陶粒對(duì)復(fù)合推進(jìn)劑工藝性能的影響研究

謝明召，王寶興*，汪長(zhǎng)栓，馮國富，袁鐵剛，姚元文，顧中華，暢 毅

（1.北方斯倫貝謝油田技術(shù)（西安）有限公司，陜西西安710065；2.川慶鉆探長(zhǎng)慶井下技術(shù)作業(yè)公司，陜西咸陽712000）

陶粒對(duì)復(fù)合推進(jìn)劑工藝性能的影響研究

謝明召1，王寶興1*，汪長(zhǎng)栓1，馮國富1，袁鐵剛1，姚元文1，顧中華1，暢 毅2

（1.北方斯倫貝謝油田技術(shù)（西安）有限公司，陜西西安710065；2.川慶鉆探長(zhǎng)慶井下技術(shù)作業(yè)公司，陜西咸陽712000）

在復(fù)合推進(jìn)劑藥槳中外加陶粒，采用落球粘度儀對(duì)藥槳粘度進(jìn)行了對(duì)比測(cè)試。結(jié)果表明，陶粒粒徑、添加量及混合時(shí)間均影響復(fù)合推進(jìn)劑的工藝性能。陶粒粒徑減小、添加量增大和混合時(shí)間延長(zhǎng)，均會(huì)導(dǎo)致藥槳粘度增大。

壓裂火藥；陶粒；復(fù)合推進(jìn)劑；工藝性能；復(fù)合射孔

復(fù)合射孔技術(shù)集射孔與高能氣體壓裂于一體，能在一次施工過程中完成射孔和高能氣體壓裂兩個(gè)作用過程，近年來已得到廣泛應(yīng)用[1-3]。壓裂火藥是復(fù)合射孔器的主要部件，大部分以復(fù)合推進(jìn)劑為主，是用于射孔后瞬間產(chǎn)生高能氣體的火藥產(chǎn)品，其主要作用是產(chǎn)生高能氣體對(duì)孔道周圍地層造縫，提高射孔孔道周圍導(dǎo)流能力，部分解除油氣井近井區(qū)域污染，提高產(chǎn)能[4，5]。

但是，地層中由射孔生產(chǎn)的裂縫由于沒有支撐劑的支撐，一定時(shí)間后會(huì)自動(dòng)閉合，地層導(dǎo)流能力下降，導(dǎo)致產(chǎn)能下降。隨著油田開發(fā)技術(shù)的不斷發(fā)展，陶粒支撐劑的應(yīng)用也越來越廣，石油行業(yè)對(duì)支撐劑的需求越來越大[6-8]。在復(fù)合推進(jìn)劑體系中加入陶粒，使陶粒隨火藥產(chǎn)生的高溫高壓氣體進(jìn)入地層裂縫，阻止裂縫閉合是解決復(fù)合射孔產(chǎn)生的裂縫不能長(zhǎng)期保持導(dǎo)流能力難題的有效辦法。本文研究陶粒的粒徑、密度、添加比例及混合時(shí)間對(duì)某配方復(fù)合推進(jìn)劑工藝性能的影響，為陶粒在復(fù)合推進(jìn)劑中的進(jìn)一步應(yīng)用提供理論支持。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 原料與儀器設(shè)備

環(huán)氧樹脂（HK51，濟(jì)寧華凱樹脂有限公司）、促進(jìn)劑（濟(jì)寧華凱樹脂有限公司）、鄰甲苯基縮水甘油醚（常州市弘?；び邢薰荆?、KClO4（山東魯科化工集團(tuán)有限公司）、KNO3（上海宜鑫化工有限公司）、二氨基二苯基砜（上海德茂化工有限公司）、陶粒（新密市萬力實(shí)業(yè)發(fā)展有限公司），均為工業(yè)級(jí)。

FZS-150混合機(jī)（南京帥特機(jī)械設(shè)備廠）；落球黏度儀（西安近代化學(xué)研究所）。

1.2 樣品制備

1.2.1 基礎(chǔ)配方復(fù)合推進(jìn)劑藥槳制備R0是作為壓裂火藥在復(fù)合射孔器中成功應(yīng)用的一種復(fù)合推進(jìn)劑，其主要成分為（質(zhì)量百分比）：環(huán)氧樹脂，42；KClO4，35；KNO3，15；鄰甲苯基縮水甘油醚，4.5；二氨基二苯基砜，3；促進(jìn)劑，0.5。采用澆注工藝，制備過程為：（1）各固體組分經(jīng)80℃烘箱烘干8h，過120目標(biāo)準(zhǔn)篩；（2）按配方稱取原料，混合50min制成藥槳。

1.2.2 陶粒與復(fù)合推進(jìn)劑藥槳混合在基礎(chǔ)配方的藥槳中加入陶粒，混合一定時(shí)間。陶粒使用前經(jīng)80℃烘箱烘干8h，添加方式為在R0的配方基礎(chǔ)上外加一定比例（質(zhì)量百分比）。

