铝酸钙水泥添加量对压裂支撑剂的影响

doi:10.3969/j.issn.1001-1935.2021.02.005

耐火材料 ›› 2021, Vol. 55 ›› Issue (2): 111-115.DOI: 10.3969/j.issn.1001-1935.2021.02.005

铝酸钙水泥添加量对压裂支撑剂的影响

张梦真¹⁾(), 陆昕昱²⁾, 尹蕊¹⁾, 张国强³⁾, 郭利朋³⁾

1)河南建筑材料研究设计院有限责任公司河南郑州 450002
2)中国中化集团有限公司创新与战略发展部北京 100031
3)洛阳赛罗帕陶瓷科技有限公司河南洛阳 471133

收稿日期:2020-10-12 出版日期:2021-04-15 发布日期:2021-04-15
作者简介:张梦真:女,1990年生,工程师。E-mail:1179739123@qq.com
基金资助:
河南省科研开发专项(豫科院2019101)

Effects of calcium aluminate cement addition on fracturing proppant

Zhang Mengzhen¹⁾(), Lu Xinyu²⁾, Yin Rui¹⁾, Zhang Guoqiang³⁾, Guo Lipeng³⁾

1)Henan Building Materials Research and Design Institute Co.,Ltd.,Zhengzhou 450002,Henan,China

Received:2020-10-12 Online:2021-04-15 Published:2021-04-15

摘要/Abstract

摘要：

以二级铝矾土细粉为主要原料,陶粒支撑剂废品细粉为辅助原料,同时添加0~4%(w)的铝酸钙水泥(CA50),经制粒成球、干燥、烧成等制成压裂支撑剂试样。考察了CA50加入量对支撑剂试样体积密度、破碎率、酸溶解度等性能的影响,并进行了XRD、SEM、EDS分析。结果表明:1)烧成试样中未检测到莫来石,主要由刚玉、铁铝钛酸盐固溶体(FeAlTiO₅)、钙长石和玻璃相组成;且随着CA50加入量的增加,刚玉相和FeAlTiO₅逐渐减少,钙长石相和玻璃相逐渐增多。2)随着CA50加入量的增加,烧成试样的体积密度和抗破碎能力呈先增大后减小的变化趋势,添加3%(w)的CA50时最大。3)随着CA50加入量的增加,烧成试样的酸溶解度逐渐增大,表明其抵抗酸溶液侵蚀的能力持续下降。

关键词: 铝酸钙水泥, 压裂支撑剂, 体积密度, 视密度, 酸溶解度, 物相组成

Abstract:

Fracturing proppant was prepared using second grade bauxite powder as the main starting material,ceramic proppant waste powder as the auxiliary raw material,adding 1 mass%-4 mass% of calcium aluminate cement (CA50) as additive,granulating into balls,drying,and firing.The influences of the CA50 addition on properties of the proppant samples such as the bulk density,the breakage ratio and the acid solubility were determined;meanwhile,XRD,and SEM and EDS analyses were conducted.The results show that (1)no mullite is detected,the samples mainly contain corundum,iron-aluminium titanate (FeAlTiO₅),anorthite,and glass;as the CA50 addition increases,corundum and FeAlTiO₅ decrease,anorthite and glass increase;(2)with the increasing CA50 addition,the bulk density and the crushing resistance of the sintered samples first increase and then decrease,and the maximum value appears with 3 mass% CA50;3)with the increasing CA50 addition,the acid solubility of the sintered samples increases gradually,indicating that the resistance to acid solution erosion keeps declining.

Key words: calcium aluminate cement, fracturing proppant, bulk density, apparent density, acid solubility, phase composition

中图分类号:

TQ174.75+9

张梦真, 陆昕昱, 尹蕊, 张国强, 郭利朋. 铝酸钙水泥添加量对压裂支撑剂的影响[J]. 耐火材料, 2021, 55(2): 111-115.

Zhang Mengzhen, Lu Xinyu, Yin Rui, Zhang Guoqiang, Guo Lipeng. Effects of calcium aluminate cement addition on fracturing proppant[J]. Refractories, 2021, 55(2): 111-115.

