升温速率对低密度压裂支撑剂性能及结构的影响

科学技术创新2020.30
灵活，可以根据春、夏、秋、冬四季不同的用电特性调整电价，引
导用户错峰用电。

3.2.2营销服务体制在大数据时代下，为了使电力企业快速抢占市场，应充分利用大数据优势，实现精准营销。

首先，分析目标区域的用电量、客户缴费情况等，计算该区域用户的未来用电潜力，降低电
力企业的营销风险；其次，从用户个体出发，建立用户个体档案，记录用户用电、缴费、投诉等情况，针对性的进行客服服务。

最
后，对用电异常或高电价时段进行提醒，帮助用户实现灵活经济用电，真正促进用户与企业的捆绑关系。

综上所述，根据用户群体进行精细化营销与服务：（1）第1类用户。

该类用户还未入住，因此应在用电异常时对其进行提醒。

（2）第2类用户。

该类用户整体用电量较低，且该用户群体不擅长使用智能手机，因此应主动进行线下指导。

（3）第3类用户。

该类用户工作时间固定，用电错峰困难，因此应主动发送优惠用电信息。

（4）第4、5类用户。

该类用户包含了老人与上班族，在用电方式上可以错开用电高峰期，因此应主动发送用电量、电价、优惠等用电信息。

4结论
针对当前电改体制下的电力企业营销服务优化问题，以浙江某地某小区的用户历史用电信息为基础，对用户用电行为进
行聚类分析，获得居民在春、夏、秋、冬四季下的用电特性。

首先
对聚类结果进行横向对比，发现在不同季节下，用电峰值的变化；其次对聚类结果进行纵向对比，发现同一季节下，不同用户群体的差异化用电方式。

本文根据上述对用户用电特性的分析，提出了电价与营销服务策略，对用户进行精细化管理，以此提升用户的用电舒适度，提升电力企业在电力市场中的竞争力与占有份额。

参考文献
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升温速率对低密度压裂支撑剂性能及结构的影响
马晓霞
（中北大学朔州校区化工与环境管理部，
山西朔州036000）压裂支撑剂是一种高强人造陶瓷颗粒，也被称为陶粒。

体积密度是影响其作用效果的主要机械性能之一[1]。

在石油压裂使用过程中，低密度压裂支撑剂[2-3]有着远优于高密度支撑剂的
优点，同等重量下，低密度陶粒支撑的裂缝更宽，携砂性能更好。

低密度陶粒需要合适的助熔剂通过液相烧结[4]完成，在升温阶段中，多数材料可进行烧结致密化，晶体的生长速度由升温速率所决定，两者呈现正向关系，即升温速度提升，晶体的生长速度也会不断加快。

与样品气孔排出速度相比，
若升温速度高于排出速度，那么晶体内的气体排出就会受到阻碍，成品低性能与结构不紧密及气孔率高有关。

同时也需注意，
并非升温速率越慢越好，这主要是由于速度慢则在制备产品时会消耗更多的能量，导致成本提升。

因此，
对于材料烧结行为的研究，重点在于降低成本、寻找合适的升温速率，以此才能更好优化烧结工艺[6]。

本文以二级乙等铝矾土及固废陶粒砂为主要原料，
锰矿粉及白云石为助熔剂，在适宜升温速率下，将温度提高到1260℃，制备了低密度低破碎率的压裂支撑剂。

1实验1.1实验原料
支撑剂样品所用的实验原料，
二级乙等铝矾土、固废陶粒砂、锰矿粉及白云石均来源于山西阳泉某陶粒砂厂，原料组分含量如表1所示。

1.2样品制备
根据表2实验配方进行配料，
将称量好的原料装摘
要：以二级乙等铝矾土为主要原料，添加10wt.%固废陶粒砂，锰矿粉及白云石为烧结助剂，
于1260℃下制备了低密度莫来石刚玉质压裂支撑剂，讨论了烧结工艺中以不同升温速率将烧成温度提高到1260℃时对支撑剂样品结构及性能的影响。

结果表明：随着升温速率的放慢，基体液相量逐渐增加，晶界清晰可见，大块刚玉围绕生长，莫来石穿插其中，当升温速率为5℃/min 时，试样的性能最佳：体积密度为1.65g/cm 3，52MPa 闭合压力下的破碎率为8.5%。

关键词：压裂支撑剂；低密度；莫来石；刚玉；显微结构中图分类号：TE357.12
文献标识码：A
文章编号：2096-4390（2020）30-0074-03
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2020.30科学技术创新
入德国爱立许混合机内混合5min ，加水约15%制成20/40目半成品球坯。

将半成品放入恒温鼓风干燥箱，于110℃下干燥6h 。

干燥后称取5份等量半成品至于耐火砖中，分别以1℃/min 、3℃/min 、5℃/min 、7℃/min 、9℃/min 升温至1260℃后保温2h ，随炉冷却至室温，即得所需样品支撑剂。

