【摘要】：低滲油藏和頁(yè)巖氣藏在全世界的能源結(jié)構(gòu)中占有很大的比例,然而由于油氣田開發(fā)技術(shù)的限制,開發(fā)效果并不理想,使得一直以來該行業(yè)呈現(xiàn)綜合利用性差、環(huán)境污染嚴(yán)重、成本高的局面,整個(gè)行業(yè)亟待向規(guī)模化、高端化、資源化方向發(fā)展。近年來,國(guó)內(nèi)外己先后在這些低滲油氣藏中成功的應(yīng)用了清水壓裂技術(shù),結(jié)果證明,與傳統(tǒng)的水力壓裂相比,具有很好的增產(chǎn)效果,且生產(chǎn)成本低、環(huán)境污染小。清水壓裂的過程中需要用到密度較小(和水相近,約1.0g/cm3左右)的支撐劑,但傳統(tǒng)的支撐劑普遍存在密度大(大于2.5g/cm3)的特點(diǎn),導(dǎo)致壓裂液攜帶能力差,而現(xiàn)有的低密度支撐劑在耐熱、強(qiáng)度上仍存在一定的不足。因此研究低密度、高強(qiáng)度、耐熱性能好的超低密度(ULW)支撐劑迫在眉睫。根據(jù)上述情況,本研究提出了一種新的ULW支撐劑材料—改性聚苯乙烯微球。首先本文通過原位懸浮聚合的方法制備了ULW支撐劑用CB/PS微球和SiO2/PS微球,并對(duì)其機(jī)理進(jìn)行了簡(jiǎn)單描述,通過紅外、掃描電鏡等檢測(cè)方法證實(shí)了所得產(chǎn)物,研究了石墨和納米二氧化硅添加量對(duì)支撐劑性能的影響。研究表明,隨著石墨和納米二氧化硅用量的增加,支撐劑的密度稍微增加、圓球度變化不大、抗壓強(qiáng)度先增加后稍微降低,耐熱性能提高,且最佳的石墨添加量為2.5%,此時(shí),微球的視密度和體積密度分別為1.048和0.598g/cm3,圓球度值為0.94,52和69MPa下的破碎率分別為2.2和3.5%,5%的分解溫度為325℃；最佳納米二氧化硅添加量為1.0%,此時(shí),微球的視密度和體積密度分別為1.0604和0.6137g/cm3,圓球度值為0.94,52和69MPa下的破碎率分別為1.2和3.0%,5%的分解溫度高達(dá)372℃。為了進(jìn)一步提高支撐劑的性能,本文通過浸漬—熱固化法制備了ULW支撐劑用環(huán)氧／酚醛樹脂包覆CB/PS微球,并對(duì)其機(jī)理進(jìn)行了簡(jiǎn)單說明,通過FTIR、SEM、TG表征方法證實(shí)了所得產(chǎn)物,討論了樹脂包覆量對(duì)支撐劑性能的影響。研究表明,在保持低密度和圓球度的基礎(chǔ)上,隨著樹脂包覆量的提高,支撐劑的耐熱性、強(qiáng)度等進(jìn)一步提高,最佳樹脂浸漬液濃度為20%,此時(shí)微球的視密度和體積密度分別為1.0637和0.6124g/cm3,圓球度0.9,52和69MPa下的破碎率分別為1.25和2.22%,5%的分解溫度為373℃,酸蝕率為0.11%,導(dǎo)流能力較好。最后,本文將所制備的ULW支撐劑和市售支撐劑(傳統(tǒng)陶粒、覆膜砂,現(xiàn)有ULW-1.75、1.25、1.05)進(jìn)行了比較,研究表明本文制備的支撐劑比市售樣品具有更低的密度和酸蝕率,更好的圓球度和導(dǎo)流能力,更高的耐熱性能和抗壓強(qiáng)度,且自制ULW支撐劑中,樹脂包覆CB/PS微球的綜合性能最好。
【圖文】：

？ｎｉｒｔ、ｉ邋—逡逑圖１．１全球頁(yè)巖氣儲(chǔ)量分布圖逡逑頁(yè)巖氣作為一種非常規(guī)資源，在全球分布非常廣泛（如圖１．１所示），而且具有逡逑巨大的開發(fā)潛力，但目前還沒有進(jìn)行廣泛的勘探和開發(fā)。其根本原因在于，頁(yè)巖氣逡逑層的滲透率低，開采成本高，一般低于ＩｍＤ的頁(yè)巖氣藏便難于勘探開發(fā)，即使成逡逑１逡逑

２０３５年，美國(guó)的頁(yè)巖氣總產(chǎn)量將增加２０％，，占全國(guó)天然氣總量的４５％，是全球發(fā)逡逑展頁(yè)巖氣工業(yè)國(guó)家中起步最早、發(fā)展最快、而且年產(chǎn)量最大的國(guó)家。逡逑中國(guó)的頁(yè)巖氣分布很廣（如圖１．２所示），儲(chǔ)量很大，合理開采和利用頁(yè)巖氣資逡逑源是解決當(dāng)前天然氣資源供應(yīng)短缺問題的最佳途徑。頁(yè)巖氣在北美地區(qū)的開發(fā)所取逡逑得的巨大收益，激發(fā)了國(guó)內(nèi)頁(yè)巖氣開采的熱情。目前，我國(guó)己開始對(duì)部分頁(yè)巖氣資逡逑源進(jìn)行勘查和試驗(yàn)性開采，并針對(duì)頁(yè)巖氣問題啟動(dòng)了一批國(guó)家重大科技專項(xiàng)和調(diào)查逡逑項(xiàng)目，公布了《頁(yè)巖氣發(fā)展規(guī)劃》（２０１１－２０１５年）規(guī)劃中指出，中國(guó)要用五年逡逑時(shí)間實(shí)現(xiàn)頁(yè)巖氣產(chǎn)量六十五億立方米的目標(biāo)。截止目前，我國(guó)已經(jīng)批準(zhǔn)投建中國(guó)石逡逑油長(zhǎng)寧－威遠(yuǎn)、延安石油陸相、中國(guó)石化潔陵和云南昭通四個(gè)頁(yè)巖氣示范區(qū)。截止逡逑２０１３年底，我國(guó)己成功投建了約１５０邋口頁(yè)巖氣鉆井。逡逑y盬逡逑■邋邐，bq戰(zhàn)嫌腳巧勤粉布爵逡逑圖１．２中國(guó)頁(yè)巖氣分布圖逡逑然而，由于頁(yè)巖氣的基質(zhì)滲透率極低，屬于典型的低品位邊際資源，頁(yè)巖氣層逡逑必須經(jīng)過壓裂改造才能產(chǎn)能
【學(xué)位授予單位】：華中師范大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TE357.12;O632.13

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本文編號(hào)：2564205