下载文档原格式
低密度陶粒支撑剂
低密度陶粒支撑剂是一种由低密度陶粒制成的材料，用于增加化工催化剂床的堆积密度。
低密度陶粒支撑剂通常由氧化铝和硅酸盐等材料制备而成，其主要特点是具有轻质、高孔隙率和低压降的特性。
低密度陶粒支撑剂可以用于石油化工、环保和化学工业等领域的设备中，用于催化剂床的填充。
它可以增加反应器中催化剂的接触面积，提高反应效率，减少催化剂的用量。
同时，由于其轻质的特性，还可以减轻设备的重量，降低设备的成本和能耗。
低密度陶粒支撑剂还具有较好的抗压性能和耐高温性能，可以承受高温高压下的工作条件。
此外，它还具有化学稳定性和良好的抗腐蚀性能，能够在酸碱等恶劣环境中保持稳定。
综上所述，低密度陶粒支撑剂是一种应用广泛的催化剂床填料，可用于各种化工反应器和装置中，能够提高反应效率、减少能耗，并具有良好的物化性能和稳定性。
表１实验配方的原料配比Ｔａｂ．１Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｒｅｃｉｐｅｓ配方铝矾土球粘土锰矿１＃９７．０３．００２＃９４．０３．０３．０３＃９２．０３．０５．０４＃８９．０３．０８．０《陶瓷学报》ＪＯＵＲＮＡＬＯＦＣＥＲＡＭＩＣＳ第２９卷第２期２００８年６月Ｖｏｌ．２９，Ｎｏ．２Ｊｕｎ．２００８文章编号：１０００－２２７８（２００８）０２－００９１－０５高强度低密度陶粒支撑剂的制备及性能研究马雪１姚晓１，２（１．南京工业大学材料科学与工程学院，南京：２１０００９）（２．南京工业大学材料化学工程国家重点实验室，南京：２１０００９）摘要高强度低密度陶粒支撑剂的研制，不仅能够满足深井压裂的要求，而且有助于提高产层的导流能力。
通过在基本配方中添加少量锰矿，制备了高强度低密度压裂支撑剂。
结果表明：在同一煅烧温度下，锰矿掺量的增加，可有效降低支撑剂的显气孔率，从而减少了试样表面产生的裂纹源，有效提高抗破碎能力；当锰矿掺量为５ｗｔ％，煅烧温度超过１２５０℃时，锰离子加快了体积扩散，促进晶粒生长，形成大量闭气孔，视密度开始呈现下降趋势；锰矿的掺入使微观形貌发生变化，产生大量的棒状莫来石，起到增强增韧的作用。
关键词支撑剂，高强度，低密度，莫来石中图分类号：ＴＱ１７４．７５＋８．２文献标识码：Ａ１前言压裂工艺技术在石油、天然气的开发中发挥重要的作用，而压裂的成败及有效期的长短取决于压裂支撑剂的技术性能。
支撑剂是在形成裂缝后，由携砂液输送、携带充填至裂缝中的具有一定强度与圆球度的固体颗粒。
随着深井压裂技术的发展，对支撑剂的抗破碎能力提出了更高的要求。
美国在支撑剂的开发生产中一直处于领先地位，其开发的Ｃａｒｂｏ－ｐｒｏｐ系列的支撑剂（视密度为３．２２ｇ／ｃｍ３）性能优异，０．４￣０．８ｍｍ粒径范围的支撑剂在６９ＭＰａ闭合压力下的破碎率仅为４．７％［１］。
目前，国内大量的研究也集中在提高支撑剂的强度，虽然取得一定的成效，但却忽视了视密度的大小（一般大于３．３ｇ／ｃｍ３），使支撑剂在应用中容易产生较短的支撑带，堆积在裂缝的端口处，对导流极其不利［２－４］。
低密度高强度铝矾土基陶粒支撑剂的研究目前，包含页岩气等在内的非常规油气藏的开采受到越来越多的人的关注，由于此类油田渗透率较低，储层致密，成功开采此类油田就必须要用到低密度高强度的支撑剂。
因此，为研制出密度较低的支撑剂，本文将从原料入手，通过加入钾长石调节原料中的铝含量，最终达到将低密度的目的。
为保证低密的同时具有较高的强度，选择白云石为添加剂。
1 钾长石对支撑剂样品的影响以轻烧铝矾土、铝矾土、钾长石质量比为1:3:1 配制混合料，在强力混合机中加水造粒，筛选出18-30目的陶粒生坯以5℃/min 的升温速率分别升温到1300、1320、1340、1360℃并保温 2h，冷却后得到陶粒支撑剂样品，筛选出 20-40 目的陶粒支撑剂样品，并对支撑剂样品进行性能测试和物相分析。
1.1 钾长石对支撑剂样品物相的影响图1-1为不添加钾长石和添加钾长石在1360℃下烧成样品的XRD 图。
从图中可以看出，未添加钾长石样品与添加钾长石的样品的晶相都为刚玉和莫来石。
与未添加钾长石样品相比，添加钾长石的样品莫来石衍射峰增强（如 12°、22°、31°、33°等处），刚玉衍射峰减弱（如21°），刚玉相的降低使样品体积密度降低，破碎率也随着降低。