表1原料成分分析
表2实验配方
1.3性能检测及表征
根据SY/T 5108-2014标准[7]，即压裂支撑剂行业标准，做好支撑剂的抗破碎能力、
体积密度测试；使用X'Pert PRO 型X 射线衍射仪，分析晶相的构成；同时采用FESEM ，S-4800的电子显微镜进行扫描，对支撑剂的显微形貌进行观察。

2结果与讨论
2.1不同升温速率对支撑剂体积密度及破碎率的影响从图1可以看出，体积密度随着升温速率的提升在不断减小，当速率达到1℃/min 时，所烧成样品的密度=1.68g/cm 3，速率为3℃/min 时，密度=1.67g/cm 3，在1℃、3℃升温速率下，所烧制而成的样品体积密度超出油气压裂支撑剂行业标准的要求（20/40目低密度陶粒体积密度要求）。

当升温的速率为5℃/min ，密度=1.65g/cm 3，达到标准的需求。

从这里可以看出，温度升高至同个温度时，缓慢提升时，其样品反而可以获得更大体积密度。

图1不同升温速率下样品支撑剂的体积密度
图2不同升温速率下样品支撑剂的破碎率
从图2我们可以看出，样品支撑剂破碎率和升温速率也是正向关系，慢速度的升温其破碎率越低。

速率达到5℃/min ，破碎率=8.5%，达到了相应的要求。

因此可以说明缓慢的升温可以让支撑剂有着更高强度。

但在生产的实际过程中，
升温速率越小，说明在达到了一样的烧结温度所用的时间更多，
因此成本大，耗能多，对企业的发展不利。

2.2不同升温速率对支撑剂晶相组成的影响
图3
从图3中可以看出不同升温的速率下，完成烧制后，晶相以刚玉为主。

并且可以看出，升温速率=9℃/min ，晶体衍射峰数量是比较少的，这可以说明是由于升温的速率过快导致样品的结晶率非常低。

而升温速率=7℃/min ，烧制完成之后的样品支撑剂衍射峰数量不断增加，并且可见三种晶相，即钙长石、莫来石、刚玉。

升温速率=5℃/min ，衍射峰数量持续性增加，而且峰强也有所增大，说明这种升温速率非常有利于莫来石的晶化。

当这个升温速率开始下降时，降至1℃/min 过程中，其衍射峰强度慢
慢减弱，这说明了比较慢的升温速度，可能造成过量的液相生成，导致一部分的晶粒溶于液相中，而且伴随其流动传质的特点，在气孔填充时，增加基体强度，同时提升了支撑剂的体积密
体积密度（g /c m 3）
升温速率（℃/min ）
wt.%
样品
白云石
固废陶粒砂
白云石 锰矿粉 A
82.5
10
3.5
4
8.0
8.28.48.68.89.0
9.29.49.69.8破碎率（%）
升温速率（℃/min ）
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度[8]。

2.3不同升温速率对支撑剂显微结构的影响根据图4作如下分析。

A-1℃/min ，可看出有着过量的液相，而由于液相过多则造成了晶粒的粘结，所以A 图看上去，其晶界是比较模糊不清的。

C-5℃/min ，此时可见比较清晰的晶界，这时有莫来石与刚玉生长，液相相对适量，并可见各个晶粒之间，出现了较好的胶连。

D-7℃/min 、E-9℃/min 。

通过这两个图可以看出，
支撑剂的结果明显不紧密。

原因主要在于升温的速率太快，矿物内的反应只是部分反应，温度升温的速率过快，因此晶粒生长受到制约，且生长不完全。

而且，因为升温的速率过快，造成的反应生成的气孔无法及时排出，故样品可见支撑剂有较多气孔，结构过于松散且气孔多，因此基体断裂几率增加。

特别是当表面的气孔越多时，承受压力所生产的微裂纹也会越来越多，导致支撑剂破碎率高，
且性能不足[10]。

3结论
3.1升温速率对样品晶相及显微组织结构具有显著影响，适宜的升温速率使莫来石可以更好地晶化，显微组织结构也更为致密。

3.2升温速率太快时，物料间反应不充分，液相量不够，致使样品结构疏松，气孔较多，晶相发育不完全，造成样品体积密度降低、破碎率提高。

升温速率太慢时，生产能耗增加，生产周期延长，导致企业生产成本提高。

参考文献
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[10]马晓霞.低密高强陶粒支撑剂的制备及性能研究[D].太原：太原科技大学，2016.作者简介：马晓霞（1990-），女，汉族，山西省怀仁县，硕士研究生，研究方向：新材料的设计与优化。

图4样品支撑剂在不同升温速率下的SEM 图片
76--。