中國粉體網(wǎng)訊 壓裂開采是油氣田穩(wěn)產(chǎn)增產(chǎn)的重要技術(shù)手段，對低滲透率及超深油氣藏的開發(fā)尤為重要。其中壓裂支撐劑是進(jìn)行油氣壓裂開采的核心技術(shù)產(chǎn)品。它是油氣儲(chǔ)層改造中用來支撐壓裂人工裂縫的一種關(guān)鍵材料，是提高壓裂成功率和改造效果的關(guān)鍵。
水力壓裂作業(yè)流程圖
支撐劑是具有一定粒度和強(qiáng)度、一定圓球度和級(jí)配的天然砂或人造高強(qiáng)陶瓷固體顆粒。自世界上第一例油氣田水力壓裂技術(shù)成功應(yīng)用以來，支撐劑的發(fā)展已經(jīng)有數(shù)十年。目前工業(yè)上使用的支撐劑主要有天然石英砂、人造陶粒、覆膜支撐劑3種。
天然石英砂
石英砂是一種分布廣泛的硬度大質(zhì)脆的天然礦物，主要產(chǎn)于沙漠河灘以及沿海地區(qū)。天然石英砂主要組分為二氧化硅（SiO2)，同時(shí)有少量的Al2O3、Fe2O3、K2O、Na2O、CaO、MgO等成分。石英砂的主要礦物成分是石英，含量通常在80%以上，在優(yōu)質(zhì)石英砂中含量高達(dá)98.5%以上，石英砂因石英含量較高而具有堅(jiān)硬、耐磨、化學(xué)性能穩(wěn)定等特點(diǎn)，僅溶于氫氟酸，不溶于其他酸。
石英砂具有原料豐富、價(jià)格低，密度小（約為2.65g•cm-3）、易泵送，破碎后仍有較好的導(dǎo)流能力等優(yōu)勢，對低閉合壓力的油氣井有一定的增產(chǎn)作用。而且石英砂做壓裂劑成本低、操作便利、經(jīng)河水沖刷后表面較為圓潤，因此被廣泛用作水力壓裂支撐劑。
但是，選用石英砂為支撐劑也存在一些不足：石英砂脆性較大、強(qiáng)度較低，裂縫閉合壓力高時(shí)石英砂容易破碎，顯著降低裂縫的有效支撐面積，達(dá)不到油氣增產(chǎn)效果；石英砂表面凹凸性不好，不利于增大裂縫的滲透率。另外就是石英砂熱膨脹系數(shù)較大，當(dāng)井深度較深、溫度較高時(shí)，石英砂存在因相變而產(chǎn)生突然膨脹的風(fēng)險(xiǎn)。這些缺點(diǎn)往往使得天然石英砂不能滿足深層低滲透油氣開發(fā)時(shí)水力壓裂的需要。
人造陶粒
在石英砂支撐劑強(qiáng)度不滿足高閉合壓力油氣井性能要求的情況下，研究者們發(fā)明了一種人造陶粒支撐劑。陶粒支撐劑常以鋁礬土等礦物料為主要原料，輔以各種礦物添加劑在無壓氣氛下燒結(jié)而成。而且根據(jù)燒結(jié)后體積密度和視密度的不同，可將支撐劑分為低密度、中密度、高密度3種。
人造陶粒壓裂支撐劑分類
相對于石英砂來講，陶粒支撐劑的圓球度高、表面光滑、流動(dòng)性好、抗壓強(qiáng)度高、破碎率低。但其同樣也存有缺點(diǎn)：（1）顆粒密度大，沉降速度快，這就對泵送條件和壓裂液的性能提出了更高的要求，增大成本；（2）鋁礬土資源分布分散，加工開采受限，對原料的要求嚴(yán)格，資源利用受限。
覆膜支撐劑
覆膜支撐劑提高了支撐劑的強(qiáng)度、抗酸堿性，又叫樹脂包覆支撐劑。通常包含兩個(gè)部分，內(nèi)部由具有一定強(qiáng)度的骨料組成，外部則是被樹脂包覆作為涂層。
