中国粉体网讯 石油压裂支撑剂是一种在开采石油时使用的裂缝填充材料。随着石油开采深度的加深，为提高油井产量和延长开采年限，在开采石油时，需要将支撑剂注入压裂液中，使开采裂缝保持裂开状态以保证石油开采的顺利进行。
根据支撑剂的实际应用状况，可以将其分为石英砂支撑剂、人造陶粒支撑剂和覆膜支撑剂等不同的类型。
三种支撑剂的主要属性
根据对支撑剂市场的调查，不同支撑剂的市场份额中，石英砂占80%，陶粒支撑剂占10%，覆膜树脂砂占10%，可以看出目前市面上的支撑剂还是以石英砂为主。尽管相较于陶粒和覆膜支撑剂来说，石英砂的抗压强度较低，抵抗破碎的能力较差，但是近年来，国内外压裂支撑剂发展开始逐渐趋于低成本化，未来石英砂仍然是压裂支撑剂的首选。
石英砂支撑剂的特点和制备方法
天然石英砂通常为石英砂岩经风化剥蚀和水力冲刷等作用形成的颗粒，为了使其具有最佳性能，需要经过一系列的加工处理如清洗、烘干、筛分等，才可以作为支撑剂进行使用。石英砂的主要成分为石英，同时伴有少量的Fe2O3 和Al2O3以及CaO和MgO等。石英砂的体积密度一般约为1.75g/cm3，视密度约为2.65g/cm3，可以作为压裂支撑剂的石英砂，其石英含量一般在80%左右，对于更为优质的石英砂来说，石英含量甚至可以达到98%。北美地区压裂所用的石英砂大致可分为白砂和黄砂，白砂的石英含量高，单晶占比高，杂质少，具有较好的抗破碎强度。黄砂的杂质含量较高，颜色较深，且多晶石英占比较高，强度较白砂差。中国天然石英砂支撑剂主要分布在新疆陆梁、兰州安宁、宁夏青铜峡、河北围场、内蒙古赤峰和通辽等地，常见的粒径规格为20/40目、30/50目、40/70目和70/140目。
石英砂支撑剂
来源：长江材料
石英砂具有价格低廉、操作方便等优点，在闭合压力低的储层有较好的增产改造效果。但由于其自身抗压强度较低、破碎率较大，当储层闭合压力达到甚至超过35 MPa时，石英砂会产生大量破碎，同时由于微粒运移、地层堵塞、支撑剂嵌入以及压裂液伤害等因素的影响，使支撑裂缝的导流能力大幅降低，从而影响压裂效果，因此，石英砂一般比较适合于地层闭合压力较小的油气储层压裂作业。此外，石英砂形状不均匀，圆球度较低，对压裂管柱、管汇和射孔炮眼等会产生较大磨损。
石英砂资源丰富，价格便宜，可就地取材，通常石英砂呈块状或颗粒状。石英砂支撑剂的制备方法可分为三种：直接就地取材在海滩、河滩或者沙漠的石英砂筛选出合适粒径直接使用；开采的石英矿经过破碎筛分后直接使用；开采的石英矿进行破碎筛分后，进行抛光处理后作为支撑剂，提高石英砂支撑剂的球度。
石英砂的矿物成分及晶体结构为砂源地固有属性，提高天然石英砂支撑剂质量的关键是控制成品砂的粒径分布及砂表层处理工艺。同一规格石英砂粒径分布为正态分布时，其抗压强度基本相同；接近其粒径下限且分布较为分散时，测得的破碎率值较大。石英砂粒径分布不仅影响破碎率，对人工裂缝充填支撑后的导流能力影响更大，由于压实作用，同一规格不同粒径分布的石英砂导流能力变化较大。因而石英砂生产工艺中应更注重筛分工序，可采用多级、多次筛分处理，直至符合要求。
中国石英砂支撑剂性能评价方法
目前，常用的支撑剂检验标准主要包括：美国石油学会发布的《水力压裂和砾石充填作业用支撑剂性能测试方法》（API 19C-2018），国际标准化组织发布的《石油和天然气工业完井液和材料第２部分：水力压裂和砾石充填作业用支撑剂性能测试方法》（ISO 13503-2:2006(E)），中国石油天然气行业发布的《水力压裂和砾石充填作业用支撑剂性能测试方法》（SY/T5108-2014），中国石油天然气集团有限公司发布的企业标准《压裂支撑剂性能指标及评价测试方法》（Q/SY17025-2019）。目前国内石油压裂支撑剂检测采用的行业推荐标准为《水力压裂和砾石充填作业用支撑剂性能测试方法》（SY/T5108-2014），性能评价主要包括粒径、圆球度、酸溶解度、浊度、密度、破碎率和灼烧损耗等七大方面。
压裂支撑剂破碎率性能指标
压裂支撑剂酸溶解度性能指标
总之，符合标准的支撑剂一般要具备：为了方便泵入地下，相对密度不能太大，一般认为体积密度≤1.50 g/cm3，视密度在2.5g/cm3即为密度较低水平；强度高，在高闭合压力下的破碎率小（压裂支撑剂破碎率性能指标如图所示）；在高温及化学环境中稳定性好（压裂支撑剂酸溶解度性能指标如图所示）；圆球度好，在井下支撑裂缝时可以保持较好的空隙；价格便宜，原料来源广，制备、生产工艺简单等特征。
结语
石英砂支撑剂虽然强度不大，但成本低，资源广泛，在多数的浅井开采中，石英砂就可以达到支撑剂的标准，对增产石油天然气有很好的效果。近年来，国内对石化类能源的总需求仍将保持在高位水平，油气行业开采投入仍在持续增加，投资逐年增长，因此石油天然气行业的发展为压裂支撑剂提供了广阔的市场空间，同时也将带动石英砂支撑剂产业的持续发展。
参考来源：
毛峥等.水力压裂支撑剂应用现状与研究进展
宋攀等.石油压裂支撑剂的研究进展
接叶楠.压裂支撑剂研究进展
宋恩鹏.压裂支撑剂国内外检验标准对比
尹辉.石英砂替代技术研究及质量监管
（中国粉体网编辑整理/初末）
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