[01186632]煤矸石在煤层气井用陶粒支撑剂制备中的应用及烧结机理研究

支撑剂是煤层气开采过程中使用的关键材料,其性能对煤层气增产效果起着重要影响。随着制备支撑剂的主要原料——铝矾土矿资源日渐贫乏,急需开发新的矿资源来替代铝矾土。本项目以固废物煤矸石作为主要原料,添加少量铝矾土烧结制备了系列支撑剂产品,通过研究铝矾土添加量、烧结制度对支撑剂物理性能、物相组成及显微结构的影响规律,揭示支撑剂烧结机理,为支撑剂企业中试提供技术支持与理论指导。 本项目首先研究了煤矸石的物相组成、显微形貌及热重-差热结果,并初步确定烧结制度;然后研究了铝矾土添加量、烧结制度对陶粒支撑剂体积密度、视密度、破碎率、物相组成及显微结构的影响,并结合热重-差热分析结果,阐明制备过程中的烧结机理。结果表明：以煤矸石为原料、添加10wt%铝矾土在1250℃烧结制备得到的支撑剂35MPa闭合压力下的破碎率最低为7.2%,体积密度为1.01g/cm3,满足质地较软的煤层压裂要求。研究发现,支撑剂坯体在烧结过程中先形成玻璃相,随着液相不断增加,扩散传质与流动传质速度加快,并逐渐形成莫来石与石英晶胚;颗粒通过液相传质不断传送至莫来石晶胚处,使得莫来石晶粒不断长大,形成了细小的针状莫来石,过程中也伴随着石英相的再结晶。 本项目研究成果发表高水平学术论文10篇,其中SCI收录5篇,EI收录3篇,核心2篇;申请国家发明专利6项,其中1项授权;在瑞典、美国、厦门、南昌、呼和浩特、长春、西安等参加了7个国际会议,共33人次。 依托于本项目,项目组共招收研究生23名,其中博士3名;培养青年教师1名,项目组周毅博士依托本项目于2017年12月被评聘为副教授。