王菊俠 劉 挺 趙 爽 王 超 鄭 鵬

(陜西省石油化工研究設(shè)計(jì)院 西安 710054)

前言

在進(jìn)行石油和天然氣開(kāi)采時(shí)，采用陶粒支撐劑作為油氣井裂縫的支撐材料，可以提高油氣產(chǎn)量。隨著低滲透油氣田越來(lái)越多，使得陶粒支撐劑得到了廣泛的應(yīng)用。研究表明，陶粒支撐劑可使油井產(chǎn)量提高30%～50%，并可延長(zhǎng)其服務(wù)年限[1～3]。由此可見(jiàn)，陶粒支撐劑的質(zhì)量對(duì)油氣田的開(kāi)發(fā)有重要的意義。目前生產(chǎn)的陶粒支撐劑主要采用高鋁礬土與礦化劑、成形劑等原料加以混合，經(jīng)造粒、煅燒而成。燒結(jié)制品的性能在很大程度上取決于混合料的混合質(zhì)量，即混合料中各組元分布的均勻程度與存在狀態(tài)，同時(shí)混合料的混合質(zhì)量還影響壓制工藝和燒結(jié)工藝。國(guó)內(nèi)主要采用機(jī)械混合法混料，陶粒生產(chǎn)混料的均勻度，在配方確定后是影響成品質(zhì)量的一個(gè)重要因素，影響混合均勻度的參數(shù)有混料機(jī)的類型、轉(zhuǎn)速、填充系數(shù)、混料時(shí)間以及混合料組元的顆粒性狀、細(xì)度、密度和混合時(shí)所用的添加劑的特性等[4]。各原輔料所含金屬成分不同，密度不同，加之因含量差異大、粒度小，短時(shí)間混料均勻度很難達(dá)到理想狀態(tài)，混料時(shí)間過(guò)長(zhǎng)又增加了生產(chǎn)成本。因此，合適的混料方式和時(shí)間顯得尤為重要。

筆者針對(duì)陜西某石油壓裂材料有限公司生產(chǎn)的石油壓裂支撐劑陶粒砂生產(chǎn)線使用的上海申銀集團(tuán)15 m3立式錐型混料機(jī)的混料效果進(jìn)行研究，獲得理想的混料方式和混料時(shí)間，降低了生產(chǎn)成本，提高了產(chǎn)品質(zhì)量。

1 材料與實(shí)驗(yàn)方法

1.1 材料

1)鋁礬土。產(chǎn)地為山西陽(yáng)泉；細(xì)度為325目標(biāo)準(zhǔn)篩網(wǎng)通過(guò)率>99.5%。

2)輔料A。產(chǎn)地為河南；細(xì)度為325目標(biāo)準(zhǔn)篩網(wǎng)通過(guò)率>99.5%。

1.2 混料設(shè)備

VSH-B型立式錐型混料機(jī)的主要設(shè)備參數(shù)如表1所示。

表1 VSH-B型立式錐型混料機(jī)主要設(shè)備參數(shù)

注：設(shè)備為上海申銀機(jī)械(集團(tuán))有限公司生產(chǎn)。

1.3 試驗(yàn)方法

采用電子自動(dòng)配料系統(tǒng)進(jìn)行配料，各物料按配方要求稱量后，通過(guò)U型螺旋輸送至混料機(jī)混合。立式混料機(jī)采用V型混料倉(cāng)，沿著混料倉(cāng)壁安裝2個(gè)可進(jìn)行公轉(zhuǎn)和自轉(zhuǎn)的混料螺旋，借助螺旋攪拌并將物料揚(yáng)起，在多次這樣的運(yùn)動(dòng)中達(dá)到將物料混勻的目的。為了既經(jīng)濟(jì)又能獲得較好的混料效果，筆者分別對(duì)物料在3種不同給料方式下混合15 min、20 min、25 min、30 min、35 min、40 min、45 min、50 min后，選擇12個(gè)點(diǎn)取樣，混合后進(jìn)行檢測(cè)比對(duì)。因組分A含量較低，對(duì)產(chǎn)品性能影響比較明顯，因此，為了驗(yàn)證給料方式對(duì)混料性能的影響，本實(shí)驗(yàn)研究組分A在不同時(shí)間3種給料方式下混合料中的含量來(lái)評(píng)價(jià)混料效果。

圖1 混料機(jī)示意圖

根據(jù)物料混合均勻度對(duì)成品質(zhì)量的影響以及混合料中各組分的含量，本實(shí)驗(yàn)采取分析含量較少的輔料A的含量來(lái)評(píng)定混合效果，根據(jù)配方計(jì)算出混合料中組分A的含量為2.8。

