高强度石油压力支撑剂产品工艺流程与研发分析

第一节 高强度石油压力支撑剂生产工艺流程 分析

高强度陶粒支撑剂的制造方法：它以轻烧铝矾土为基料，加入如下辅料，粘土，镧系金属氧化物，二氧化锰，氧化镁；基、辅料混合后共磨成细粉，然后加水松解后在成球机制成球粒，再送入窑炉按烧结温度1100～1500℃，烧结时间0.5～5小时，烧制得成品。制造出来的产品抗压强度达到了69MPa以上，成品破碎率≤ 10％，在60MPa闭合压力下导流能力达到54.8微米#+[2]·厘米。具有成品抗压强度高，圆球度好，工艺简单，制作成本低的特点。可用于陶粒支撑剂的生产中。

超强度陶粒支撑剂及其制备方法。它由下述重量百分比含量的组分组成：铝钒土10-30％，铝土矿50-70％，高铁铝土矿8-15％，粘土7-20％，锰矿2-5％，钾长石0.5-2.5％，湖精： 0.1-1.2％。上述比例的矿物组分，分别磨成细粉，过筛，混合搅拌均匀，在制粒机中经水气雾化滚动成球，停止加雾化水气，然后，再加入湖精，转动，过筛，在遂道窑中，经高温烧结而成。实验证明，本发明的产品抗破碎能力很高，可有效地支撑压裂裂缝，极大地提高裂缝内的渗透率，使油气流通顺畅，提高产油率。 

高强度、高密度陶粒支撑剂及其制造方法：它以铝矾土生矿粉为基料，加入以下重量的辅料：氧化锰0.5-5份、氧化镁0.3-2 份、氧化铁0.1-3份。基、辅料均经雷蒙磨磨成≤0.049mm的粉料，混合后转入成球机中，在成球机单向匀速转动下连续加雾化水汽。制成圆度、球度≥0.9的球粒，经转窑按1000℃-1400℃烧结温度，烧结0.5-4小时烧到得本产品。本发明制造出来的产品在86MPa闭合压力下，破碎率＜10％、视密度＞3.30g/cm3。具有抗压强度高、视密度高、圆球度好、工艺简单、制作成本低、资源利用率高、能耗低等特点，可用于制造高强度高密度陶粒支撑剂的生产。

第二节 国外高强度石油压力支撑剂生产工艺发展阶段比较

压裂工艺技术对全世界范围的石油开采起着非常重要的作用，而石油压裂支撑剂是石油压裂工艺技术能否获得成功的关键。高质量的支撑剂可为原油的开采发挥重要的作用。石油压裂支撑剂，是使地层深处岩石裂隙保持裂开状态的支撑物，粒径0.4-0.9mm，有一定圆度和球度。在使用过程中，把支撑剂混入压裂液中，利用高压手段注入深层岩石裂缝中支撑岩层，以提高导油率，增加原油产量。

国际上（如美国）多采用烧结刚玉制品，但这种制品虽然在理化性能上可以满足要求，可是原料来源困难，加工工艺复杂，且能耗大、成本高。

第三节 我国高强度石油压力支撑剂生产工艺创新历程与途径

1、压裂酸化技术难点和挑战

正如在我国石油工业“十五” 规划 报告指出的一样：现在我国石油工业面临的形势是新区勘探开发困难，老区的增产挖潜还有大量的工作要做。其中，常规的井网加密已经效果不大，对酸化压裂措施的认识不够。同时，增产措施改造的对象越来越复杂，改造目标已经从低渗、单井发展到了中、高渗和油田整体主要的难题集中在以下几个方面：

1）复杂岩性油气藏

指的是陆源碎屑岩、碳酸盐岩和粘土矿物以一定比例均匀存在，没有任何一种成份在主导地位。典型的代表是玉门酒西盆地的清溪油田，该油田储量高、品位好，但是储层矿物组成十分复杂。由于矿物的不连续分布，酸压后只能形成均匀、低强度的刻蚀；而水力压裂由于发生支撑剂嵌入和粘土矿物的水敏、碱敏现象严重，因此目前酸压和水力压裂技术对这类储层多为低效或无效。只能考虑从液体体系上改进工艺措施。

