搞定这五点的压裂石英砂,石油人抢着买买买!


来源:中国粉体网   漫道

[导读]  石英砂必须追求高纯度才能卖上好价钱吗?高纯石英砂乃至硅微粉都是纯度越高,价钱越高,厂家为效益也是苦心钻研如何提纯,找矿、上设备、寻技术…为了提纯,日日夜夜,费尽了心思。但市场真的对普通石英砂不屑一顾吗?

石英砂必须追求高纯度才能卖上好价钱吗?高纯石英砂乃至硅微粉都是纯度越高,价钱越高,厂家为效益也是苦心钻研如何提纯,找矿、上设备、寻技术…为了提纯,日日夜夜,费尽了心思。但市场真的对普通石英砂不屑一顾吗?

 

成都理工大学的汪灵教授在接受粉体网采访时讲到,“美国有一半甚至超过一半的石英砂用在了压裂支撑剂。”事实确实如此,70年代中期到80年代初,国外水力压裂技术的迅速发展促使压裂支撑剂需求量急速增加,从而石英砂供不应求,国外也开始了对压裂支撑剂的研究。

 

石英砂如何在石油行业大发神威?

 

在油气领域,美国人咋就这么爱用石英砂?要回答这个问题,就要了解什么叫压裂。

 

在石油领域,压裂是指采油或采气过程中,利用水力作用,使油气层形成裂缝的一种方法,又称水力压裂。

 

水力压裂技术指的是在高压情况下,将压裂液泵入油井中,导致井底产生高压,当该压力足以压裂岩层时,地层就会生成裂缝并向前扩展出一定空间。为了使裂缝保持张开,在岩层压裂后需在裂缝中随压裂液填入支撑剂。输送完支撑剂后,降低压裂液粘性并使之回流,这样导流率高的裂缝就产生了。

 



目前国内外使用的石油压裂支撑剂一般分为三类:石英砂、陶粒支撑剂和覆膜支撑剂。

 

近年来,油气价格的持续低迷,降本增效已成为页岩气开发的主旋律。北美除钻完井提速增效外,极大减少了陶粒用量,同时增加石英砂在压裂施工中所占比例,甚至不用陶粒,大幅降低了压裂材料的费用,实现了低油气价下的页岩气效益开发。

 

在北美页岩气压裂施工中,陶粒支撑剂的使用比例在逐渐降低。考虑压裂成本与经济效果,目前石英砂支撑剂在应用中占主导地位

 

据《石油蓝皮书:中国石油产业发展报告(2018)》披露,2017年中国成品油市场需求侧有所改善,表观消费达3.2亿吨,同比增长2.8%。

 

中国石油资源分布图

 

我国石油支撑剂行业尚处于起步阶段,企业数量不少,但是各企业规模都非常小,每个企业占据的市场份额都非常有限,行业集中度还比较低。

 

2018年,中国石油集团压裂用石英砂需求量同比增长60%。其中长庆油田2018年计划新增钻井6000口以上,压裂用石英砂需求量约为900万吨。2018年,美国石油压裂用石英砂需求量1亿吨,缺口4000万吨。

 

随着世界油气开采工业的迅猛发展,开采难度正在逐步加大,油气井的深度越来越深,低渗透型矿床越来越多,对高强度压裂支撑剂产品的需求量也逐步增大。由于树脂覆膜支撑剂(预固化树脂覆膜石英砂)具有强度高、耐腐蚀性强、导流能力好的特点,其市场需求将不断扩大,未来拥有广阔的发展空间。

 

压裂石英砂的性能指标

 

石英砂是一种分布广、硬度大的天然的稳定性矿物,其主要化学成分为二氧化硅(SiO2)。石英砂多为石英砂岩经过水力冲刷、风化剥蚀等作用形成的颗粒,因此主产于河滩、沙漠、沿海地带。

 

我国压裂用石英砂主要产于甘肃兰州、湖北蒲圻、江西永修、湖南岳阳、山东荣城、吉林农安、福建福州、河北承德、新疆和丰等地。

 

石英砂中的主要矿物成分SiO2的含量高低与其粒度密切相关,通常粒度越大,SiO2含量越高。在中国,作为支撑用的石英砂中,SiO2含量通常在80%左右,并且砂中会含有少量长石、燧石及其它喷出岩及变质岩等岩屑。国外使用的优质石英砂中石英含量高达98%以上。

 

但因为使用用途的不同,压裂石英砂其实并不怎么看重二氧化硅的含量。在石油行业,对好的压裂砂自有另一套评判的标准。如果你的压裂砂能做到以下5点,那么恭喜,你和你的压裂砂会受到石油人的热烈欢迎。

