气藏型低密度陶粒支撑剂的制备与性能研究

在开采煤层气、页岩气等气藏资源过程中,陶粒支撑剂的产品性能尤为关键,合成密度小、强度高的支撑剂是实现气藏高产率的重要指标。本文在传统矾土系陶粒支撑剂的基础上,添加煤矸石(RCG)、羧甲基纤维素钠(CMC)和白云石(DOL)进行固相烧结,借助以上造孔剂多温区的热解作用以及高温液相快速填充机制改善支撑剂的基体孔隙分布特征,降低支撑剂的结构密度并提升基体强度。当掺入质量分数为15%RCG+1%CMC+1%DOL添加剂时,支撑剂表现出最佳的综合性能并满足气藏资源开采的参数要求。

平定紫砂泥料烧结制度研究分析

针对山西省平定县紫砂原料的节能、高效利用,本文运用现代测试分析技术,研究了紫砂原矿的成分特征,制备了紫砂泥料,探究了紫砂的烧结机制,通过控制烧成条件来探究平定紫砂泥料的结构特点,并进行了对紫砂泥料的性能进行测试分析,在保证性能优良的条件下,尽可能降低烧结温度,起到节约能源的作用,有利于促进当地企业经济的发展。实验结果表明:烧结温度1150℃、保温1h时制得紫砂试片的没有较大裂纹出现,并且气孔较小,综合性能最优。此时紫砂试片体积密度为2.28g/cm^(3),烧结后的线性收缩率为9.85%。

紫砂泥料粒径分布对紫砂制品性能的影响与评价

本文研究阳泉平定紫砂泥料的粒径分布对其性能的影响。采用激光粒度仪、X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)对紫砂泥料样品的粒度分布、物相组成、显微形貌进行分析表征,同时测试其收缩率、体积密度、显气孔率及吸水率等使用性能。结果表明:阳泉紫砂主要由云母、石英及高岭土组成,其中Fe_(2)O_(3)和Al_(2)O_(3)的含量较高。不同粒径分布对紫砂收缩率影响较大,且显微形貌表现各有不同。实验配方中粒径分布为40~60目占比30%、60~80目占比20%、80目以下占比50%时,其各项性能最佳。

用工业镁渣制备六铝酸钙/钙铝黄长石复相材料研究

为实现工业废渣的有效利用,以工业镁渣、氧化铝为主要原料,加入4%(w)的PVA塑化剂,采用高温无压烧结法分别在1300、1400、1500、1600℃保温3 h后,得到六铝酸钙/钙铝黄长石(CA6/C2AS)复相耐火材料,研究热处理温度对其物相组成、物理性能的影响。结果表明:经1500℃热处理3 h后的试样综合性能较优,其体积密度为1.59 g·cm^(-3),显气孔率为52.7%,抗折强度为30.8 MPa,荷重软化温度为1544℃,水化36 h后质量增加率不高于0.22%,800℃热震后抗折强度保持率为52.7%。试样具有较好的结构稳定性、抗水化性和抗热震性。

C_2AS-CAS_2复相耐火材料的制备及其性能研究

本文以镁渣、高岭土、工业氧化铝为原料,采用高温固相法制备C2AS-CAS2复相耐火材料,利用XRD、FE-SEM、EDS等测试技术对试样进行表征,并测试了试样的耐压强度、抗水化性能、抗热震性能。结果表明,试样主晶相为C2AS和CAS2,耐压强度为65.3 MPa,抗水化性能及抗热震性能良好。

镁渣为原料制备钙铝黄长石材料及其性能研究

随着镁冶炼工业的快速发展,镁渣的排放量急剧增加,对土地与环境都造成严重污染,因此迫切需要寻求一种可以大量处理镁渣的新途径。本文以镁渣为主要原料,高岭土及氧化铝为辅助材料,在1350℃高温无压烧结制备试样,对其物相形貌、物理性能及抗水化性能进行了研究。其结果表明:材料的主要物相为块状形貌的钙铝黄长石相,体密度为2.56 g/cm3,气孔率较低且多为闭气孔,具有较高的耐压强度和良好的抗水化性能。

