低密度陶粒支撑剂的水敏老化机理研究

作     者：陈佳宁 郝建英 王升昌 梁天成 CHEN Jianing;HAO Jianying;WANG Shengchang;LIANG Tiancheng

作者机构：太原科技大学材料科学与工程学院太原030024 中国石油勘探开发研究院北京100083 中国石油天然气集团有限公司油气藏改造重点实验室廊坊065007 

出 版 物：《硅酸盐通报》 (Bulletin of the Chinese Ceramic Society)

年 卷 期：2023年第42卷第9期

页      面：3334-3341页

学科分类：08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 080502[工学-材料学] 

基　　金：山西省基础研究计划(202203021211186) 山西省重点研发项目(201903D121101) 中国石油前瞻性基础工程项目(2021DJ1805) 

主　　题：低密度陶粒支撑剂 地层水 硅凝胶 老化机理 Cl^(-)侵蚀 酸性环境 

摘      要：低密度陶粒支撑剂良好的性能在非常规能源开采工作中显得十分重要。针对低密度陶粒支撑剂在地层水服役期间性能退化的现象,本文选取两种不同规格的支撑剂,在地层水中浸泡不同时间后取出,采用XRF、XPS、XRD、SEM、TEM对浸泡前后的支撑剂进行表征,探索支撑剂老化机理。结果显示:支撑剂中ClO_(2)含量增加,Al2O_(3)、SiO_(2)含量减少,地层水中Cl^(-)、HCO_(3)^(-)含量减少;XPS检测出Cl 2p峰和Cl 2s峰;XRD检测出新相SiCl_(4)。以上结果证实,地层水中的Cl^(-)扩散到支撑剂表面与SiO_(2)反应生成SiCl_(4),SiCl_(4)进一步水化生成硅凝胶或硅酸凝胶包覆在支撑剂表面。支撑剂中Al_(2)O_(3)会与地层水中H^(+)(酸性环境)反应生成Al^(3+),Al^(3+)再与HCO_(3)^(-)反应生成Al(OH)_(3)沉淀进入地层水中。地层水中大量的Cl^(-)和H^(+)共同作用,使支撑剂从表面开始侵蚀,导致支撑剂内部结构致密化程度降低,结构松散,从而使支撑剂的抗破碎能力降低,性能退化。