高强度石油压裂支撑剂技术工艺发展趋势分析

第一节 产品技术发展现状

目前，我国高强度石油压裂支撑剂技术以攀钢为代表，其产品已达世界先进水平。

攀钢经过2年多科技攻关，利用废弃高炉渣自主研发建成的高钛石油压裂支撑剂生产线顺利实现达产目标，月产量836吨，创该生产线投产以来的最高记录，具备年产1万吨高钛石油压裂支撑剂生产能力；产品质量经美国权威机构检测，达到世界先进水平。目前，该产品已在中石油等企业广泛应用，并远销俄罗斯、哈萨克斯坦、阿塞拜疆等国家，标志着攀钢坚持自主创新，走循环经济道路，开发利用二次资源取得重大进展。

石油压裂支撑剂是石油、天然气低渗透油气井开采压裂施工的关键材料，能有效提高油气产量和延长油井寿命，国际国内市场需求日益旺盛。为实现攀钢高炉渣向再生资源的根本性转变，攀钢抓住市场机遇，于2003年底建成设计产能1万吨的高钛石油压裂支撑剂生产线，并坚持依靠科技创新和技术进步开展达产达效攻关。攀钢生产的高钛石油压裂支撑剂经中国石油勘探 研究 院廊坊分院支撑评价实验室检测，各项性能指标完全达到SY／T5108标准。世界权威支撑剂检测机构——美国STIM—LAB实验室对该产品进行API标准 分析 检验后，认为产品质量可与美国Carbo公司产品媲美，其中高密度、高强度产品已达到世界先进水平。

第二节 产品工艺特点或流程

1、原材料

主料主要采用铝钒土矿，辅料则为白云石、磷铁矿、锰粉、膨润土等辅料配合使用。

2、炉料配比设计

选取的配料要简单，为满足融体粘度、熔融温度、易结晶、收缩小等要求，本支撑剂采用MgO－A12O3－SiO2系统，以能最终析出α－刚玉晶相为原则，成份点选择在接近α－刚玉的化学成份上，因此主要原料的化学组成应控制。

采用不同的主料与辅料比例对本支撑剂的性能起决定作用。烧结辅料通常占总混合物料重量的30%左右，辅料与主料的最佳配比范围由不同的工艺条件决定。烧结出的支撑剂应有以下要求：

1）支撑剂应具有较高的强度及较低破碎率。

2）支撑剂应具有较好的化学稳定性，尤其耐酸腐蚀。

3）支撑剂的原料应具有较好的烧结性能，能在较低的温度下进行烧结。

4）尽量减小支撑剂的脆性。

3、成球工艺

本实验采用了特殊的成球工艺，工艺过程为：将混合物料加入到粉碎装置中，粉碎到一定的粒度，再放入到混合装置中，搅动磨成更细的粉末，形成平均颗粒直径<15μm的均匀干粉。加入足量的水,并搅拌混合物，将其打成湿粉，睏料10h，做成球湿粉，并投入成球机中，间歇喷入水雾，当母球出现时，间歇、交替加入干粉和水雾，严格控制干粉和水雾的加入量与时间，使母球逐渐达到规定的尺寸。做好的球粒在100－300℃温度下烘干，直到球粒中水份含量＜3%，最好＜1%．最佳烘干温度175－275℃，烘干时间30－60min。

4、结晶、退火工艺

结晶及退火过程在隧道窑中进行。分选达到圆度要求的球粒，在常温下放入隧道窑中进行烧结。在烧结的过程中要严格控制烧结的时间和温度，烧结温度控制在1360℃，烧结时间为2h.退火采取随炉自然冷却的方法。

5、支撑剂理化性能

1）物相组成

在偏光显微镜下可观察到α－刚玉微晶相占55.5%－82.5%，17.5%－45%为残余玻璃相。

2）粒度组成，球度和圆度

95%以上的支撑剂颗粒，粒度范围为0.45-0.9mm，其中0.45-0.75mm约占4%左右，0.75-0.85mm约占8%左右，0.9mm约占83%左右，符合支撑剂所要求的粒度指标。96%以上的球粒，圆度和球度为0.9，符合美国石油协会APIR-60球度及圆度的推荐标准。

3）破碎率

根据APIR－60推荐的试验方法，进行10次支撑剂破碎试验，经检测，平均破碎率为4.1%，优于APIR－60的推荐标准值10%．

4）化学稳定性

支撑剂的化学稳定性主要以耐酸性来评价，本支撑剂在酸中的溶解度为4.54%，优于APIR－60的推荐标准值5.5%．

第三节 国内外技术未来发展趋势 分析

压裂增产技术是低渗透油气藏重要的增产措施，但压裂作业的高成本和地层伤害等问题亟待解决。近年来国外各大服务公司经过不断开发和 研究 推出了许多压裂新工艺和新材料，大幅度降低了低渗透油气藏的开发成本，提高了产量和最终采收率。

在压裂工艺方面，连续管压裂技术实现了一次起下作业压裂多层和选择性压裂产层，可以大幅度提高油气产量，并缩短作业时间，降低作业成本，成为低渗油气藏压裂技术的重要发展方向。斯伦贝谢公司和贝克休斯公司分别推出了各自的连续管压裂技术，其中斯伦贝谢在科罗拉多气田应用连续管进行压裂作业不仅延长了气田寿命，而且将气田产量从31万立方米提高到60万立方米；贝克休斯公司在得克萨斯进行压裂作业，产量从预期的1万立方米提高到3万立方米，作业时间比以前的方法减少了23天。

在压裂材料方面，斯伦贝谢公司新推出了无聚合物CO2压裂液和光纤辅助压裂技术。无聚合物CO2压裂液可在23/8英寸油管中应用，只含一种添加剂，适用温度高达93℃，可在枯竭或低压储层应用，可用连续管作业，具有优良的减阻性能和低摩擦力；光纤辅助压裂技术通过含有压裂液的光纤网络提供机械的方法运送、悬浮和置放支撑剂，可使支撑剂均匀地分散，有效避免支撑剂的返排和沉淀。BJ公司推出了一系列可变形支撑剂和高强度超低密度支撑剂，可变形支撑剂当裂缝闭合时能锁住通道，防止返排，渗透性和导流性均优于以前的支撑剂；高强度超低密度支撑剂系列特点是比重很小，采用无聚配方，在某些井中应用产量提高了7倍之多。

 

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