陶粒对复合推进剂工艺性能的影响研究

谢明召，王宝兴*，汪长栓，冯国富，袁铁刚，姚元文，顾中华，畅 毅

（1.北方斯伦贝谢油田技术（西安）有限公司，陕西西安710065；2.川庆钻探长庆井下技术作业公司，陕西咸阳712000）

陶粒对复合推进剂工艺性能的影响研究

谢明召1，王宝兴1*，汪长栓1，冯国富1，袁铁刚1，姚元文1，顾中华1，畅 毅2

（1.北方斯伦贝谢油田技术（西安）有限公司，陕西西安710065；2.川庆钻探长庆井下技术作业公司，陕西咸阳712000）

在复合推进剂药桨中外加陶粒，采用落球粘度仪对药桨粘度进行了对比测试。结果表明，陶粒粒径、添加量及混合时间均影响复合推进剂的工艺性能。陶粒粒径减小、添加量增大和混合时间延长，均会导致药桨粘度增大。

压裂火药；陶粒；复合推进剂；工艺性能；复合射孔

复合射孔技术集射孔与高能气体压裂于一体，能在一次施工过程中完成射孔和高能气体压裂两个作用过程，近年来已得到广泛应用[1-3]。压裂火药是复合射孔器的主要部件，大部分以复合推进剂为主，是用于射孔后瞬间产生高能气体的火药产品，其主要作用是产生高能气体对孔道周围地层造缝，提高射孔孔道周围导流能力，部分解除油气井近井区域污染，提高产能[4，5]。

但是，地层中由射孔生产的裂缝由于没有支撑剂的支撑，一定时间后会自动闭合，地层导流能力下降，导致产能下降。随着油田开发技术的不断发展，陶粒支撑剂的应用也越来越广，石油行业对支撑剂的需求越来越大[6-8]。在复合推进剂体系中加入陶粒，使陶粒随火药产生的高温高压气体进入地层裂缝，阻止裂缝闭合是解决复合射孔产生的裂缝不能长期保持导流能力难题的有效办法。本文研究陶粒的粒径、密度、添加比例及混合时间对某配方复合推进剂工艺性能的影响，为陶粒在复合推进剂中的进一步应用提供理论支持。

1 实验部分

1.1 原料与仪器设备

环氧树脂（HK51，济宁华凯树脂有限公司）、促进剂（济宁华凯树脂有限公司）、邻甲苯基缩水甘油醚（常州市弘裕化工有限公司）、KClO4（山东鲁科化工集团有限公司）、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（新密市万力实业发展有限公司），均为工业级。

FZS-150混合机（南京帅特机械设备厂）；落球黏度仪（西安近代化学研究所）。

1.2 样品制备

1.2.1 基础配方复合推进剂药桨制备R0是作为压裂火药在复合射孔器中成功应用的一种复合推进剂，其主要成分为（质量百分比）：环氧树脂，42；KClO4，35；KNO3，15；邻甲苯基缩水甘油醚，4.5；二氨基二苯基砜，3；促进剂，0.5。采用浇注工艺，制备过程为：（1）各固体组分经80℃烘箱烘干8h，过120目标准筛；（2）按配方称取原料，混合50min制成药桨。

1.2.2 陶粒与复合推进剂药桨混合在基础配方的药桨中加入陶粒，混合一定时间。陶粒使用前经80℃烘箱烘干8h，添加方式为在R0的配方基础上外加一定比例（质量百分比）。

2 结果与讨论

2.1 陶粒粒径的影响

选择了体积密度为1.70g·cm-2的4种不同粒径陶粒，按照5%的添加比例与基础配方复合推进剂（R0）药桨混合30min，制成药桨R1～R4，静置10min后采用落球黏度仪考察药桨流动性，测量结果见表1。

表1 添加不同粒径陶粒药桨粘度Tab.1 Viscosity of slurry with different size ceramic

由表1可知，复合推进剂药桨加入一定粒径陶粒后，粘度增大。这是因为陶粒的加入，增加了药桨体系的固含量，所以药桨的粘度增大。对比不同粒度陶粒对药桨粘度的影响，可知在其他条件相同的情况下，随着添加的陶粒粒径减小，药桨粘度增大。人造烧结陶粒均有一定的酸溶解度，样品R1、R2、R3和R4添加的陶粒酸溶解度分别为4.5%、5.8%、6.6%和7.5%。环氧树脂HK51酸值为22mgKOH/g，其中的酸性物质会使陶粒发生一定程度的酸解，从而使药桨粘度增大。相同密度下，陶粒粒径越小，同等质量陶粒与酸性溶液接触面积增大，酸溶解度越大，药桨粘度越大。

2.2 陶粒密度的影响

选择了平均粒径约为440μm的3种不同体积密度陶粒，按照5%的添加比例与基础配方复合推进剂（R0）药桨混合30min，制成药桨R2、R5、R6，静置10min后采用落球黏度仪考察药桨流动性，测量结果见表2。

表2 添加不同体积密度陶粒药桨粘度Tab.2 Viscosity of slurry with different bulk density ceramic

由表2可以看出，在其他条件相同的情况下，加入一定密度陶粒后，药桨粘度均增大。对比添加不同密度的陶粒的药桨粘度，其粘度变化不大，可知陶粒密度对药桨粘度的几乎无影响。

2.3 陶粒添加量的影响

选择了平均粒径439μm、体积密度为1.70 g· cm-2的陶粒分别按照5%、10%、15%、20%、25%、30%的添加比例与基础配方复合推进剂（R0）药桨混合30min，制成药桨R2、R7～R11，静置10min后采用落球黏度仪考察药桨流动性，测量结果见表3。

表3 不同陶粒添加量药桨粘度Tab.3 Viscosity of slurry with different content of ceramic

由表3可以看出，随着陶粒添加比例增大，药桨粘度增大。这是因为陶粒添加比例增大，药桨体系的固含量增大，粘度增加。陶粒添加比例为5%、10%和15%时，药桨流淌连续，淌下的药桨堆积快速消失，流平性较好。陶粒添加比例为20%和25%时，药桨能连续流淌，淌下的药桨有一定堆积，流平性不好。陶粒添加比例为30%时，药桨已无法混匀。

2.4 混合时间的影响

选择了平均粒径439μm、体积密度为1.70g· cm-2的陶粒，按照15%的添加比例与基础配方复合推进剂（R0）药桨混合。以不同的时间混合后，静置10min后采用落球黏度仪考察药桨流动性，测量结果见表4。

（3）陶粒与复合推进剂药桨混合时间越长，陶粒酸解程度越大，药桨粘度越大。

Effect of ceramsite on processing property of composite propellant

XIE Ming-zhao1，WANG Bao-xing1*，WANG Chang-shuan1，FENG 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

谢明召（1984-），男，工程师，2009年毕业于西安近代化学研究所，应用化学专业，硕士研究生，从事油气井用爆破器材研究。

王宝兴（1961-），男，研究员，研究方向：油气井用爆破器材研制及应用。