鋁土礦廢料在石油支撐劑生產中的應用研究

張夢真 廖桂華 陸 冰 李 靜

1河南建筑材料研究設計院有限責任公司（450002） 2 洛陽理工學院（471023）

0 引言

石油支撐劑通常用來支撐石油水力壓裂增產技術時出現的裂縫，以最大限度地開發石油井的產油潛力[1-3]。石油支撐劑一般是具有一定強度的固體顆粒物質，目前應用較廣泛的支撐劑主要是石英砂和陶粒支撐劑。以石英砂為基體生產的支撐劑往往存在強度不足、破碎率高等缺點，極大地限制了此類支撐劑的應用[4-5]。由于石油開采量的日益增加，支撐劑的需求量也大幅提升[6-8]，因此作為陶粒支撐劑生產的基料鋁土礦也相應地出現大量的消耗，采礦帶來的環境污染、能耗等問題也漸漸凸顯出來[9]。為了降低能源日益緊張的壓力，將一些固體廢物作為摻料來生產支撐劑是一種可行的方法[10-12]，如廢棄的石油支撐劑再回收利用既能降低廢棄物的污染，又能節約一定的鋁土礦原料，不失為一種綠色生產的方法[13-15]。

本課題以325 目細度的二級鋁礬土細粉為主要原料，還采用了兩種鋁土礦廢料某作為輔助原料，采用不同配比制粒和傳統的燒結方法，并進一步探究了鋁土礦廢料加入量對石油支撐劑燒成溫度和保溫時間的影響。

1 試驗

1.1 試驗原料

本次試驗以325 目細度的二級鋁礬土細粉為主要原料，還采用了兩種鋁土礦廢料某作為輔助原料，并用不同配比制粒燒成制樣。各原料化學組成見表1。

表1 試驗原料化學組成（%）

1.2 試驗方案

樣品的制備工藝流程包括原料的選取、配料、混合、造粒、篩分、干燥、煅燒。

為了考察鋁土礦廢料加入量對支撐劑性能的影響，擬定的試驗配方見表2。

表2 不同鋁土礦廢料添加量試驗配方

將準確稱取的各種原料倒入新型糖衣鍋式造粒機中，轉速維持在50 r/min，混合時間在60 min 以上。均勻噴灑霧狀水，團聚成粒，延長旋轉時間進行拋光得到球狀陶粒半成品。篩出20~40 目的支撐劑半成品顆粒在105 ℃干燥2 h 作為試驗樣品。將鋁土礦廢料含量不同的陶粒半成品顆粒分別在最高燒成溫度為1260 ℃、1300 ℃、1340 ℃、1360 ℃和1380 ℃中保溫1 h 燒成。

1.3 樣品性能檢測

根據SY/T 5108—2014 規定的檢測方法對燒成支撐劑樣品的體積密度、視密度、酸溶解度及破碎率進行測定和計算。

2 結果分析與討論

2.1 關于性能檢測的試驗結果

鋁土礦廢料加入量對各燒成溫度下得到的支撐劑試樣性能影響的試驗結果見表3。

表3 鋁土礦廢料加入量對支撐劑性能的影響試驗

2.2 鋁土礦廢料含量及燒成溫度對支撐劑性能的影響

由鋁土礦廢料加入量對各燒成溫度下的支撐劑試樣性能、試驗配方和性能檢測數據可看出，以鋁土礦廢料為主要原料，改變兩種鋁土礦廢料配比對支撐劑性能影響不大，但通過調節燒成條件，雖然對試樣的密度影響不大，但能顯著改善其強度和耐酸性，隨著溫度的升高明顯促進燒結，減少氣孔，當燒成溫度在1380 ℃下，試樣的耐酸性和強度也相對較高，結構最致密。

3 結論

1）以鋁土礦廢料為主要原料，替代優質鋁礬土制得滿足產品性能指標要求的石油支撐劑是切實可行的。

2）改變兩種鋁土礦廢料配比對支撐劑性能影響不大，但通過調節燒成條件，當達到1380 ℃燒成條件下，兩種鋁土礦廢料配比都在25%時能夠制得符合產品性能指標的石油支撐劑。