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矿物添加剂对石油压裂支撑剂性能的影响

吴尧鹏  
【摘要】:我国具有丰富的铝土矿资源,其中高铝矾土在工业生产中具有广泛的应用,但对低品位铝土矿Al2O3≤70wt%)资源利用率较低。拓展低品位铝土矿资源的应用领域,提高资源利用率具有重要的意义。而在油气田开采过程中,压裂支撑剂可用于支撑油气井中水力压裂所形成的裂缝,提高高渗透性原油流动通道,从而最大限度地挖掘油气井产能。目前压裂支撑剂的生产主要以原料铝矾土烧结制备而成。 本文以低品位二级铝矾土(67wt%Al2O33)为主要原料,选用铬铁矿、白云石、软锰矿为矿化剂,采用无压煅烧技术制备了中密度超高强度的铝矾土基石油压裂支撑剂,研究了不同的矿化剂对压裂支撑剂圆球度、体积密度、视密度、破碎率等性能的影响,通过X射线衍射仪(XRD)、金相显微镜、透射电镜(TEM)、扫描电子显微镜(SEM)和能谱分析仪(EDS)等对烧结试样的晶体结构和微观形貌进行了分析,研究表明: (1)以低品位二级铝矾土为主要原料,通过配方及烧成制度的优化,在1300℃~1480℃下,成功制备出圆度、球度、密度、破碎率等性能指标均适用于深井作业的石油压裂支撑剂材料,试样符合石油行业标准SY/T5108-2006的要求。 (2)配料中引入少量的铬铁矿作为矿化剂,铬铁矿中的铬组份可以在较低温度下与刚玉形成机械性能更好的铬刚玉相(Al2-2xCr2xO3,0x1),而且适量的铬铁矿有利于样品中液相的生成和棒状莫来石的发育,交错的棒状莫来石相可起到增强作用,从而获得具有双重增强机制的高强度复合体试样,共同抵抗荷载作用下的变形和破坏。 (3)铬铁矿添加量为2wt%时,试样的烧结温度可降低60℃(从1480℃到1420℃),并且其在69MPa闭合压力下的破碎率仅为1.8%,比未掺杂试样的最优破碎率降低64.7%。 (4)配料中添加量相同条件下,引入白云石或软锰矿可在较低的煅烧温度下引入液相组份,有效降低试样的烧结温度(约100~130℃),两试样的破碎率分别比未掺杂试样低约37%、43%。 (5)配料中引入不同矿化剂后,烧结试样的圆球度、粒度分布、以及物相组成并未发生明显变化,微观形貌有所差异。 上述工艺采用低品位矿物原料及现有生产设备,所制备支撑剂性能高于相应标准要求,具有较好的推广前景。


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