2）高温、超高温、深层、超深层和异常高压地层

以准葛尔盆地、克拉玛依、塔里木和吐鲁番为代表，如柯深101井，压力系数为2.0，温度135摄氏度，千米桥潜山地区井深4000m—5700m，温度在150摄氏度到180度之间。这种地层的技术难点往往是需要的施工压力和压裂酸化液体不能达到要求；酸液的反应时间短，酸蚀作用距离短。

3）低渗、低压、低产、低丰度“四低”储层

如中石油的长庆苏里格气田压力系数在0.8—0.9，渗透率为0.5—3.0达西，中石化的大牛地油田压力系数0.67—.0.98，渗透率仅为0.3—0.9达西。类似的这种储层在我国占很大的比例，由于产生水锁现象进而产生很难解除的水相圈闭，如果不采用特殊的工艺手段，很难得到高效开发。

4）凝析气藏

代表有千亿方的塔里木迪那气田和中原白庙深层凝析气藏。这类油田酸化压裂最大的问题是由于压力降低后凝析油的析出产生凝析油环，大大降低了天然气的产量。

5）高含硫，高含二氧化碳油田

这类油田有被誉为“南方海相勘探之光”的普光气田（储量高达1144亿立方米）；580亿立方米的罗家寨气田。这两个气田的含硫量都在10%—12%，远远超过3%的 行业 标准。硫化氢的高还原性和化学反应活性容易产生单质硫和硫化亚铁沉淀，在酸化压裂施工中造成二次伤害。同时，高含硫还会加大钻、采、集、输、外运的困难，尤其是在地形复杂，自然条件恶劣的四川丘陵地区。

6）异常破裂压力油藏

这种油藏埋藏深度和破裂压力不成正比，以川西致密须家河组和赤水地区为例：2000多米的井深破裂压力高达90多兆帕，现场经预处理措施之后，施工压力仍然高达80多兆帕。造成的直接后果就是压不开地层，酸液不能进入，对设备的损害比较大。

7）缝洞型、裂隙型碳酸盐岩

我国“九五” 规划 最大的整装油田——塔河油田就是这类油田的代表。塔河油田560万吨产量中有80%是依靠压裂酸化措施取得的。而压裂酸化中最大的难题是注入液体的滤失，因为这种缝洞型、裂隙型油藏已经并非常规意义上的裂缝和孔隙，而是体积巨大的溶洞和裂隙。

8）低渗稠油

这类油田由于稠油的流动性差，向井流动困难，导致初期增产效果差或无效，酸化压裂有效期短。

9）水平井、多分支等复杂结构井

我国从80年代中期在海上应用水平井，水平井的采油工艺远远落后于钻井技术的发展。水平井等复杂结构井压裂核心问题是起裂裂缝条数和裂缝方位的控制，水平井酸化存在的问题主要是酸液的均匀置放和长时间浸泡下酸岩反应机理。目前，在这方面已经作了大量的 研究 工作。

2、酸化压裂技术发展现状及创新

1）压裂裂缝延伸数学模型 研究

目前已取得的 研究 成果主要为由西南石油学院率先提出的三维裂缝模型和控缝高技术以及“四变”：变排量、变粘度、变支撑剂类型和支撑剂粒径技术。

2）重复压裂技术

重复压裂定义为压裂同一口井，同一个层位，同一个地方，区别于常规的认为的第一次压裂无效后的再压裂或是压开不同层段。其技术核心可以概括为“堵老缝，压新缝”，即：堵已经成为储水通道的缝，堵控制区域已经完全或大部分产出的老缝。压新缝的关键是把握新缝压开的时机，新缝的压开总是发生在最大最小应力场改变时。