樹脂包覆支撐劑同時(shí)具有石英砂密度低以及陶粒支撐劑抗壓強(qiáng)度大的特點(diǎn)，表面光滑，導(dǎo)流性能好，易攜帶傳輸，除用于壓裂支撐外，還可有效的防止壓裂液返排時(shí)支撐劑返吐、表面剝落以及地層出砂現(xiàn)象，樹脂包覆支撐劑的每個(gè)顆粒均有一層均勻堅(jiān)韌的樹脂外殼，且顆粒之間也因一定的聚合作用鍵合在一起，高溫穩(wěn)定性較好，耐酸腐蝕。但其也存在成本較高、化學(xué)穩(wěn)定性欠佳，高閉合應(yīng)力下易粘接、導(dǎo)流能力大幅下降等缺點(diǎn)。
天然石英砂的優(yōu)勢是否在退卻？
首先，石英砂于 60 年代后開始現(xiàn)場應(yīng)用，憑借其性能特點(diǎn)以及成本優(yōu)勢，目前仍在淺井和中深井壓裂作業(yè)中被大量使用。但人造陶粒因圓球度好、強(qiáng)度高、耐腐蝕、導(dǎo)流能力最隹，在中、深井中大量使用。且樹脂覆砂因樹脂有増強(qiáng)、改善圓滑度等功能，性能較原砂有了進(jìn)一步提髙，可代替人造陶粒在中深井中使用。其需求也在緩慢增加。
2018年我國人造陶粒支撐劑需求總量為119.51萬噸，石英砂支撐劑需求總量為89.19萬噸，覆膜支撐劑需求總量為46.12萬噸。
2016-2018年我國不同類型壓裂支撐劑需求總量統(tǒng)計(jì)（單位：萬噸）
2018年我國人造陶粒支撐劑市場規(guī)模為22.83億元，規(guī)模同比增長10.29%；石英砂支撐劑市場規(guī)模為5.66億元，規(guī)模同比增長11.20%；覆膜支撐劑市場規(guī)模為4.98億元，規(guī)模同比增長4.18%。
2016-2018年我國不同類型壓裂支撐劑規(guī)模情況（單位：億元）
隨著我國油氣勘探的不斷深入，勘探開發(fā)對象越來越復(fù)雜，油氣資源品味越來越差。且隨著中淺層石油的減少，急需開采深層油氣，但是由于地層壓力的不斷增大，天然石英砂在滿足水力壓裂技術(shù)對支撐劑的要求上似乎沒有多少優(yōu)勢可言。
此外，低滲致密油氣經(jīng)濟(jì)高效開發(fā)對水力壓裂技術(shù)提出了新的挑戰(zhàn)，對壓裂支撐劑成本、性能和功能提出了新的要求，一些低成本、高強(qiáng)度低密度、高導(dǎo)流能力、多功能化、智能化支撐劑等正在加強(qiáng)攻關(guān)研究。在油氣勘探越來越復(fù)雜、深入的趨勢下，天然石英砂的一些優(yōu)勢或許正在退卻。
參考資料：
冷悅山等.石油壓裂支撐劑材料開發(fā)應(yīng)用前景分析
暴赫.石油壓裂支撐劑作用機(jī)理及發(fā)展前景
光新軍等.壓裂支撐劑新進(jìn)展與發(fā)展方向
岳俊磊.超低密高強(qiáng)度壓裂支撐劑的制備及性能研究
劉冰.非金屬礦制備低密度石油裂支撐劑及其性能研究
中國產(chǎn)業(yè)信息網(wǎng).2020-2026年中國石油壓裂支撐劑行業(yè)發(fā)展模式分析及投資趨勢分析報(bào)告
（中國粉體網(wǎng)編輯整理/三昧）
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