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北美地區(qū)石英砂支撐劑應(yīng)用新理念
當(dāng)前，北美地區(qū)各油公司和油服公司共同致力于“提高單井產(chǎn)量和降低建井成本”，其中鉆完井成本為400萬(wàn)～800萬(wàn)美元，平均為650萬(wàn)美元，壓裂成本占比達(dá)60%。而在壓裂成本中材料構(gòu)成是關(guān)鍵，壓裂液成本和支撐劑成本最高分別占到鉆完井成本的19%和25%，特別是支撐劑因素，成為降低成本的重要挖潛對(duì)象。
2014年以來(lái)，北美地區(qū)通過(guò)技術(shù)及管理創(chuàng)新，采用石英砂替代陶粒、就近建砂廠等方式，大幅降低了水力壓裂工程作業(yè)成本，助推了非常規(guī)油氣經(jīng)濟(jì)高效開發(fā)�；凇敖�(jīng)濟(jì)夠用”理念，用價(jià)格低的石英砂（約120美元/t）替代陶粒（約480美元/t），目前北美地區(qū)支撐劑中石英砂占比已達(dá)96%，經(jīng)濟(jì)成本優(yōu)勢(shì)巨大。另外，小粒徑石英砂成為北美地區(qū)支撐劑使用主流，2018年北美地區(qū)開采頁(yè)巖氣所用的40/70目和100目?jī)煞N細(xì)砂之和約占所用支撐劑總量的70%以上，其中二疊盆地所用支撐劑中，細(xì)粒石英砂從2015年開始占據(jù)主導(dǎo)地位，2019年40/70目與100目的細(xì)砂占比為80%，在3500m以深的深層100目石英砂占比已超68.6%。
圖1 2008—2019年北美地區(qū)頁(yè)巖氣支撐劑粒徑分布
北美地區(qū)油氣公司采取砂源本地化策略，大量使用石英砂的同時(shí)，積極在油田周邊尋找砂源，就近建砂廠，實(shí)現(xiàn)石英砂本地化，降低成本。以美國(guó)二疊盆地為例，2019年使用當(dāng)?shù)攸S砂作為支撐劑的壓裂井井?dāng)?shù)為1548口，占比為60%。通過(guò)本地化砂廠建設(shè)，石英砂價(jià)格由180美元/t下降到50美元/t，節(jié)省了2/3以上的長(zhǎng)途運(yùn)輸費(fèi)用，僅于2018年已累計(jì)節(jié)省支撐劑費(fèi)用達(dá)22億美元，經(jīng)濟(jì)效益顯著。
通過(guò)石英砂替代陶粒、本地化砂廠的持續(xù)推進(jìn)，北美地區(qū)非常規(guī)油氣產(chǎn)量保持高速增長(zhǎng)，“砂量換油（氣）量”成效突出，石英砂推廣應(yīng)用理念進(jìn)一步被證實(shí)。統(tǒng)計(jì)Bakken油田頁(yè)巖氣井累計(jì)產(chǎn)量可知，分別采用100%石英砂、55%覆膜石英砂+45%石英砂、55%陶粒+45%石英砂3種支撐劑壓裂施工中，其中以55%覆膜石英砂+45%石英砂作為支撐劑施工的井初期產(chǎn)量最大。生產(chǎn)一年后，各井產(chǎn)量逐步趨于穩(wěn)定，并較為接近，說(shuō)明使用陶粒支撐劑裂縫導(dǎo)流能力較高，但成本高；使用石英砂支撐劑裂縫導(dǎo)流能力雖然較低，但成本低，且石英砂支撐劑同樣可以滿足頁(yè)巖氣井長(zhǎng)期生產(chǎn)的需求。
中國(guó)石英砂支撐劑品質(zhì)評(píng)價(jià)
中國(guó)天然石英砂支撐劑主要分布在新疆陸梁、蘭州安寧、寧夏青銅峽、河北圍場(chǎng)、內(nèi)蒙古赤峰和通遼等地，常見的粒徑規(guī)格為20/40目、30/50目、40/70目和70/140目。石英砂的礦物成分及晶體結(jié)構(gòu)為砂源地固有屬性，提高天然石英砂支撐劑質(zhì)量的關(guān)鍵是控制成品砂的粒徑分布及砂表層處理工藝。支撐劑粒徑分布不僅影響破碎率，而且更重要的是影響支撐劑充填層的導(dǎo)流能力，同一規(guī)格不同粒徑分布的石英砂導(dǎo)流能力變化較大。
全面評(píng)價(jià)中國(guó)六大主要砂源地220組不同規(guī)格樣品性能，同時(shí)評(píng)價(jià)北美地區(qū)代表性砂源，與美國(guó)實(shí)驗(yàn)室開展平行測(cè)試。結(jié)果表明：中國(guó)石英砂為多晶/ 單晶混合物、圓球度大于或等于0.6，國(guó)內(nèi)40/70目和70/140目石英砂破碎等級(jí)可達(dá)4K、5K（對(duì)應(yīng)壓力為28MPa、35MPa），與美國(guó)通用黃砂（得克薩斯州Brady砂）相當(dāng)，破碎率基本接近，堅(jiān)定了國(guó)內(nèi)石英砂應(yīng)用推廣。
國(guó)內(nèi)石英砂砂源本地化新進(jìn)展
中國(guó)目前已投入開發(fā)的壓裂用石英砂主要分布于寧夏青銅峽、河北圍場(chǎng)、內(nèi)蒙古赤峰和通遼等地區(qū)，同屬北方風(fēng)成砂，而中國(guó)石油非常規(guī)油氣資源主要集中于南方四川、西北新疆和長(zhǎng)慶等地區(qū)，石英砂生產(chǎn)成本約為260元/t，而北方石英砂運(yùn)輸?shù)剿拇ā⑿陆鹊氐倪\(yùn)輸成本約為450～700 元/t，如能實(shí)現(xiàn)砂源本地化，將極大降低支撐劑成本。