3）高含硫油田

目前国外常用的方法是用互溶剂吸收生成的单质硫。现在又提出了“双管齐下”的解决办法：即同时降低铁离子浓度和用硫化氢吸收剂把单质硫的形成扼杀在摇篮中。

4）低渗低压油田

目标是减少水锁和水相圈闭，可以考虑的途径有：尽量减少进入气层的液量，减少滤液的表面张力，减少毛管阻力。目前的措施包括：○1提高返排速度：液氮伴注，分段破胶，强制闭合，高效返排；○2二氧化碳泡沫压裂；○3自生气/生热增压助排；○4表面活性剂压裂液

5）异常破裂压力

降低摩阻，增加酸液的密度和强度是治标的方法。治本的途径包括：高能气体压裂、酸化预处理、射孔参数优化。现场实践表明，通过上述方法可以分别减小井口压力10MPa,4—10MPa,5MPa左右。

6）复杂结构井压裂机理和技术

关键的技术是合理设计压开裂缝条数，优选裂缝长度。以前的观点认为水平井相当于一口水力压裂井，但是最新完井思想认为水平井钻成后必须要做增产措施才能发挥其全部产能。因此完井方式上要预先考虑有利于裂缝的形成，有利于后续的酸化压裂改造。

7）酸化压裂新观点：

传统观念认为碳酸盐岩水力压裂会造成矿物脱落，堵塞裂缝和孔隙，一般增产措施应该采用酸压和基质酸化；而砂岩油藏由于胶结疏松，容易压破地层边界，酸液均匀溶蚀岩石，不能形成沟槽，酸压后裂缝大部分闭合，没有形成导流能力等原因，经典教科书上都不推荐采用酸压。现场作业已经大大地挑战了上述传统观点，如采用酸基压裂液，冻胶酸的碳酸盐岩水力压裂以及砂岩储层的酸压都取得了不错的增产效果，但其机理 研究 还需进一步深入。

第四节 国内高强度石油压力支撑剂生产设备简介

石油压裂支撑剂的生产设备主要有煤气发生炉、管磨机、造粒设备、烧成用回转窑以及操作控制系统等。

第五节 国内高强度石油压力支撑剂生产设备应用现状

回转窑的应用起源于水泥生产，回转窑的发明，使得水泥工业迅速发展，同时也促进了人们对回转窑应用的 研究 ，很快回转窑被广泛应用到许多工业领域，并在这些生产中越来越重要，成为相应企业生产的核心设备。它的技术性能和运转情况，在很大程度上决定着企业产品的质量、产量和成本。目前我国陶粒的生产设备都采用的是工业回转窑。

世界上以美国CARBO公司为代表的支撑剂生产最大的厂家，堪称是技术力量雄厚，其技术及产品质量目前在国际上处于领先水平，是专业生产支撑剂的厂家，他们采用回转窑生产设备，长度大约40多米，使用了先进的流化床设备造粒，半成品密实度好，表面光滑度高。

目前，石油支撑剂产品在国内处于起步阶段，大多数厂家只能生产中、低强度的产品，大多数造粒设备是用几十台糖衣机。然而，高强度石油压裂支撑剂生产企业也开始采用国际先进的烧结设备—回转窑烧结法。回转窑在高强度石油压裂支撑剂的生产中成为主要生产设备，其应用成熟度逐步提高。

第六节 我国高强度石油压力支撑剂生产设备技术研发动态

宜兴市正大陶瓷机械有限公司，近几年开发的石油支撑剂（陶粒）生产成套设备，专利设计的年产1.5万吨-3万吨石油支撑剂的大型回转烧成窑（回转窑直径有2.1米-2.5米）在全国近20家企业使用后，深得油田和石油支撑剂生产企业的一致好评。

近年来由于科技实力的增强，在全球范围内回转窑的新技术层出不穷，出现了老树发新芽的蓬勃姿态。目前的回转窑市场上，科技研发已经巍然成风，各个企业都将技术革新推出新品抢占新的制高点，节能环保回转窑引领未来市场。

 

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