压裂裂缝中磁性支撑剂分布规律监测实验模拟研究

摘要

微地震法是目前矿场使用最常见的裂缝监测方法之一。针对微地震法不能提供支撑剂分布及有效裂缝形状信息等不足，基于磁性支撑剂的裂缝监测方法从原理上可以弥补这些缺点，有着较好应用潜力。因此，制备出一种磁化率高、性能稳定、制备方法简易、可应用于裂缝监测的磁性支撑剂，对磁学性质及其他综合性能进行研究；同时利用物理实验模拟方法，对磁性支撑剂裂缝监测效果进行研究和分析，为磁性支撑剂在裂缝监测中应用可行性提供理论基础。 采用化学共沉淀法制备纳米Fe3O4颗粒，以颗粒粒径和饱和磁化强度为指标，采用正交实验方法优选出制备纳米Fe3O4颗粒的反应条件：铁盐浓度比为1.5∶2，反应温度为50℃，反应时间为1h。应用X-射线衍射以及扫描电镜分析可知Fe3O4颗粒成分纯度高，粒径较小且分布较窄，大约25nm；磁滞回线测试表明纳米Fe3O4颗粒具有超顺磁性，饱和磁化强度在56emu/g左右。在此基础上，采用交替组装法制备磁性支撑剂，并优选出反应条件：纳米Fe3O4颗粒质量浓度为5wt.%，聚二甲基二烯丙基氯化铵质量浓度为3wt.%，pH值为10，反应温度为60℃，交替组装次数为3次。 对制备的磁性支撑剂性能测试表明：磁性支撑剂破碎率比常规陶粒支撑剂有所下降；磁性支撑剂视密度和体积密度都小幅度增加；磁性支撑剂具有超顺磁性。在此基础上设计了用于磁性支撑剂分布规律监测的模拟研究的实验装置。模拟结果表明：测量磁异信号时，磁力仪测量角沿地磁场方向测量效果最好；磁异常剖面分布呈现五种明显不同特征，根据不同剖面出现位置得出了磁性支撑剂分布方位和延伸情况；磁异常梯度分布呈现出越靠近磁性支撑剂梯度值越大的规律，根据磁异常梯度剖面曲线变化情况，得出了磁性支撑剂分布方位；随磁性支撑剂埋深增加，磁异信号减小，磁异常剖面曲线形状从窄而尖锐，变得宽而平缓；根据磁异常等值线图得出了分布形状不同磁性支撑剂走向，形状等。

目录

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第一章 前 言

1.1 研究目的和意义

1.2 裂缝监测技术国内外研究现状

1.2.1微地震裂缝监测方法研究现状

1.2.2 电磁法裂缝监测方法研究现状

1.3 磁性复合物制备研究现状

1.3.1 纳米磁流体制备研究现状

1.3.2 磁性微球制备研究现状

1.4 主要研究内容与技术路线

1.4.1 主要研究内容

1.4.2 技术路线

第二章 纳米Fe3O4颗粒制备与性能表征

2.1 纳米Fe3O4颗粒制备方法

2.1.1 主要实验试剂与实验仪器

2.1.2 纳米Fe3O4颗粒制备方法

2.2 纳米Fe3O4颗粒制备参数优选

2.2.1 沉降剂加量优选

2.2.2 正交实验设计

2.2.3 结果与讨论

2.3 纳米Fe3O4颗粒的表征

2.3.1 X-射线衍射分析

2.3.2 扫描电镜分析

2.3.3 振动样品磁强计分析

2.3.4 结果与讨论

2.4 本章小结

第三章 磁性支撑剂制备与性能评价

3.1 磁性支撑剂制备

3.1.1 主要实验试剂与实验仪器

3.1.2 实验方法

3.2 磁性支撑剂制备参数优选

3.2.1 纳米Fe3O4颗粒质量浓度优选

3.2.2 PDADMAC质量浓度优选

3.2.3 pH值优选

3.2.4 反应温度优选

3.2.6 结果与讨论

3.3 磁性支撑剂综合性能评价

3.3.1 密度测量

3.3.2 破碎率测量

3.3.3 磁性能测定

3.3.4 结果与讨论

3.4 本章小结

第四章 磁性支撑剂分布规律监测实验模拟研究

4.1 实验装置设计

4.1.1 磁探测传感器

4.1.2 通电螺线管

4.2 磁性支撑剂分布规律实验模拟研究

4.2.1 测量角分析

4.2.2 磁异信号分布特征分析

4.2.3 磁性支撑剂分布方位分析

4.2.4 磁性支撑剂埋深分析

4.2.5 磁异常等值线分析

4.3 本章小结

结论

参考文献

致谢