借鑒北美地區(qū)油氣公司砂源本地化策略，針對(duì)中國(guó)非常規(guī)油氣重點(diǎn)開發(fā)的準(zhǔn)噶爾、鄂爾多斯和四川三大盆地，中國(guó)石油組織相關(guān)單位在四川、陜西、內(nèi)蒙古、新疆等地開展51個(gè)不同地區(qū)砂源地考察、取樣、測(cè)試分析、出品率評(píng)價(jià)等工作，為石英砂本地化打下了堅(jiān)實(shí)的物質(zhì)基礎(chǔ)。評(píng)價(jià)結(jié)果表明：①新疆石西地區(qū)風(fēng)成砂品質(zhì)較新疆其他地區(qū)好，主要優(yōu)勢(shì)為距離油區(qū)近、運(yùn)輸費(fèi)用低，基本可滿足瑪湖致密油區(qū)塊及吉木薩爾頁(yè)巖油區(qū)塊產(chǎn)能建設(shè)需求；②鄂爾多斯盆地內(nèi)砂源以風(fēng)成砂為主，主要位于青銅峽、定邊周邊，距離長(zhǎng)慶隴東致密油區(qū)近，砂源品質(zhì)較好，能滿足長(zhǎng)慶油田和延長(zhǎng)油田致密油氣壓裂需求；③四川地區(qū)砂源主要以石英砂礦礦砂為主，石英含量高，其中江油、青川地區(qū)70/140 目粉砂與現(xiàn)場(chǎng)在用石英砂破碎率和導(dǎo)流能力相當(dāng)，基本滿足頁(yè)巖氣淺層壓裂需求；④長(zhǎng)江流域40/70 目和70/140目河道砂在35MPa閉合應(yīng)力下破碎率普遍高于30%，不能滿足現(xiàn)場(chǎng)水力壓裂施工需求。
目前，新疆石西地區(qū)已建成50×104t/a 規(guī)模的現(xiàn)代化石英砂廠，已初步完成長(zhǎng)慶騰格里和鄂托克前旗兩個(gè)50×104t/a規(guī)模砂廠的建設(shè)論證工作，推進(jìn)了中國(guó)石油本地化砂廠建設(shè)，為支撐劑長(zhǎng)遠(yuǎn)自供提供了保障。本地化石英砂廠的建成將成為新疆油田、長(zhǎng)慶油田支撐劑的重要補(bǔ)充，大幅度緩解支撐劑供應(yīng)短缺問(wèn)題，同時(shí)也將推進(jìn)國(guó)內(nèi)石英砂砂廠標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)，提升石英砂質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。
石英砂推廣試驗(yàn)成效
在可行性評(píng)價(jià)研究的基礎(chǔ)上，強(qiáng)化頂層設(shè)計(jì)，有序開展頁(yè)巖氣、致密油石英砂替代陶粒對(duì)比先導(dǎo)試驗(yàn)，創(chuàng)建鄂爾多斯、準(zhǔn)噶爾瑪湖等地區(qū)石英砂推廣應(yīng)用六大示范區(qū)。石英砂用量由2015年的65×104t提高到2019年的275×104t，占比由不足46% 增加到69%，年節(jié)約成本達(dá)到20億元以上。如跟蹤分析新疆瑪湖油田50余口石英砂試驗(yàn)井與陶粒對(duì)比井初期與長(zhǎng)期（2年以上）的產(chǎn)量動(dòng)態(tài)，目前結(jié)果表明：石英砂試驗(yàn)井與陶粒對(duì)比井日產(chǎn)量及累計(jì)產(chǎn)量基本相當(dāng)，而與陶粒對(duì)比井相比，石英砂試驗(yàn)井單井成本節(jié)約135萬(wàn)～348萬(wàn)元，百萬(wàn)噸產(chǎn)能降低成本達(dá)3億元以上，充分證明了石英砂替代陶粒有效可行，展示出廣闊的經(jīng)濟(jì)效益前景。
預(yù)計(jì)未來(lái)5年內(nèi)，年均改造井次將達(dá)4.5萬(wàn)～5.5萬(wàn)次，支撐劑用量將達(dá)（500～600）×104t/a，石英砂支撐劑需求量將是目前的2.5倍。以西南頁(yè)巖氣為例，預(yù)計(jì)到2025年擬新建水平井約1800 口，按目前平均單井支撐劑用量（約2700t規(guī)模）和當(dāng)前核算價(jià)格( 石英砂成本約1100元/t，陶粒成本約2200元/t)，預(yù)計(jì)累計(jì)支撐劑投資約110億元。若采用石英砂替代陶粒，投資成本有望降到60億元以內(nèi)，降幅超40%；若實(shí)現(xiàn)砂源本地化后，成本有望進(jìn)一步降低，這對(duì)實(shí)現(xiàn)低品位資源的低成本、高效開發(fā)意義重大�；谝陨涎芯亢驼J(rèn)識(shí)，為進(jìn)一步提升石英砂降本增效，未來(lái)應(yīng)持續(xù)擴(kuò)大石英砂在四川頁(yè)巖氣，以及鄂爾多斯、新疆、松遼等致密油氣的應(yīng)用規(guī)模，加強(qiáng)石英砂推廣應(yīng)用與就近砂廠建設(shè)，提高中國(guó)石英砂品質(zhì)，保障國(guó)內(nèi)油氣低成本開發(fā)。
（中國(guó)粉體網(wǎng)編輯整理/茜茜）
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