添加钾长石后莫来石衍射峰的增强原因是：（1）钾长石的加入降低了原料中的铝含量，使铝硅比更接近莫来石形成的铝硅质量比 2.55；（2）钾长石的熔点低（1150±20℃），在烧结过程中增加了基体中的液相含量，降低了莫来石的形成温度。
两个方面的原因使基体中莫来石含量增加。
1.2 钾长石对支撑剂样品性能的影响不同烧结温度下支撑剂样品体积密度，视密度和破碎率的测试结果见表1-1,从表中可以看出，钾长石的加入显著降低了体积密度和视密度。
这是因为钾长石的加入降低了原料中铝含量，铝含量的降低使基体生成刚玉相含量降低，最终使体积密度的降低；又因为钾长石的熔点低，在烧成温度范围内能形成较多的液相，一部分液相封堵气孔形成闭气孔，从而使得视密度降低。
高强度低密度树脂覆膜陶粒研究张伟民;李宗田;李庆松;陈文将;蒙传幼;崔彦立【期刊名称】《油田化学》【年(卷),期】2013(0)2【摘要】本文报道了一种低密度高强度树脂覆膜陶粒支撑剂的制备方法,讨论了酚醛树脂含量和偶联剂含量等及对覆膜低密度陶粒圆球度、密度、酸溶解度、破碎率及导流能力的影响,并采用覆膜低密度陶粒进行了现场试验。
结果表明:树脂覆膜低密度陶粒比覆膜石英砂的视密度和体积密度分别降低8.1%和11.2%,69 MPa下二者的破碎率分别为1.7%和8.1%,树脂覆膜低密度陶粒的圆球度更好,短期导流能力能提高一倍以上。
依据实验结果提出了树脂覆膜支撑剂对油导流能力高于对水导流能力的机理。
采用树脂覆膜低密度陶粒在温米油田进行现场试验5井次,平均单井增油13.5们,含水下降7.9%。
【总页数】5页(P189-192)【关键词】低密度陶粒;树脂覆膜;破碎率;导流能力;控水【作者】张伟民;李宗田;李庆松;陈文将;蒙传幼;崔彦立【作者单位】北京奇想达科技有限公司;中国石化石油勘探开发研究院;大庆油田公司采油工程研究院;中国石油勘探开发研究院廊坊分院;中国石油吐哈油田分公司公司开发部【正文语种】中文【中图分类】TE357.12【相关文献】1.铸造用高强度改性酚醛树脂覆膜砂的研制 [J], 王敏2.高强度低发气量覆膜砂用酚醛树脂的研制 [J], 江洵来3.高强度低密度陶粒支撑剂的制备及性能研究 [J], 马雪;姚晓4.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 [J], 马雪;姚晓;陈悦5.低密度高强度覆膜陶粒支撑剂的制备与性能研究 [J], 邓浩;公衍生;罗文君;严春杰因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
44│中国陶瓷│CHINA CERAMICS │2013(49)第 3 期44│中国陶瓷│CHINA CERAMICS │2013(49)第 3 期【摘 要】以铝矾土为原料，白云石为辅料，添加一定量的复合添加剂，经粉磨、成球和烧成，制备了性能优良的高强度低密度陶粒支撑剂，讨论了复合添加剂掺量及烧成温度对陶粒支撑剂材料性能的影响。
结果表明，当白云石掺量为2%，复合添加剂的掺量为6%，烧成温度在1330℃时，制备出的陶粒支撑剂的视密度为2.61g/cm -3，体积密度为1.55g/cm -3，52MPa 闭合压力下的破碎率为6.70%。
【关键词】陶粒支撑剂，高强度，低密度中图分类号：TB383 文献标示码：A0 引 言压裂支撑剂是石油、天然气开采压裂操作过程用来支撑岩缝的具有一定强度的固体颗粒。
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[1～4]。
目前，除石英砂外，最常用的支撑剂是用铝矾土制造的陶粒，随着压裂技术的不断发展，石油行业对支撑剂的需求越来越大，对性能的要求也越来越高。
目前，深层低渗透油井压裂对高密度超高强度石油压裂陶粒支撑剂有着较大需求，而高强度低密度支撑剂的应用也是提高深油井石油产量的重要措施。
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。
高强度低密度陶粒支撑剂的研制，不仅能够满足深井压裂的要求，而且有助于提高产层的导流能力并增产增效[5～9]。
以贵州高铁铝矾土为原料，白云石为辅料，配以特殊的复合添加剂，讨论了复合添加剂及烧成温度对陶粒支撑剂性能的影响。
通过实验室试验及工业性试生产，制备出高强度低密度陶粒支撑剂的综合性能已达到中国石油化工集团公司企业标准Q/SH0051-2007的要求。