烧结温度对煤层气井用陶粒支撑剂的影响研究

本文以阳泉铝矾土和煤矸石为原料,长石为烧结助剂,制备了适用于煤层气水力压裂开采的陶粒支撑剂。利用SEM和XRD,表征了不同温度下烧结的陶粒支撑剂的显微结构及物相组成;研究了烧结温度对陶粒支撑剂材料的抗破碎率、密度的影响。结果表明:样品结晶相为莫来石,刚玉和方石英,并随着温度升高,莫来石相含量逐渐增多,且结晶度也越来越好,在1450℃时,二次莫来石仍未转化完成;随着烧结温度的升高,样品密度与呈先上升后下降的趋势,破碎率呈现先降低后升高的趋势。1300℃烧结下的样品性能最好,体积密度为1.40 g/cm3,35 MPa下破碎率为7.06%。

温度对煤层气井用低密陶粒支撑剂性能的影响

以铝矾土和煤矸石为主要原料,加以钾长石为助烧结剂,在不同温度下烧结制备30/50目煤层气井用陶粒支撑剂。使用X射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)对陶粒支撑剂样品进行物相组成和微观形貌表征,同时研究了烧结温度对陶粒微观结构与力学性能的影响。结果表明:陶粒内部形成了大量闭气孔,导致陶粒随烧结温度的升高,其密度和抗压能力呈下降趋势。1260℃下烧结制备的陶粒支撑剂综合性能较好,其视密度为2.34 g/cm^(3),体积密度1.20 g/cm^(3),28 MPa闭合压力下的破碎率5.12%,即满足破碎率要求的同时保持低密,在该温度下烧结制备的陶粒支撑剂,棒状莫来石晶相发育良好,数量较多,形成连续的网状结构。

烧结温度对添加复合助剂制备莫来石-刚玉基陶粒支撑剂性能的影响

为了降低陶粒支撑剂的烧结温度,本文以低品位铝矾土和粘土为主要原料,通过添加复合助剂锰矿粉及白云石制备陶粒支撑剂,并研究烧结温度对陶粒支撑剂结构、性能的影响。在烧结过程中发现,引入一定量的锰矿粉和白云石后,在陶粒内部会形成适量液相,可以填充孔隙,包覆于莫来石和刚玉晶粒间促进晶体的生长发育,从而形成致密结构。当烧成温度为1310℃时,制备得到的支撑剂体积密度与视密度分别为1.65 g/cm3和2.99 g/cm3,52MPa闭合压力下破碎率为8.97%,符合石油天然气行业标准对低密、高强陶粒支撑剂的要求,说明复合助剂在降低烧结温度的前提下还能够提高支撑剂抗破碎能力。

基于煤层气井用陶粒支撑剂的制备

以煤矸石和铝矾土为主要原料,采用50∶50和60∶40质量配比,再添加2wt%长石添加剂,在不同温度烧结制备了煤层气井用的20/40目经济型陶粒支撑剂。通过X射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)对陶粒的物相组成和显微形貌进行表征。实验结果表明:所制备的陶粒的视密度均低于3.0 g/cm^3,体积密度低于1.5 g/cm^3,属于低密度范畴;当煤矸石与铝矾土配比为50∶50时,烧结温度在1400~1500℃制备的支撑剂,在35 MPa闭合压力下的破碎率均低于9%的行业标准(SY/T 5108-2014)。

氧化钙对陶粒支撑剂结构和破碎率的影响

以铝矾土和煤矸石为主要原料,添加不同含量的碳酸钙,在1350℃制备了低成本的陶粒支撑剂,通过X射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)对陶粒支撑剂的物相组成和微观形貌进行表征。结果表明,添加了碳酸钙的陶粒支撑剂形成新的物相钙长石,随着氧化钙含量的增加,莫来石的晶粒逐渐细化,细化的晶粒提高了陶粒的强度和抗破碎能力。添加量为5wt%碳酸钙的陶粒支撑剂在35MPa、52MPa闭合压力下的破碎率均最低,符合石油天然气行业标准SY/T5108-2014。