图/表 10

表1 试验原料的化学组成

Table 1 Chemical composition of starting materials

原料	w/%
原料	SiO₂	Al₂O₃	TiO₂	Fe₂O₃	CaO	MgO	K₂O	Na₂O	灼减
二级铝矾土	7.40	68.82	3.55	3.21	0.62	0.35	0.92	0.05	14.65
陶粒废品料	15.85	65.17	2.91	5.60	0.70	0.36	1.85	0.08	5.57
铝酸钙水泥	4.68	51.75	2.67	2.23	36.76	0.43	0.56		0.35

表2 试样配比

Table 2 Formulations of samples

原料	w/%
原料	S0	S1	S2	S3	S4
二级铝矾土	79	78	77	76	75
陶粒废品料	21	21	21	21	21
铝酸钙水泥(CA50)	0	1	2	3	4

图1 部分试样的XRD图谱

Fig.1 XRD patterns of some samples

表3 试样的物相组成

Table 3 Phase composition of samples

试样编号	w/%
试样编号	α-Al₂O₃	FeAlTiO₅	CAS₂	非晶相
S0	80~87	10~15	-	3~5
S2	65~75	7~13	10~15	5~8
S3	55~70	5~10	20~30	5~10
S4	45~55	5~8	30~35	10~15

图2 试样S0断口的SEM照片及A点的能谱分析

Fig.2 SEM image of cross section and EDS spectrum of spot A in sample S0

图3 试样S4断口的SEM照片及B点的能谱分析

Fig.3 SEM image of cross section and EDS spectrum of spot B in sample S4

图4 试样的体积密度随CA50加入量的变化

Fig.4 Bulk density of samples as a function of CA50 addition

图5 试样S0和S3断口的SEM照片

Fig.5 SEM images of sample S0 and S3

图6 试样破碎率随CA50加入量的变化

Fig.6 Breakage ratio of samples as a function of CA50 addition

图7 试样的酸溶解度随CA50加入量的变化

Fig.7 Acid solubility of samples as a function of CA50 addition

参考文献 20

[1]	YANG Z Z, HE R, LI X G, et al. Application of multi-vertical well synchronous hydraulic fracturing technology for deep coalbed methane (DCBM) production[J]. Chemistry and Technology of Fuels and Oils, 2019, 55(3):299-309. DOI URL
[2]	DAVIES R J, MATHIAS S A, MOSS J, et al. Hydraulic fractures:how far can they go?[J]. Marine and Petroleum Geology, 2012, 37(1):1-6. DOI URL
[3]	刘芮. 水力压裂技术在低渗油田中的应用[J]. 石化技术, 2017, 24(7):131.
[4]	王晋槐, 赵友谊, 龚红宇, 等. 石油压裂陶粒支撑剂研究进展[J]. 硅酸盐通报, 2010, 29(3) :633-636.
[5]	吴尧鹏, 刘军, 康利涛, 等. 不同矿物添加剂对石油压裂支撑剂性能的影响[J]. 太原理工大学学报, 2013, 44(6):689-692.
[6]	高峰, 吴尧鹏, 刘军, 等. 铬铁矿掺杂对压裂支撑剂结构与性能的影响[J]. 无机材料学报, 2013, 28(9):1019-1024.
[7]	郭子娴, 陈前林, 喻芳芳. 高强度低密度陶粒支撑剂的研究[J]. 中国陶瓷, 2013, 49(3):44-47.
[8]	刘挺, 王菊侠, 曹义平, 等. 添加铁粉制备低密度中强度陶粒支撑剂及性能研究[J]. 陶瓷, 2017(1):30-34.
[9]	井强山, 刘冰, 骆向阳. 添加金属氧化物及氟化钙对压裂支撑剂性能的影响[J]. 硅酸盐通报, 2017, 36(6):1902-1906.
[10]	赵世柯, 黄勇, 黄校先, 等. 含Al₂O₃/ SiO₂体系反应烧结过程中莫来石的形成[J]. 陶瓷学报, 2002, 23(3):149-155.
[11]	李楠, 顾华志, 赵惠忠. 耐火材料学[M]. 北京: 冶金工业出版社, 2010:50-51.
[12]	REN Q, LI H H, WU X L, et al. Effect of the calcining temperatures of low-grade bauxite on the mechanical property of mullite ceramics[J]. International Journal of Applied Ceramic Technology, 2018, 15(2):554-562. DOI URL
[13]	赵珊茸. 结晶学及矿物学[M]. 北京: 高等教育出版社, 2010:100-101.
[14]	徐刚, 郭晓巍, 韩高荣. 含铁钛酸铝固溶体粉体的合成[J]. 稀有金属材料与工程, 2008, 37(z1):597-599.
[15]	李明忠, 方青, 沈强, 等. 钛酸铝陶瓷及其改性研究[J]. 现代技术陶瓷, 2009, 30(4):3-6+10.
[16]	蔡作乾, 王琏, 杨根. 陶瓷材料辞典[M]. 北京: 化学工业出版社, 2002:213-214.
[17]	胡建辉. 新型钙长石/莫来石复相轻质耐高温材料的制备及性能研究[D]. 北京: 中国地质大学(北京), 2010.
[18]	赵彦钊, 殷海荣. 玻璃工艺学[M]. 北京: 化学工业出版社, 2006:343-344.
[19]	刁云超. 钠钙平板玻璃表面化学处理与特性研究[D]. 大连: 大连工业大学, 2012.
[20]	方青, 张联盟, 沈强, 等. 钛酸铝陶瓷及其研究进展[J]. 硅酸盐通报, 2003(1):49-53.

