石英质压裂支撑剂的抗破碎能力研究

作     者：高丽森 

作者单位：重庆大学 

学位级别：硕士

导师姓名：赵建华

授予年度：2022年

学科分类：0820[工学-石油与天然气工程] 08[工学] 082002[工学-油气田开发工程] 

主      题：石英质 压裂支撑剂 抗破碎能力 圆整度 粒径 杂质 

摘      要：在石油的开采过程中,压裂工艺技术能使油田增产,而用来支撑裂缝压裂支撑剂性能的优劣对油气开采的压裂效果具有重大影响。本文研究了支撑剂的形状、杂质和粒径等因素对石英质支撑剂抗破碎能力的影响规律。通过自制支撑剂颗粒圆整度分选装置,筛选出颗粒形状规则、圆整度高的颗粒,用IPP6.0(Image-Pro 6.0)图像分析软件对支撑剂颗粒形状参数进行计算,研究了支撑剂形状对破碎率的影响;通过擦洗、焙烧-水淬、磁选、浮选对支撑剂进行了去除杂质试验,研究了石英质支撑剂杂质和粒径规格对支撑剂抗破碎能力的影响;通过X射线能谱仪(EDS)和扫描电子显微镜(SEM)对支撑剂破碎前后的界面组织和表面形貌进行了分析,分析了支撑剂的破碎机理。研究得到以下结论:(1)基于颗粒在斜面上的滚落原理,设计出一款支撑剂颗粒圆整度分选装置,深入分析了分选时的颗粒滚落运动学。通过调节装置的缝隙宽度和斜面倾角,探究了装置的最佳结构参数。料仓缝隙宽度设置为2mm,料仓高度设置为20mm时,支撑剂颗粒落入斜面的初时状态最佳,斜面倾斜角为16°、斜面缝隙宽度为2mm时,收集到的支撑剂颗粒圆整度数值最高,分选后比试验前提高了15%。(2)研究了支撑剂颗粒圆整度与破碎率的关系,当支撑剂圆整度为0.770时,破碎率为6.88%,随着圆整度数值的升高,当圆整度为0.880时,破碎率降到了5.11%。支撑剂颗粒圆整度越大,破碎率越低,支撑剂抗破碎能力越好。(3)擦洗试验能够有效除去石英砂中铁质杂质,焙烧-水淬和磁选试验能够除去石英砂中Al、K和Fe的杂质化合物,浮选试验能够除去去长石、岩屑等低强度杂质矿物。通过实验确定的最佳焙烧的最佳温度、磁选条件、溶液p H含量,支撑剂中Si O的含量由76.5%提高到83%,破碎率进一步降低。(4)支撑剂粒径对破碎率有较大影响,石英质支撑剂粒径越大,破碎率越高,抗破碎能力越低。通过建立抗破碎能力方程,揭示了在试验条件下,闭合应力-粒径-破碎率之间的规律。