1 实验部分1.1 原 料所采用的铝矾土、白云石均来自某厂，其化学组成高强度低密度陶粒支撑剂的研究郭子娴，陈前林，喻芳芳（贵州大学， 贵阳 550003）如表1、表2所示。
添加剂为实验室自配复合添加剂。
1.2 实验方法将铝矾土（小于400目）、白云石（小于400目）及复合添加剂（小于400目）按照表3配料方案配比，放入混料机中机械混料均匀，将混合均匀的粉料润湿并陈腐2～3小时，再将陈腐的粉料放入粉碎机中粉碎成粉状，置于糖衣机中成球，间歇喷入水雾和加入干粉，待球形颗粒直径达到20～40目时，取出干燥，使含水量低于3%。
将干燥后的样品放入硅钼棒高温炉中分别在1310℃、1320℃、1330℃、1340℃下烧成，保温2个小时，随炉自然冷却后取出，取出后的试样，根据中国石油化工集团公司企业标准Q/SH0051-2007方法测定和计算烧成样品的体积密度、视密度及抗破碎能力。
用日本电子 JSM-6490LV 扫描电镜观察试样的微观结构，用英国牛津 INCA-350 X 射线能谱进行元素分析。
XRD 分析仪器为帕纳科公司制造的X’Pert PRO 型X 射线衍射仪，衍射条件：Cu 靶，管电流40mA，管电压20 KV。
2 结果与讨论2.1 烧成温度、复合添加剂掺入量对破碎率的影响不同烧成温度和配比的陶粒支撑剂的破碎率如图1所示。
图a、图b 的白云石掺量分别为2%和2.5%。
由图a 可知，随着烧成温度的升高，1#、2#试样的破碎率逐渐降低，3#、4#和5#试样的破碎率呈先下降后上升，其主要原因是当烧成温度为1310℃时，试样均为欠烧状态，内部结构烧成不充分，形成过少的液相，导致破碎率较高；随着温度继续上升，促进试样内部烧结，使致密化程度提高，破碎率呈下降趋势，但当烧成温度继续升高，液相逐渐增多，样品存在过烧现象，破碎率反而上升；当烧成温度为1330℃时，3#试样的破碎率最低。
当烧成温度在1310℃、1320℃、1340℃时，随着复合添加剂掺量增加，破碎率逐渐增大，这是由于掺入量过多，使表面形成更多的开孔，导致破碎率增大；当温度在1330℃时，复合添加剂的掺入量为6%时，此时的破碎率最小。
由图b 可知，随着烧成温度的上升，各试样的破碎率呈逐渐降低趋势，但破碎率均大于10%，则不采用白云石掺量为2.5%的配方。
当白云石掺量为2%时，对比添加剂掺入量为6%的3#试样和9%的4#试样，3#试样在1330℃烧成后，试样横断面如图2所示。
由图2可知，气孔分布均匀，密收稿日期：2013-1-5基金项目：贵阳市科技局攻关项目（筑科合同[2011101]48号)通讯作者：陈前林，男，教授，博士生导师。
E-mail:cql1018@2013年 第 3 期中 国 陶 瓷中国陶瓷│CHINA CERAMICS│2013(49)第 3 期│45表1 铝矾土化学组成%Table1 The main chemical compositions of the bauxitic clay表2 白云石化学组成%Table2 The main chemical compositions of the dolomite表3 配料方案(%)Table3 The plan of the formula(%)（b)图1 烧成温度与52MPa闭合压力下的破碎率的关系Figure 1 The relationship of firing temperature with brokenrate at the closure pressure of 52MPa实性好，这是由于形成较多的气孔，进而降低了视密度。
当4#试样在1330℃烧成后，试样横断面如图3所示。
由图3可知，气孔分布不均匀，孔径偏大，结构疏松，这是由于复合添加剂的掺量过多，体积扩散过快，降低了结构的密实性。
分析3#试样破碎率低的原因，由3#试样在1330℃烧成后的XRD图谱如图4所示。
由图4可知，试样中存在刚玉、莫来石和少量的石英，由于莫来石的存在，从而降低了试样的破碎率。
3#试样在1330℃烧成后气孔内壁及气孔周围的能谱如图5、图6所示，气孔内壁能谱与气孔周围能谱比较，气孔内壁的Si含量高于气孔周围的Si含量，其主要原因是气孔内壁存在较多莫来石相，提高试样强度；而气孔周围则以板状的刚玉相为主，两者相结合则更加增强了气孔周边的强度，从而降低破碎率。