2 結(jié)果與討論

2.1 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

根據(jù)配方要求將各個(gè)組分用稱量斗準(zhǔn)備稱量，打開(kāi)混料機(jī)分別同時(shí)開(kāi)始給料(中間給輔料A),先給鋁礬土再給輔料A,3種方式進(jìn)行給料，物料全部進(jìn)入混料機(jī)后開(kāi)始計(jì)時(shí)，在不同時(shí)間點(diǎn)停機(jī)取樣進(jìn)行成分檢測(cè)。

2.1.1 同時(shí)給料方式混料

給料方式一。將稱量好的原輔材料，同時(shí)開(kāi)始放料，在原料全部進(jìn)入混料倉(cāng)后開(kāi)始計(jì)時(shí)，不同時(shí)間點(diǎn)的檢測(cè)結(jié)果如表2所示。

表2 同時(shí)給料方式下不同混料時(shí)間輔料A的檢測(cè)結(jié)果(%)

2.1.2 分別給料方式混料

表3 分別給料方式下的混料不同時(shí)間后輔料A的檢測(cè)結(jié)果(%)

給料方式二。先將鋁礬土完全放入混料倉(cāng)后，再將輔料A放入混料倉(cāng)，然后開(kāi)始計(jì)時(shí)混料，具體混料結(jié)果如表3所示。

2.1.3 中間給料(輔料A的輸料)方式混料

給料方式三。調(diào)整給料時(shí)間，輔料A在鋁礬土下料3 min后開(kāi)始給料，在鋁礬土給料完畢前1 min完成給料，然后檢測(cè)其在不同混料時(shí)間下輔料A的含量，具體結(jié)果如表4所示。

表4 中間給輔料A的給料方式混料不同時(shí)間后輔料A的檢測(cè)結(jié)果(%)

2.2 結(jié)果分析

由上述結(jié)果可以看出：給料方式一，隨著時(shí)間增加，輔料A的含量緩慢上升，在混料時(shí)間達(dá)到50 min時(shí)，混合料中輔料A的含量最接近理論計(jì)算結(jié)果；給料方式二，輔料A的含量隨時(shí)間的增加也在緩慢上升，但是其含量變化波動(dòng)較大，在混料時(shí)間為50 min時(shí)，其混料效果遠(yuǎn)沒(méi)有達(dá)到混料要求；給料方式三，在混料時(shí)間為30 min時(shí)，混料效果達(dá)到了理論計(jì)算結(jié)果，且隨著混料時(shí)間的延長(zhǎng)，其輔料A的含量不再明顯波動(dòng)。

影響粉末混合效果的因素有很多，物料的物理性狀，如細(xì)度、密度、流動(dòng)性等，這些都對(duì)其混合效果有很大的影響，物料的磁性、靜電等也會(huì)影響其混合效果。本實(shí)驗(yàn)中鋁礬土和輔料A細(xì)度相同，流動(dòng)性一致，而且均不攜帶靜電，但是輔料A的密度略大于鋁礬土，其含量很小，可以排除其對(duì)混料效果的影響。

由上述結(jié)果可以看出，本實(shí)驗(yàn)中給料方式不同，物料的混料效果也不同。給料方式三優(yōu)于給料方式一，給料方式二最差。在給料方式二中，物料分開(kāi)給料，在混料倉(cāng)中上下界限分明，而立式混料機(jī)主要是通過(guò)圓周運(yùn)動(dòng)和螺旋翻動(dòng)將料由底部提至料面后分散開(kāi)，多次運(yùn)動(dòng)后混合均勻。給料方式二中，輔料A堆積在一起，混合時(shí)不容易分散開(kāi)，造成不同混料時(shí)間下的檢測(cè)結(jié)果波動(dòng)較大，混料時(shí)間為50 min時(shí)，其混料效果還未達(dá)到理論計(jì)算結(jié)果，要將輔料A均勻分布在整個(gè)料倉(cāng)內(nèi)就需要更長(zhǎng)的混料時(shí)間，這樣就降低了混料機(jī)的工作效率，提高了混料的生產(chǎn)成本。給料方式三中，輔料A在加料時(shí)已經(jīng)在料倉(cāng)切面分布比較均勻，經(jīng)過(guò)30 min的圓周攪拌和螺旋翻動(dòng)后容易達(dá)到均勻分布。由此可以看出，給料方式三，將含量較少的輔料A在給料時(shí)與主料進(jìn)行一定程度的混合，更容易獲得均勻的混合料，其最佳的混料時(shí)間為30 min。

3 結(jié)語(yǔ)

影響混料機(jī)混料效率和混料效果的因素還有很多，在目前環(huán)境下，含量較少的輔料A給料時(shí)與主料進(jìn)行一定程度的混合，在混料時(shí)間為30 min時(shí)混料效果最佳，生產(chǎn)成本最低，隨著條件發(fā)生變化影響效率還可能有所差異。