浅析石油压裂支撑剂的应用

【摘要】综述了国内石油压裂用支撑剂的应用情况，对现在市场上应用的支撑剂进行了性能对比分析，根据石油压裂支撑剂对于不同闭合压力的地层适用状况，在增强导流能力的途径以及选型的方面进行了阐述，重点阐述了水力压裂支撑剂的技术现状以及应用。

【关键词】石油压裂 支撑剂 应用 压裂支撑剂

1 简述石油压裂支撑剂

石油压裂支撑剂简称为石油支撑剂，是用陶瓷颗粒做成的产品，有着很高的压裂强度。这种产品是利用煤、优质铝矾土为主要原材料，使用陶瓷进行烧结才形成的。可以看作天然金属球、玻璃球、石英砂等中低强度的支撑剂的替代品。其陶粒砂的生产可分为破碎、配料、粉磨、制球、煅烧、煤粉制备、成品冷却、筛分、包装等步骤。对增产石油天然气有良好效果。

在进行石油深井开采的时候，具备高闭合、压力低的渗透性矿床经过石油压裂的处理后，导致含油气的岩层裂开，油气在裂缝形成的通道中进行聚合后流出。流出的液体注入岩石基层，产生超过地层破裂强度的压力，导致井筒周围的岩层有裂缝，形成通道，这个通道具有高层流能力，为了保持压裂后形成的裂缝不闭合，石油产物能够流畅地通过。用陶粒支撑材料随同高压溶液进入地层充填在岩层裂隙中，起到了支撑裂隙，使裂缝不会因为应力的释放而闭合的作用，确保较高的导流能力，使得油气畅通，增加产量。使用使用压裂支撑剂的油井产量相较未做任何措施的油井高30-50%，甚至能延长油气井的服务年限。

可将石油压裂支撑剂按抗破碎度分别为52MPa（7500psi）、69MPa（1000psi）和86MPa（12500psi）、102MPa（15000psi）四个级别；按体积密度分为：低密度、中密度、高密度；按规格分别为：12-20 目、16-20 目、16-30 目、20-40目、30-50目、40-60目、40-70目、70-100目等。为了满足国内外油气井的需求，用户可根据油井的深度，选用不同强度和不同规格的产品。

2 石油支撑剂的性能

只要支撑剂有足够的抗磨损和抗压的能力，能够承受油气注入时的巨大的压力以及摩擦力，才能更好的地支撑人工裂缝；支撑剂的原材料颗粒相对密度一定得低，才能更好地泵入井下；支撑剂颗粒径必须按照不同的油井设计需求，通常是0.4～0.8mm，石油压裂支撑剂的球度和圆度应该大于0.9，其颗粒最好能够表面均匀、光滑，浊度值最好小于100度，才能有高的导流能力；在温度为 200℃的条件下，支撑剂颗粒与压裂液以及储层流体不会发生化学作用，酸溶解度的最大允许值应小于7%。

3 石油压裂支撑剂的应用

石油压裂支撑剂有着油田井下支撑的作用。常被用于增加石油天然气的产量。通常压裂支撑剂广泛地用于深井，高压油气层的压裂改造。因为该产品是优质铝矾土为主要原料经破碎细磨成粉粉后，配以各种添加剂、反复混练、制粒、抛光、高温烧结而成，所以有着光洁度高、圆球度好、导流能力强、耐压强度高、密度低、圆球度好、光洁度高、导流能力强等优点。同时石油压裂支撑剂属于环保产品，不会对环境造成不良影响。

就拿水力压裂技术来举例，水力压裂技术是油气井增产的主要措施，这种技术是从二十世纪四十年代被提出的，已经有半个世纪的历史，主要分为天然和人造。广泛地应用于各种油气田的开发，特别是浅井、中深井。支撑剂作为水力压裂的重要的组成部分，已经有了很多突破。在低渗油气田开发时期，支撑剂性能的提高使水力压裂的增产效果大幅度提高。水力压裂的目的是为了将汇集于井筒的径向液体流变成与井筒相连通的导流（裂缝中的线性流），裂缝中的导流能力必须远远大于地层中的导流能力，为了使裂缝有高渗透率，因此加入了支撑剂，支撑剂的目的是为了支撑裂缝的两壁，可导致停止泵注之后，井底的压力下降到小于闭合时的压力，而通向油气井眼的导流裂缝依旧维持着张开状态。水力压裂20世纪40年代末开始以来，其支撑剂经历了半个多世纪的发展，所用的支撑剂大致可分为天然的和人造的两大类，天然的支撑剂以石英砂为主，人造的支撑剂以电解、烧结陶粒为主。

4 我国石油压裂支撑剂的现状和前景

4.1 研制开发低密度中强度或高强度烧结陶粒

现在的人造陶粒虽然有着高强度的特性，但颗粒相对密度较高，对压裂液的性能以及泵送条件都提出了更高要求，所以研制开发低密度中强度或高强度烧结陶粒将是重要的发展方向。

4.2 提高裂缝导流能力的表面改性剂技术

表面改性剂的活性成分是一种聚合物，把它加入到水基携砂液中时，它能迅速包住支撑剂，能抵抗酸性和腐蚀性处理剂的侵蚀。因此要提高裂缝导流能力的表面改性剂技术。

4.3 研制开发应用低密度的空心或多孔支撑剂

生产有着均匀孔隙的多孔隙球粒相对比较容易，制作方法是把薄壁小空心球放人液化床喷涂烘干，把几个这种球粒烧结在一起成为较大的球粒，然后用硬包皮涂包烧结好的球粒。用这种方法生产的烧结铝矾土可使它的密度接近砂子，但保持着高强度。

4.4 研究双层树脂涂层技术

内层采用预固化薄膜，外层则采用可固化的涂层，内层预固化树脂膜提供支撑材料的附加强度，外层可固化树脂包壳则把颗粒粘结在一起，这样使增加支撑剂强度的优点与自行固结支撑剂的优点相结合。任何类型的双层树脂涂层支撑剂都比较稳定。双层树脂涂层支撑剂的强度几乎比所有未涂敷树脂的支撑剂都大，且强度差异随温度的升高变得更加明显。

4.5 在多相流和非达西流条件下支撑剂导流能力的研究

目前的压裂模型和压裂设计都没有考虑多相流和非达西流对支撑剂渗透率的影响，这将会影响压裂施工的效果和最终的经济效益。多相流和非达西流条件下支撑剂导流能力的研究将会增强压裂设计的准确性，和压裂施工技术的经济合理性。

5 结语

由于裂缝的导流能力至少要大到能消除井下的大多数径向流并允许线性流从油层进人到裂缝中，所以必须使支撑裂缝内的渗透率比油层岩石的渗透率大几个数量级。而石油压裂支撑剂的研制提供了各种可能性。石油压裂支撑剂可用于多处地方，我国需要加强对石油压裂支撑剂的研制。

参考文献

[1] 万仁薄，罗英俊.采油技术手册[M].石油工业出版社，1998