油田封堵專用鋁熱劑的制備與性能研究

楊光 謝興華 謝強 王學銳 李子玉

[摘要]以納米鋁粉、硝酸鉀、四氧化三鐵和納米二氧化鈦為主要成分，研制出一種油用封堵專用復合鋁熱劑、該鋁熱劑通過熔化油田出油口周圍的金屬粉以及石塊對出油口進行堵塞，以達到對油田封堵的目的。通過SEM對鋁熱劑進行表征，并對其安全性能、燃燒性能以及封堵性能進行測試。結果表明：該鋁熱劑感度較低，需要較強的激發條件，安全性能好；燃燒溫度高，燃燒時間長，1kg鋁熱劑可使5mm壁厚的鐵管內壁最高溫度達到2 689℃，鐵管外壁最高溫度達到1 432℃，燃燒持續時間約14 min；可使出油口周圍石塊及金屬粉熔化。在溫度和時間控制以及封堵性能方面足以達到工業油用封堵的條件要求，可作為油用封堵專用鋁熱劑使用。

[關鍵詞]納米鋁粉；鋁熱劑；燃燒性能；油田封堵

[分類號]TQ567

０ 引言

鋁熱劑是一類由金屬和金屬氧化物組成的高能材料，最常用的燃料是鋁，因為高反應焓和低成本的優點，與傳統的基于碳、氫、氮、氧的系統相比，鋁熱劑具有更大的儲存勢能[１￣３]。傳統鋁熱劑由微米級顆粒混合而成，反應速率和能量利用率較低，難以滿足當前含能材料領域的需求[４￣６]。因此，油田專用鋁熱劑中含有納米鋁粉，納米鋁粉的比表面積大，顆粒之間接觸更加緊密，減小了反應過程中傳熱和傳質的距離[７￣９]。具有點火溫度和點火能量低、能量釋放速率快、能量利用率高、燃速快、壓力輸出高等優勢[１０￣１３] 。此外，納米鋁粉還具有較低的感度，安全性較高[１４￣１７]，近年來，油田封堵技術逐漸發展完善，但是，隨著二類、三類油層的動用，目前的封堵技術很難滿足常規生產需求，且暴露出封堵工具與工藝施工費用高、磨銑時間長、洗井工藝不完善、管柱無法驗封等問題[１８￣２１] 。

以傳統鋁熱劑為基礎，在氧化劑的選擇和鋁粉粒徑方面加以創新，設計出一種油田封堵專用的鋁