铝酸钙水泥添加量对压裂支撑剂的影响

Effects of calcium aluminate cement addition on fracturing proppant

RichHTML

PDF

可视化

摘要/Abstract

引用本文

使用本文

图/表 10

参考文献 20

相关文章 15

编辑推荐

Metrics

本文评价

[1]	高云琴, 郭凯歌, 马爱琼, 牛兴荣, 杨光, 张旭东. 莫来石-刚玉-镁铝尖晶石复相材料的抗碱侵蚀性能研究[J]. 耐火材料, 2024, 58(4): 334-340.
[2]	邓承继, 贺锋, 梁一鸣, 李季, 高超, 慕孟. TiO₂添加量对SiC多孔陶瓷物相组成及性能的影响[J]. 耐火材料, 2024, 58(2): 93-98.
[3]	龚帅, 赵惠忠, 余俊, 张寒, 谈利强. 铝铌渣的性能及其热稳定性机制研究[J]. 耐火材料, 2024, 58(2): 116-121.
[4]	苏玉柱, 罗华明, 王涵宇, 范明明, 金懿, 占华生. 矾土基莫来石的性能分析[J]. 耐火材料, 2024, 58(1): 76-79.
[5]	曹会彦, 万龙刚, 王建波, 刘云, 郑翰, 张新华, 冯严宾, 吴吉光. 重结晶碳化硅在1 000 ℃饱和水蒸气中的氧化行为研究[J]. 耐火材料, 2023, 57(5): 423-426.
[6]	陈露, 张玲, 孟昕, 杨雨轩, 万建强, 罗旭东, 游杰刚. Sc₂O₃加入量对菱镁矿制备镁砂性能的影响[J]. 耐火材料, 2023, 57(2): 145-148.
[7]	郝建璋, 曾冠武. 钒铁渣的胶凝性能及全钒铁渣浇注料的研制[J]. 耐火材料, 2022, 56(6): 535-538.
[8]	金智商, 单峙霖, 赵惠忠, 余俊, 张寒. 造孔剂对微孔莫来石骨料性能的影响[J]. 耐火材料, 2022, 56(4): 289-293.
[9]	苏玉玺, 李心慰, 吴锋, 高永军, 罗旭东, 冯雨, 陈卫敏. SiO₂粒度和反应温度对熔盐法合成莫来石晶须的影响[J]. 耐火材料, 2022, 56(4): 342-345.
[10]	段红娟, 张向阳, 韩磊, 张海军. 原位催化氮化制备β-SiAlON结合SiC材料[J]. 耐火材料, 2022, 56(3): 189-192.
[11]	刘明杨, 王赛鑫, 马振友, 晋冬梅, 周文英, 穆元冬, 叶国田. 20 ℃下碳酸钙微粉对铝酸钙水泥水化行为的影响[J]. 耐火材料, 2022, 56(3): 206-209.
[12]	佘以明, 王鹏, 游杰刚, 司超伟, 郑华果. 四种电熔镁砂颗粒对镁碳砖性能的影响[J]. 耐火材料, 2022, 56(3): 241-246.
[13]	王瑞, 杨道媛, 原会雨, 崔俊艳. TiO₂加入量对光固化打印成型Al₂O₃陶瓷性能的影响[J]. 耐火材料, 2022, 56(2): 112-116.
[14]	鲁志燕, 韩露, 吴锋, 崔娟, 康冬冬, 冯雨, 罗旭东. 新疆尖山菱镁矿一步煅烧制备烧结镁砂[J]. 耐火材料, 2022, 56(2): 158-161.
[15]	郭文辉, 薄钧, 袁波, 郝娴, 张雷, 罗天. 轻质骨料种类对高铝浇注料性能的影响[J]. 耐火材料, 2022, 56(2): 166-169.