添加剂对以铝矾土为主要原料的支撑剂的烧结性能影响

摘要

在全世界范围的石油开采中，压裂工艺技术起着非常重要的作用。而石油压裂支撑剂是石油压裂工艺技术能否获得成功的关键。高质量的支撑剂可为原油的开采发挥重要的作用。石油压裂支撑剂，是使地层深处岩石裂隙保持裂开状态的支撑物。在使用过程中，把支撑剂混入压裂液中，利用高压手段注入深层岩石裂缝中支撑岩层，以提高导油率，增加原油产量。
　　 随着石油开采深度的增加，对石油压裂支撑剂的要求也越来越高。以往用于支撑剂的材料，如硅砂已经不能够满足要求。近年来，发现了一种以铝矾土为主要原料制成的压裂陶瓷支撑剂，在岩层深处的高压环境中，这种支撑剂的渗透性和抗压强度比硅砂所具有的要高很多。但是，国内对这种支撑剂的研究并不多，它们强度普遍较低，只能用于浅层油井开采。目前，改善这种支撑剂的性能，特别是耐压性能是迫在眉睫的。
　　 本文以二级铝矾土为主要原料，粘土、锰矿粉、碳酸钡、碳酸钙为辅助原料制备圆柱试样，考察了通过改变铝矾土中铝含量的变化来研究低档铝矾土对圆柱试样性能的影响，以及各种辅助原料的加入量对支撑剂性能的影响。结果表明，通过合理设计各种原料的配比，选择合适的烧成温度可以开发出性能较好的试样。最后通过实验设备糖衣机，选择合适的配方，制备陶粒支撑剂。主要结论如下：
　　 (1)不同地区的铝矾土的烧结性能不一样，因为不同地区的铝矾土化学组成差别很大，实验中使用两种铝矾土作为主要原料，2＃铝矾土的烧结性能较好，耐压强度较高，因为2＃铝矾土中的杂质成分如Fe2O3、TiO2、K2O、Na2O等含量较低：
　　 (2)引入添加剂是为了促进试样的烧结，提高试样的耐压强度，在本实验中，分别研究了锰矿粉、碳酸钙、碳酸钡三种添加剂对铝矾土烧结性能的影响，当引入5.0％锰矿粉和2.0%碳酸钙时，铝矾土的烧结性能较佳，耐压强度较大，碳酸钙可促进莫来石的发育长大，形成针状莫来石，针状莫来石所发挥的晶须增强韧化作用可显著提高试样的耐压强度；
　　 (3)铝矾土中铝含量对试样的烧结性能有重大的影响，铝含量越高越易烧结，试样的性能越好，而二级铝矾土的资源较一级铝矾土资源丰富，引入添加剂可促进试样烧结，可适当降低铝矾土中铝含量，降低生产成本，引入单一添加剂锰矿粉时，为保证试样的烧结性能，铝含量应当为75%左右，引入复合添加剂，其铝含量可适当降低至65%～70%；
　　 (4)烧成对支撑剂的性能影响很大，为了防止欠烧和过烧的现象发生，必须严格控制烧成温度。本研究的物料配比，其较佳烧成温度为1360℃，一方面可以保证试样的烧结性能及耐压强度，另一方面可保证支撑剂的成品率。