． 15 ． N0 ． 1 文章编号 ： 1006 2874(2008)01 0001 05 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 马 雪 1 姚 晓 ，2 陈 悦 f1_ 南京工业大学材料科学与工程学院， 210009； 2． 材料化 学工程 国家重点 实验室， 江苏南京： 21O O O 9) 摘要 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 土为主要的组成原材料 ， 添加 5％ 锰矿 ， 在 1350~C T J-L ]~． 烧结 ， 制备 高强度低 密度 陶粒 支撑 荆， 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～ 1 m棒状莫来石， 棒 晶发挥纤维或晶须的强韧化作用， 明显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， 大大降低 了支 撑剂的密度f体积 密度为 1． 78g／ cm3,视 密度 为 3． 22 g／ cms )。 关键词 支撑剂， 低密度 ， 高强度， 锰矿， 压裂 中图分类号： TQ 174． 75 文献标识码： A 1 前 言 石油压裂支撑剂是油气 田压裂作业中必需的专用材料 ， 尤其在低渗透油气田的开发中发挥着及其重要的作用。 目前， 国内应 用的陶粒支撑剂强度普遍较低 (抗压能力一般为 52MPa) ， 难 以满足深井作业的需求， 且其视密度与体积密度较大。 根据研 究发现[1 -2 1 ： 视密度大的支撑剂容易在压裂产生的裂缝端口处 产生丘状的堆积， 对导流极其不利； 体积密度大则会增加填充 地层裂缝所需支撑剂的质量， 增加压裂作业的成本。 低密度高 强度支撑剂的开发不仅为深井作业提供支持，而且有利于非 胶化压裂液的使用，便于在地层内形成具有一定长度和高度 的支撑带， 来提升产层导流能力并增产增效 国外多采用烧结刚玉制备压裂支撑剂，其生产的基本工艺复杂 且成本昂贵。国内多采用高铝质的矾土、 棕刚玉等作为主料， 添加少量萤石、赤铁矿、高钛炉渣等辅助料 ， 通过高温煅烧 。 (1380～ 1420℃)获得高密度高强度支撑剂 添II I I锰矿，旨在变价锰离子在烧结后期可加快体积扩 散 ， 促使晶粒长大 ， 形成晶粒内部闭气孔m 大大降低支撑剂的 密度； 且锰和铁杂原子的引入可降低莫来石的形成温度 ， 便 于低温煅烧获得莫来石强韧化陶粒支撑剂。实验采取了特殊的 成球工艺 ， 在 1350℃下煅烧制备了低密度高强度陶粒支撑 剂， 并通过微观测试方法(SEM、 MIP)分析了锰矿对支撑剂性 能的影响。 。 本文尝试使用单 一2 实 验 2． 1 实验原料 采用瑞士 ARL 荧光光谱仪和 x 射线衍射仪对原料化学 成分做多元化的分析， 各配方的化学成分见表 1， 锰矿主要成分是石 英和软锰矿，以 SiO 和 MnO 的形式存在 ，还存在少量的 Fe20 3。 表 1 各实验配方的化学组成(wt／ ％ ) T a b。 1 C he mic a l c ompos ition of the form ula e 样品号 锰矿掺量 ／ ％ Si A1 2 Fe ~Os MnO2 TiO2 K 2 0 MgO+ CaO l # O 43． 7 49 7 2-5 O O． 1 O 1． 7 2# O_5 43． 6 49 -5 2． 5 O． 1 O、 l O 1． 7 3 # 1 ． O 4 3 ． 6 4 9 _ 4 2 ． 6 O． 3 O． 1 O． 1 1 ． 7 4# 3． O 43 ． 3 48 ． 8 2、 8 O． 9 O． 1 O、 l 1． 7 5# S ． O 43． 1 48 ． 2 3． O l 5 O． 1 O． 1 1． 7 收稿 H期： 2007一 l o l5 通讯联系人 ． I I晓， 男 ， E- mail： htm@njut． edu． cn 维普资讯