中國粉體網(wǎng)訊  石油壓裂支撐劑是一種在開采石油時使用的裂縫填充材料。隨著石油開采深度的加深，為提高油井產(chǎn)量和延長開采年限，在開采石油時，需要將支撐劑注入壓裂液中，使開采裂縫保持裂開狀態(tài)以保證石油開采的順利進行。

根據(jù)支撐劑的實際應(yīng)用狀況，可以將其分為石英砂支撐劑、人造陶粒支撐劑和覆膜支撐劑等不同的類型。

三種支撐劑的主要屬性

根據(jù)對支撐劑市場的調(diào)查，不同支撐劑的市場份額中，石英砂占80%，陶粒支撐劑占10%，覆膜樹脂砂占10%，可以看出目前市面上的支撐劑還是以石英砂為主。盡管相較于陶粒和覆膜支撐劑來說，石英砂的抗壓強度較低，抵抗破碎的能力較差，但是近年來，國內(nèi)外壓裂支撐劑發(fā)展開始逐漸趨于低成本化，未來石英砂仍然是壓裂支撐劑的首選。

石英砂支撐劑的特點和制備方法

天然石英砂通常為石英砂巖經(jīng)風(fēng)化剝蝕和水力沖刷等作用形成的顆粒，為了使其具有最佳性能，需要經(jīng)過一系列的加工處理如清洗、烘干、篩分等，才可以作為支撐劑進行使用。石英砂的主要成分為石英，同時伴有少量的Fe₂O₃ 和Al₂O₃以及CaO和MgO等。石英砂的體積密度一般約為1.75g/cm³，視密度約為2.65g/cm³，可以作為壓裂支撐劑的石英砂，其石英含量一般在80%左右，對于更為優(yōu)質(zhì)的石英砂來說，石英含量甚至可以達到98%。北美地區(qū)壓裂所用的石英砂大致可分為白砂和黃砂，白砂的石英含量高，單晶占比高，雜質(zhì)少，具有較好的抗破碎強度。黃砂的雜質(zhì)含量較高，顏色較深，且多晶石英占比較高，強度較白砂差。中國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、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。

石英砂支撐劑

來源：長江材料

石英砂具有價格低廉、操作方便等優(yōu)點，在閉合壓力低的儲層有較好的增產(chǎn)改造效果。但由于其自身抗壓強度較低、破碎率較大，當(dāng)儲層閉合壓力達到甚至超過35 MPa時，石英砂會產(chǎn)生大量破碎，同時由于微粒運移、地層堵塞、支撐劑嵌入以及壓裂液傷害等因素的影響，使支撐裂縫的導(dǎo)流能力大幅降低，從而影響壓裂效果，因此，石英砂一般比較適合于地層閉合壓力較小的油氣儲層壓裂作業(yè)。此外，石英砂形狀不均勻，圓球度較低，對壓裂管柱、管匯和射孔炮眼等會產(chǎn)生較大磨損。

石英砂資源豐富，價格便宜，可就地取材，通常石英砂呈塊狀或顆粒狀。石英砂支撐劑的制備方法可分為三種：直接就地取材在海灘、河灘或者沙漠的石英砂篩選出合適粒徑直接使用；開采的石英礦經(jīng)過破碎篩分后直接使用；開采的石英礦進行破碎篩分后，進行拋光處理后作為支撐劑，提高石英砂支撐劑的球度。

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。同一規(guī)格石英砂粒徑分布為正態(tài)分布時，其抗壓強度基本相同；接近其粒徑下限且分布較為分散時，測得的破碎率值較大。石英砂粒徑分布不僅影響破碎率，對人工裂縫充填支撐后的導(dǎo)流能力影響更大，由于壓實作用，同一規(guī)格不同粒徑分布的石英砂導(dǎo)流能力變化較大。因而石英砂生產(chǎn)工藝中應(yīng)更注重篩分工序，可采用多級、多次篩分處理，直至符合要求。

中國石英砂支撐劑性能評價方法

目前，常用的支撐劑檢驗標(biāo)準(zhǔn)主要包括：美國石油學(xué)會發(fā)布的《水力壓裂和礫石充填作業(yè)用支撐劑性能測試方法》（API 19C-2018），國際標(biāo)準(zhǔn)化組織發(fā)布的《石油和天然氣工業(yè)完井液和材料第２部分：水力壓裂和礫石充填作業(yè)用支撐劑性能測試方法》（ISO 13503-2:2006(E)），中國石油天然氣行業(yè)發(fā)布的《水力壓裂和礫石充填作業(yè)用支撐劑性能測試方法》（SY/T5108-2014），中國石油天然氣集團有限公司發(fā)布的企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《壓裂支撐劑性能指標(biāo)及評價測試方法》（Q/SY17025-2019）。目前國內(nèi)石油壓裂支撐劑檢測采用的行業(yè)推薦標(biāo)準(zhǔn)為《水力壓裂和礫石充填作業(yè)用支撐劑性能測試方法》（SY/T5108-2014），性能評價主要包括粒徑、圓球度、酸溶解度、濁度、密度、破碎率和灼燒損耗等七大方面。

壓裂支撐劑破碎率性能指標(biāo)

壓裂支撐劑酸溶解度性能指標(biāo)

總之，符合標(biāo)準(zhǔn)的支撐劑一般要具備：為了方便泵入地下，相對密度不能太大，一般認(rèn)為體積密度≤1.50 g/cm³，視密度在2.5g/cm³即為密度較低水平；強度高，在高閉合壓力下的破碎率�。▔毫阎�撐劑破碎率性能指標(biāo)如圖所示）；在高溫及化學(xué)環(huán)境中穩(wěn)定性好（壓裂支撐劑酸溶解度性能指標(biāo)如圖所示）；圓球度好，在井下支撐裂縫時可以保持較好的空隙；價格便宜，原料來源廣，制備、生產(chǎn)工藝簡單等特征。

結(jié)語

石英砂支撐劑雖然強度不大，但成本低，資源廣泛，在多數(shù)的淺井開采中，石英砂就可以達到支撐劑的標(biāo)準(zhǔn)，對增產(chǎn)石油天然氣有很好的效果。近年來，國內(nèi)對石化類能源的總需求仍將保持在高位水平，油氣行業(yè)開采投入仍在持續(xù)增加，投資逐年增長，因此石油天然氣行業(yè)的發(fā)展為壓裂支撐劑提供了廣闊的市場空間，同時也將帶動石英砂支撐劑產(chǎn)業(yè)的持續(xù)發(fā)展。

參考來源：

毛崢等.水力壓裂支撐劑應(yīng)用現(xiàn)狀與研究進展

宋攀等.石油壓裂支撐劑的研究進展

接葉楠.壓裂支撐劑研究進展

宋恩鵬.壓裂支撐劑國內(nèi)外檢驗標(biāo)準(zhǔn)對比

尹輝.石英砂替代技術(shù)研究及質(zhì)量監(jiān)管

（中國粉體網(wǎng)編輯整理/初末）

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