图2 3#试样在1330℃烧成后的扫描电镜图像Figure 2 SEM image ofsample 3 at 1330℃图3 4#试样在1330℃烧成后的扫描电镜图像Figure 3 SEM image ofsample 4 at 1330℃图4 3#样在1330℃烧成后的XRD图Figure 4 XRD image of sample 3 at 1330℃（a)中 国 陶 瓷2013年 第 3 期46│中国陶瓷│CHINA CERAMICS│2013(49)第 3 期2.2 烧成温度、复合添加剂掺入量对体积密度和视密度的影响不同烧成温度和配比的陶粒支撑剂的体积密度和视密度如图7、图8所示。
由图7可知，随着烧成温度的升高，图5 3#试样在1330℃烧成后试样气孔内壁的能谱Fig.5 Spectroscopy inside the stoma of sample 3 at 1330℃图6 3#试样在1330℃烧成后试样气孔周围的能谱Fig.6 Spectroscopy around the stomaof sample 3 at 1330℃各试样的体积密度呈上升趋势，其主要原因是试样烧成收缩率随烧成温度的升高而增大，使自然堆积生成的空隙减小而导致。
随着复合添加剂掺入量增加，试样体积膨胀，体积密度均减小。
由图8可见，视密度随烧成温度的升高呈上升趋势，其主要原因是试样从欠烧状态的反应不完全到逐渐反应完全，气孔率随之增加，温度继续升高，液相逐渐增加，气孔率降低，使视密度不断上升。
随着复合添加剂的掺入量增加，形成大量气孔，使视密度逐渐减小。
3 结 论以贵州高铁铝矾土为原料，当白云石掺量为2%，复合添加剂的掺量为6%，烧成温度为1330℃时，制备出视密度为2.61g/cm-3，体积密度为1.55g/cm-3，52MPa闭合压力下的破碎率为6.70%的陶粒支撑剂；从XRD晶相和SEM分析可知，该试样的气孔大小及分布均匀、晶相中存在莫来石相以及在气孔内壁的莫来石相与气孔周围的刚玉相相结合，从而降低了视密度和破碎率。
图7 烧成温度与体积密度关系Fig.7 The relationship of firing temperaturewith volume density图8 烧成温度与视密度的关系Figure 8 The relationship of firing temperature with apparentdensity2013年 第 3 期中 国 陶 瓷中国陶瓷│CHINA CERAMICS │2013(49)第 3 期│47参 考 文 献[1]赵艳荣,吴伯麟,吴婷婷.高铝陶粒支撑剂的研制[J].中国陶瓷,2010,46(2):46-50[2]柏雪,王玺堂.添加锰矿粉和碳酸钙对铝硅质陶粒支撑剂材料性能的影响[J].耐火材料,2012,46(2): 99-101,106[3]压裂支撑剂的性能指标及测试推荐方法.GB,SY/T5108-2006[4]陈烨,卢家暄.一种新型石油压裂支撑剂的研制[J].贵州工业大学学报（自然科学版）,2003,32(4):24-26RESEARCH ON HIGH-STRENGTH LIGHT-WEIGHT CERAMIC PROPPANTGuo Zixian, Chen Qianlin，Yu Fangfang (Guizhou University, Guiyang 550003)【Abstract】The excellent performance of high-strength light-weight ceramic proppant is prepared using bauxite as the raw material and dolomite as the auxiliary material,by grinding,balling and firing with adding an amount of composite additive.The influences of the mixing amount of composite additive and firing temperature on the properties of the ceramic proppant are discussed.The results show that ceramic proppant is prepared with apparent density of 2.61g/cm -3,volume density of 1.55g/cm -3 and broken rate at the closure pressure of 52MPa of 6.70% when the firing temperature is 1330℃ and the mixing amount of dolomite and composite additive are 2.5% and 6% respectively.