钙长石对刚玉-莫来石质陶粒支撑剂结构及性能的影响

以二级铝矾土为主要原料,通过添加不同含量的长石在1350℃烧结温度下制备了高强度的刚玉-莫来石质陶粒支撑剂。通过X射线衍射(XRD)和扫描电子显微分析(SEM)对陶粒的物相组成及显微形貌进行表征。结果表明,所制备陶粒支撑剂的物相成组为刚玉和莫来石,而且发现随着长石添加量的逐步增加,可以明显促进莫来石的形核过程,并抑制其进一步长大。当长石添加量为8wt%时,所制备的陶粒支撑剂体积密度为1.72 g/cm^3,在52MPa闭合压力下的破碎率为3.2%,酸溶度为5.0%,满足油气开采行业的要求。

煅烧煤矸石添加量对陶粒支撑剂力学性能的影响

可燃性气体的开发以及固体废弃物的再利用是响应国家低碳清洁发展、能源战略转型的重要举措。本文采用煅烧处理的煤矸石作为添加剂制备陶瓷颗粒支撑剂,通过调控支撑剂的原料配比,获得力学性能较好的材料,提升材料支撑岩层裂隙的结构强度,实现煤层气的高效开采。结果表明,煅烧煤矸石组分的适量添加可有效提高陶粒支撑剂抗破碎强度,其中42 MPa闭合压力下破碎率最低为3.66%,52 MPa闭合压力下破碎率最低为7.97%。通过观察界面腐蚀后的陶粒支撑剂微观形貌以及分析结构中的元素成分比例,发现材料中α-Fe_(2)O_(3)的均匀分布促进支撑剂中玻璃相的产生,提升了陶粒基体的结构致密性;同时α-Fe_(2)O_(3)晶粒在形核长大的过程中,由于间隙填补作用产生的微观应力对材料结构起到再次强化的效果,显著提升陶粒支撑剂的力学性能以及抗破碎能力。

保温时间对添加废陶粒砂制备支撑剂结构和性能的影响

为了缓解高品位铝矾土资源日益匮乏的现状,同时降低支撑剂的生产成本,本研究以二级铝矾土和固废陶粒砂为主要原料,通过添加锰矿粉和白云石作为烧结助剂,最终经1260℃烧结制备得到刚玉-莫来石基陶粒支撑剂。在烧结过程中,讨论了保温时间对支撑剂物相结构和性能的影响。结果表明:随着保温时间的延长,支撑剂物相开始析出针状莫来石,而且晶粒尺寸逐渐变大,随之转变为棒状莫来石并与颗粒状的刚玉相互交叉分布于支撑剂内部,从而形成致密的交联结构。当保温时间为2 h时,支撑剂的性能最佳:体积密度为1. 65 g/cm^3,52 MPa闭合压力下的破碎率达到8. 5%,符合石油天然气行业标准要求,说明固废陶粒砂可以被循环利用制备支撑剂。

粉煤灰基经济型陶粒支撑剂的制备与改性研究

采用固态烧结法制备了粉煤灰基经济型陶粒支撑剂。系统研究了烧结温度、成球温度与铝矾土添加量对陶粒的破碎率、体积密度、视密度的作用规律。采用XRD研究了陶粒的相结构,采用SEM研究了陶粒的显微结构。结果显示:陶粒中含有钙长石与莫来石两种结晶相。随着烧结温度由1200℃升高到1300℃,莫来石相逐渐增多、长径比逐渐增大,破碎率逐渐降低;而当烧结温度继续升高到1350℃时,莫来石相的长径比开始下降,破碎率开始升高。升高烧结温度、提高成球温度、添加铝矾土具有降低破碎率,提高体积密度与视密度的作用。添加铝矾土、在60℃成球、1300℃烧结的陶粒获得了最佳的性能,其体积密度为1.37 g/cm3,视密度为2.82 g/cm3,52 MPa下破碎率仅为4.2%。

