【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于油气田开发，尤其是涉及一种微波烧结原位合成莫来石-碳化硅复相支撑剂的方法。
技术介绍
1、水力加砂压裂是低渗致密油气藏重要的增产措施，支撑剂被压裂液携带进入裂缝，铺置形成支撑剂充填层，进而形成具有导流能力的支撑剂充填人工裂缝，即填砂裂缝，填砂裂缝导流能力是影响压裂后增产效果的关键因素，其与支撑剂在压裂缝内的运移铺置特征和裂缝闭合压力下支撑剂充填层的导流特征密切相关，故支撑剂是影响水力压裂效果的关键材料之一。天然石英砂和烧结陶粒是目前国内广泛使用的两大类主流支撑剂产品，石英砂在地层闭合应力超过20mpa后开始破碎，适用于浅地层，对高闭合应力储层，特别是目前深层页岩气井压裂而言仍主要选用陶粒支撑剂。
2、目前广泛运用的高品位铝矾土基支撑剂以高强度刚玉相为主，支撑剂抗压强度高，但密度大、生产成本高，降低高强度支撑剂的生产成本、提高压裂施工经济效益成为一个重要议题。我国低品位铝矾土储量丰富，价格便宜，基于该类原料研发高性能低品位铝矾土基支撑剂，有利于降低压裂施工成本。而低品位铝矾土基支撑剂以莫来石相和玻璃相为主，其组成与高品位铝矾土基支撑剂截然不同。为提高低品位铝矾土基支撑剂性能，需开发出适用于制备高性能低品位铝矾土基支撑剂的新配方、新技术。
3、工业上实现陶粒支撑剂的高温烧结成型主要通过隧道窑和回转窑，都是基于烟气加热完成煅烧，能源消耗高，烧结时间长。
4、专利申请201910735343.5公开了一种以油基泥浆废弃物为原料制备低密度支撑剂的方法，通过该方法制得粒径为0.212～0.4
5、专利申请201910905037.1公开了利用油基钻屑热解析残渣烧结的压裂支撑剂及其制备方法，通过该方法制得粒径为0.212～0.425mm的支撑剂，该支撑剂的抗压强度达到86mpa，但其视密度远大于2.5g/cm3。
6、专利申请202010299091.9公开了一种高强度低密度陶粒支撑剂及其制备方法，通过该方法制备常规氧化物相的陶粒支撑剂。该支撑剂的视密度为2.61～2.68g/cm3，闭合压力52mpa下破碎率低于5％，其产品密度大，强度低。
7、因此，提供一种微波烧结原位合成莫来石-碳化硅复相支撑剂的方法是本领域技术人员亟需解决的技术问题。
技术实现思路
1、有鉴于此，本专利技术提供了一种微波烧结原位合成莫来石-碳化硅复相支撑剂的方法。
2、为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
3、一种微波烧结原位合成莫来石-碳化硅复相支撑剂的方法，其特征在于，包括以下步骤：
4、(1)取低品位铝矾土、sic、cao、mno2混合球磨，得到造粒粉料；
5、(2)将造粒粉料造粒成球，造粒过程中喷洒粘结剂，得到圆球状的支撑剂素坯；
6、(3)计算最优试样烧结位置，在空气条件下采用微波辐射原位烧结支撑剂素坯，冷却后筛分得到莫来石-碳化硅复相陶粒支撑剂。
7、在本专利技术制备的莫来石-碳化硅复相支撑剂中，在cao和mno2诱导下a12o3与sio2生成莫来石晶须桥接sic颗粒的结构骨架。
8、进一步，步骤(1)中所述造粒粉料的组成原料包括：低品位铝矾土80～100份，sic10～15份，cao 1～3份，mno21～4份。
9、更进一步，所述低品位铝矾土中氧化铝质量分数小于50％。
10、进一步，步骤(1)还包括：将球磨之后的物料在80℃～110℃下烘干去除水分然后研磨成粉体，得到粉体粒径在30um以下的造粒粉料。
11、进一步，步骤(2)中所述粘结剂为羧甲基纤维素、聚乙烯醇、水玻璃和水中的任意一种。
12、进一步，步骤(3)中所述计算最优试样烧结位置的方法为：测试支撑剂素坯介电常数实部与虚部、密度、导热系数、电导率和比热容，作为输入参数，建立仿真模型，经有限元求解后，通过温度差异系数优选过试样中心的三个截面的电磁场分布最均匀、电磁场强度梯度较小处，作为利于均匀加热的合适试样烧结位置。
13、更进一步，所述建立仿真模拟的步骤为：
14、s1：建立微波加热炉的有限元几何物理模型，根据微波加热炉的设计，确定电磁发射的波导位置和型号；所述波导为矩形波导；
15、s2：建立由麦克斯韦方程控制的电磁场数学模型：；
16、
17、
18、
19、
20、h代表磁场强度，a/m；d代表电通量密度，c/m2；j代表电流密度，a/m2；e代表电场强度，v/m；b代表磁通量密度，wb/m2；ρ代表电荷密度，c/m3。
21、s3：建立由傅里叶传热方程控制的温度场数据模型：
22、
23、
24、t表示绝对温度，k；cp表示恒压热容，j/(kg·k)；(ρcp)eff表示恒定压力下的有效体积热容量；keff表示有效导热系数，w/(m·k)；q表示传导热通量；
25、s4：建立电磁与传热相互耦合的多物理场方程：
26、