 

1.球度与圆度

 

球度,很好理解,指的是压裂支撑剂(即石英砂)接近球形的程度。

 

圆度在科普中国中的解释为工件的横截面接近理论圆的程度。

 

在不熟悉的人看来,圆度的概念有点抽象,其实简单来讲圆度可以理解为“圆润度”,颗粒棱角越多越尖锐则圆度越差;反之棱角圆滑,圆度就好。

 

天然石英砂的球度与圆度应不低于0.6。实际检测中,用支撑剂球度、圆度图版进行支撑剂球度与圆度的测试,见下图。




圆度与球度指标

 

在被测试的支撑剂样品中任意取出20粒~30粒支撑剂,放在实体显微镜下观察,或拍下显微照片,根据图版确定每粒支撑剂的球度,计算出这批支撑剂样品的平均球度、圆度。

 

2.酸溶解度

 

酸溶解度是指在规定的酸溶液及反应条件下,一定质量的支撑剂被酸溶解的质量与总支撑剂质量的百分比。

 

耐酸性是压裂支撑剂的重要指标,有良好耐酸性的支撑剂可以在酸性岩层中工作更长时间,并保持良好的导流能力。

 

各种粒径规格支撑剂允许的酸溶解度值见表1。值得注意的是,石英砂和陶粒支撑剂的酸溶解度指标相同。

 


酸溶解度指标

 

3.浊度

 

支撑剂的浊度为在规定体积的蒸馏水中加入一定质量的支撑剂,经摇动并放置一定时间后液体的浑浊程度,单位是福氏浊度单位(FTU)。

 

浊度主要表征了支撑剂表面光洁度,体现其表面所沾微粒的多少与大小。按照规定,压裂用石英砂的浊度应不高于100FTU

 

4..抗破碎能力

 

对一定量的石英砂支撑剂,在额定压力下进行承压测试所确定的破碎率,表征了支撑剂抗破碎能力。影响破碎率的主要因素是石英砂支撑剂圆度、球度、表面光洁度、显微结构等。

 

石英砂支撑剂的破碎率影响着裂缝导流能力。天然石英砂支撑剂的抗破碎能力测试应使用规定尺寸范围的破碎室,见下图。




破碎室示意图

 

其适用的粒径规格、规定闭合压力与破碎率指标见表2。

 

 

抗破碎测试压力及指标


 

5.体积密度与视密度

 

石英砂支撑剂的体积密度为单位堆积体积的支撑剂质量(单位g/cm3)反映支撑剂堆积体的整体密度。影响体积密度的主要因素为样品视密度、圆度、球度、表面光洁度等等。

 

支撑剂的视密度为单位颗粒体积的支撑剂质量(单位g/cm3)。其与体积密度的区别为,计算视密度时的体积不包括颗粒之间的空隙体积。影响支撑剂视密度的主要因素为样品物相成分、结构与气孔率。

 

对于不同密度的压裂支撑剂,采用的测试指标不同。总结来讲,对压裂用石英砂,有如下要求:粒径均匀,密度小;强度大,破碎率小;圆度和球度高;杂质含量少;来源广,价廉

 

结语

久在石英砂行业的人都曾记得,在2012年前由于板材砂价格的一路高涨,带动着大大小小的石英矿价格也一路走高。乃至于,个别的省份地区出现了只要投资板材石英砂,就一定赚钱的现象。于是,懂行的不懂行的,大家一窝蜂的涌入,都杀进了这个本就竞争激烈的行业,造成石英砂行业开始进入了一种无序混乱的发展状态。

 

如今,这种混乱且无序的时代将一去不复返了。在环保风暴和价格战双重夹击下,国内石英砂行业更新迭代迅速进行,局面的快速洗牌淘汰了一大批跟不上的企业。在今后数年内,石英砂行业的发展将出现两极分化,一方面是高纯石英砂的高端市场,另一方面是低纯石英砂的货多走量。

 

有远见的企业家懂得一个道理,越是行业的冬天,越是要坚定信心,耐得住性子,熬过去就能遇见春暖花开。未来的石英砂行业,留下的一定是那些能登高望远的企业家们。

 

参考来源

刘让杰等.水力压裂支撑剂现状及展望

刘军.生产工艺对压裂支撑剂性的影响

高新平等. 页岩气压裂用石英砂替代陶粒导流实验研究

 SY/T 5108-2006 压裂支撑剂性能指标及测试推荐方法

石英石网、粉体网、科普中国


(中国粉体网编辑/漫道)

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