烧结温度对添加固废陶粒制备支撑剂性能影响

以铝矾土(Al_2O_3<60wt%)为主要原料,锰矿粉及白云石为烧结助剂,添加一定量固废陶粒砂,在不同温度下烧结制备压裂支撑剂,研究烧结温度对支撑剂结构及性能的影响。结果表明:添加一定量固废陶粒砂经低温烧结(1 260℃)制备的支撑剂,其主晶相为刚玉,次晶相为莫来石和钙长石;支撑剂的体积密度为1.65 g/cm^3,52 MPa闭合压力下破碎率为8.5%,满足行业标准SY/T5108-2014要求,说明添加一定量的固废陶粒砂没有降低支撑剂的使用性能。

陶粒支撑剂的晶体生长和性能的研究

以煤矸石和铝矾土为主要原料,添加10 wt%长石作为烧结助剂,采用无压固相烧结工艺,在不同的温度下烧结制备了20/40目经济型陶粒支撑剂。通过X射线衍射仪(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)分析了陶粒支撑剂的物相组成和显微形貌,并研究了烧结温度对微观结构和性能的影响。实验结果表明,液相不仅加速了扩散速率,而且促进了莫来石晶粒的生成、发育长大。致密的结构和棒状莫来石都对强度很好的提升。当烧结温度为1 250℃、1 280℃时,在35 MPa闭合压力下的破碎率均低于9%的行业标准(SY/T 5108-2014)。

利用焦宝石和钾长石制备低密高强陶粒支撑剂的研究

以焦宝石和钾长石为原料,在1380~1480℃下烧结制备了低密高强陶粒支撑剂,研究了烧结温度对支撑剂性能的影响。结果表明:1420℃烧结制备的20/40陶粒支撑剂性能最佳,其体积密度为1.56 g/cm^3,视密度为2.72g/cm^3,在52 MPa闭合压力下的破碎率为6.32%。在烧结过程中,钾长石软化分解生成的长石玻璃相降低了支撑剂的烧结温度,同时玻璃相的生成有利于Al_2O_3和SiO_2的相互扩散,促进了莫来石相的形成与生长。另外,长石玻璃相填充于坯体的莫来石相之间,使得支撑剂较致密,从而提高了支撑剂的力学性能和化学稳定性。

紫砂土制备压裂支撑剂的研究

本文首次以阳泉紫砂土和Ⅱ级铝矾土为原料,在不同烧成温度下制备了莫来石-石英质石油压裂支撑剂。利用XRD、SEM等方法,对制品的显微结构和物化性能进行了分析和探讨。结果表明:随着烧成温度的提高,紫砂土和铝矾土制备的支撑剂的破碎率逐渐降低,显微结构趋于致密,1280℃左右性能较佳,20/40目试样的体积密度为1.45 g/cm^3,视密度为2.92 g/cm^3,35 MPa闭合压力下的破碎率仅为8.05%,试样满足行业标准SY/T5108-2014的要求。

H3BO3添加对MgAl2O4-CaAl4O7-CaAl12O19复合陶瓷的相演变和力学性能的影响

用固相烧结工艺在1300~1600℃温度下制备了MgAl2O4-CaAl4O7-CaAl12O19(MA-CA2-CA6)耐高温复合陶瓷,研究了H3BO3添加对该陶瓷的主相含量、显微结构和力学性能的影响。结果表明,H3BO3在MA-CA2-CA6复合材料中产生少量的富硼液相,加速了基体中物质互相扩散和转移,促使CA2相通过溶解沉淀机制生成了片状的CA6和硼酸钙液相,并使CA6晶粒由长板片状向短片等轴状演变,提高了材料的力学性能,有效促进了MA-CA2-CA6复合材料显微结构致密化。经1600℃下烧结的样品,当添加H3BO3含量为5wt%时,样品中CA2相含量由58.63%降为7%,而CA6相含量由31.22%增为75.2%,同时样品的显气孔率减少至9.7%,其体积密度增大到3.18 g/cm^3,此时MA-CA2-CA6耐高温复合陶瓷显微结构致密,力学性能最佳。