27、qe为电磁功率损耗密度，w/m3；re表示对相应内容中的复量取实部运算，j为电流密度，a/m2；b表示磁通量密度，wb/m2；h为磁场强度，a/m；上标*表示共轭。e代表电场强度，v/m；ω表示角频率，rad/s；
28、s5：采用有限元方法对上述数学方程进行求解，获得支撑剂颗粒在不同位置和功率下的电场、磁场和温度分布；根据温度差异系数，优选支撑剂在微波设备中的烧结位置。所述温度差异系数计算方法为：
29、
30、cov温度差异系数；平均温度；ti表示各点处的温度；n标识选取总个数；i表示第i个点。
31、进一步，步骤(3)中所述微波加热功率为200～1200w，烧结温度为1200～1600℃，保温时间为30～120min，平均升温速率为15～30℃/min。
32、更进一步，步骤(3)中所述微波辐射原位烧结的方法为先采用中高功率将试样快速加热至目标温度，再调整为中低功率保温预定时长。
33、更进一步，所述中高功率为600～1200w，所述中低功率为200～600w。
34、本专利技术的有益效果在于：
35、1)本专利技术采用的微波方法高效节能。微波与材料的耦合作用将微波的电磁能转化为热能，并且材料吸收的电磁能直接用于自身加热，能量损失少、利用率高；
36、2)本专利技术的方法烧结速度快、周期短。当介质材料的温度高于临界温度后，介质损耗迅速增大，材料与微波的耦合作用增强引起温度的快速升高。微波烧结可以有效降低反应所需要的活化能，进一步降低烧结温度，加快烧结进程，缩短烧结时间。
37、3)本专利技术的方法容易控制、绿色清洁污染小。微波烧结技术通过控制输入设备的入射功率来控制温度的升降，密闭炉本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种微波烧结原位合成莫来石-碳化硅复相支撑剂的方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述一种微波烧结原位合成莫来石-碳化硅复相支撑剂的方法，其特征在于，步骤(1)中所述造粒粉料的组成原料包括：低品位铝矾土80～100份，SiC 10～15份，CaO 1～3份，MnO21～4份。
3.根据权利要求2所述一种微波烧结原位合成莫来石-碳化硅复相支撑剂的方法，其特征在于，所述低品位铝矾土中氧化铝质量分数小于50％。
4.根据权利要求1所述一种微波烧结原位合成莫来石-碳化硅复相支撑剂的方法，其特征在于，步骤(1)还包括：将球磨之后的物料在80℃～110℃下烘干去除水分然后研磨成粉体，得到粉体粒径在30um以下的造粒粉料。
5.根据权利要求1所述一种微波烧结原位合成莫来石-碳化硅复相支撑剂的方法，其特征在于，步骤(2)中所述粘结剂为羧甲基纤维素、聚乙烯醇、水玻璃和水中的任意一种。
6.根据权利要求1所述一种微波烧结原位合成莫来石-碳化硅复相支撑剂的方法，其特征在于，步骤(3)中所述计算最优试样烧结位置的方法为：测试
7.根据权利要求1所述一种微波烧结原位合成莫来石-碳化硅复相支撑剂的方法，其特征在于，步骤(3)中所述微波加热功率为200～1200W，烧结温度为1200～1600℃，保温时间为30～120min，平均升温速率为15～30℃/min。
8.根据权利要求7所述一种微波烧结原位合成莫来石-碳化硅复相支撑剂的方法，其特征在于，步骤(3)中所述微波辐射原位烧结的方法为先采用中高功率将试样快速加热至目标温度，再调整为中低功率保温预定时长。
9.根据权利要求8所述一种微波烧结原位合成莫来石-碳化硅复相支撑剂的方法，其特征在于，所述中高功率为600～1200W，所述中低功率为200～600W。
...【技术特征摘要】
1.一种微波烧结原位合成莫来石-碳化硅复相支撑剂的方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述一种微波烧结原位合成莫来石-碳化硅复相支撑剂的方法，其特征在于，步骤(1)中所述造粒粉料的组成原料包括：低品位铝矾土80～100份，sic 10～15份，cao 1～3份，mno21～4份。
3.根据权利要求2所述一种微波烧结原位合成莫来石-碳化硅复相支撑剂的方法，其特征在于，所述低品位铝矾土中氧化铝质量分数小于50％。
4.根据权利要求1所述一种微波烧结原位合成莫来石-碳化硅复相支撑剂的方法，其特征在于，步骤(1)还包括：将球磨之后的物料在80℃～110℃下烘干去除水分然后研磨成粉体，得到粉体粒径在30um以下的造粒粉料。
5.根据权利要求1所述一种微波烧结原位合成莫来石-碳化硅复相支撑剂的方法，其特征在于，步骤(2)中所述粘结剂为羧甲基纤维素、聚乙烯醇、水玻璃和水中的任意一种。
6.根据权利要求1所述一种微波烧结原位合成莫来石-碳化硅复相支撑...
【专利技术属性】
技术研发人员：李小刚，熊俊雅，朱静怡，杨兆中，易良平，
申请(专利权)人：西南石油大学，
类型：发明
国别省市：
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