2 結(jié)果與討論

2.1 陶粒粒徑的影響

選擇了體積密度為1.70g·cm-2的4種不同粒徑陶粒，按照5%的添加比例與基礎(chǔ)配方復(fù)合推進(jìn)劑（R0）藥槳混合30min，制成藥槳R1～R4，靜置10min后采用落球黏度儀考察藥槳流動(dòng)性，測(cè)量結(jié)果見表1。

表1 添加不同粒徑陶粒藥槳粘度Tab.1 Viscosity of slurry with different size ceramic

由表1可知，復(fù)合推進(jìn)劑藥槳加入一定粒徑陶粒后，粘度增大。這是因?yàn)樘樟５募尤?，增加了藥槳體系的固含量，所以藥槳的粘度增大。對(duì)比不同粒度陶粒對(duì)藥槳粘度的影響，可知在其他條件相同的情況下，隨著添加的陶粒粒徑減小，藥槳粘度增大。人造燒結(jié)陶粒均有一定的酸溶解度，樣品R1、R2、R3和R4添加的陶粒酸溶解度分別為4.5%、5.8%、6.6%和7.5%。環(huán)氧樹脂HK51酸值為22mgKOH/g，其中的酸性物質(zhì)會(huì)使陶粒發(fā)生一定程度的酸解，從而使藥槳粘度增大。相同密度下，陶粒粒徑越小，同等質(zhì)量陶粒與酸性溶液接觸面積增大，酸溶解度越大，藥槳粘度越大。

2.2 陶粒密度的影響

選擇了平均粒徑約為440μm的3種不同體積密度陶粒，按照5%的添加比例與基礎(chǔ)配方復(fù)合推進(jìn)劑（R0）藥槳混合30min，制成藥槳R2、R5、R6，靜置10min后采用落球黏度儀考察藥槳流動(dòng)性，測(cè)量結(jié)果見表2。

表2 添加不同體積密度陶粒藥槳粘度Tab.2 Viscosity of slurry with different bulk density ceramic

由表2可以看出，在其他條件相同的情況下，加入一定密度陶粒后，藥槳粘度均增大。對(duì)比添加不同密度的陶粒的藥槳粘度，其粘度變化不大，可知陶粒密度對(duì)藥槳粘度的幾乎無影響。

2.3 陶粒添加量的影響

選擇了平均粒徑439μm、體積密度為1.70 g· cm-2的陶粒分別按照5%、10%、15%、20%、25%、30%的添加比例與基礎(chǔ)配方復(fù)合推進(jìn)劑（R0）藥槳混合30min，制成藥槳R2、R7～R11，靜置10min后采用落球黏度儀考察藥槳流動(dòng)性，測(cè)量結(jié)果見表3。

表3 不同陶粒添加量藥槳粘度Tab.3 Viscosity of slurry with different content of ceramic

由表3可以看出，隨著陶粒添加比例增大，藥槳粘度增大。這是因?yàn)樘樟Ｌ砑颖壤龃螅帢w系的固含量增大，粘度增加。陶粒添加比例為5%、10%和15%時(shí)，藥槳流淌連續(xù)，淌下的藥槳堆積快速消失，流平性較好。陶粒添加比例為20%和25%時(shí)，藥槳能連續(xù)流淌，淌下的藥槳有一定堆積，流平性不好。陶粒添加比例為30%時(shí)，藥槳已無法混勻。

2.4 混合時(shí)間的影響

選擇了平均粒徑439μm、體積密度為1.70g· cm-2的陶粒，按照15%的添加比例與基礎(chǔ)配方復(fù)合推進(jìn)劑（R0）藥槳混合。以不同的時(shí)間混合后，靜置10min后采用落球黏度儀考察藥槳流動(dòng)性，測(cè)量結(jié)果見表4。

（3）陶粒與復(fù)合推進(jìn)劑藥槳混合時(shí)間越長(zhǎng)，陶粒酸解程度越大，藥槳粘度越大。

Effect of ceramsite on processing property of composite propellant

XIE Ming-zhao1，WANG Bao-xing1*，WANG Chang-shuan1，F(xiàn)ENG Guo-fu1，YUAN Tie-gang1，YAO Yuan-wen1，GU Zhong-hua1，CHANG Yi2
（1.North Schlumberger Oilfield Technologies（XI'AN）Co.,Ltd.Xi'an 710065,China;2.CCDC Changqing Downhole Technology Company,Xianyang 712000,China）

The ceramsites were adding extra in composite propellant slurry,slurry viscosity was tested by using falling sphere viscometer for comparison.The results showed that the particle size，amount and mxing time can all influence the pocess performance of composite propellant.The slurry viscosity icreased while the particle size reducing,amount increasing and mxing time etending.

fracturing powder；ceramsite；composite propellant；pocess performance；composite perforation

TE353

A

10.16247/j.cnki.23-1171/tq.20151260

2015-10-20

謝明召（1984-），男，工程師，2009年畢業(yè)于西安近代化學(xué)研究所，應(yīng)用化學(xué)專業(yè)，碩士研究生，從事油氣井用爆破器材研究。

王寶興（1961-），男，研究員，研究方向：油氣井用爆破器材研制及應(yīng)用。