【Keywords】ceramisite proppant，high-strength，light-weight[5]温庆志,王强.影响支撑剂长期导流能力的因素分析与探讨[J].内蒙古石油化工,2003,(29):101-104[6]赵杰,胡晓力,尹虹.我国高铝矾土资源及在硅酸盐工业中的应用[J].陶瓷,2002,180(6):43-45[7]王晋槐,赵友谊,龚红宇,张玉军.石油压裂陶粒支撑剂研究进展[J].硅酸盐通报,2010,29(3):633-636[8]马雪,姚晓,陈悦.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[J].中国陶瓷工业,2008,15(1):1-5[9]马雪,姚晓.高强度低密度陶粒支撑剂的制备及性能研究[J].陶瓷学报,2008,29(2):91-95EXPERIMENTAL STUDIES ON THE SYNTHESIS OF NAP MOLECULAR SIEVES AND SOFTENING HARD WATERKong Deshun, Ji Yonghua, Qin Bingke, Fan Jiaxin, Wu Hong(Department of chemistry and chemical engineering, Liupanshui Normal University, Liupanshui 553004)【Abstract】The coal series kaolin was taken as the main raw material to synthesize NaP molecular sieves according to the amount of substance ratio of 4.2Na 2O·Al 2O 3·3SiO 2·189H 2O, then the synthesized products were taken as the water softener to soften simulation hard water and tap water, The results showed that: the 50mL Ca 2+ solution initial concentration was 400.15mg/L and the 50mL Mg 2+ solution initial concentration was 105.14mg/L, in the conditions of room temperature, pH=7 conditions and the mass of the molecular sieves was 0.9g, the reaction time was 10min, the Ca 2+ and the Mg 2+ removal ratios were both more than 97%. In the tap water experiment at the same conditions, the Ca 2+ was decreased to 95.43%, Mg 2+ was decreased to 93.27%.【Keywords】coal series kaolin, NaP molecular sieves, softening, hard water********************************************************************************************************(上接第26页·Continued from page 26)。
