中國粉體網訊 石油壓裂支撐劑是一種在開采石油時使用的裂縫填充材料。隨著石油開采深度的加深，為提高油井產量和延長開采年限，在開采石油時，需要將支撐劑注入壓裂液中，使開采裂縫保持裂開狀態以保證石油開采的順利進行。
根據支撐劑的實際應用狀況，可以將其分為石英砂支撐劑、人造陶粒支撐劑和覆膜支撐劑等不同的類型。
三種支撐劑的主要屬性
根據對支撐劑市場的調查，不同支撐劑的市場份額中，石英砂占80%，陶粒支撐劑占10%，覆膜樹脂砂占10%，可以看出目前市面上的支撐劑還是以石英砂為主。盡管相較于陶粒和覆膜支撐劑來說，石英砂的抗壓強度較低，抵抗破碎的能力較差，但是近年來，國內外壓裂支撐劑發展開始逐漸趨于低成本化，未來石英砂仍然是壓裂支撐劑的首選。
石英砂支撐劑的特點和制備方法
天然石英砂通常為石英砂巖經風化剝蝕和水力沖刷等作用形成的顆粒，為了使其具有最佳性能，需要經過一系列的加工處理如清洗、烘干、篩分等，才可以作為支撐劑進行使用。石英砂的主要成分為石英，同時伴有少量的Fe2O3 和Al2O3以及CaO和MgO等。石英砂的體積密度一般約為1.75g/cm3，視密度約為2.65g/cm3，可以作為壓裂支撐劑的石英砂，其石英含量一般在80%左右，對于更為優質的石英砂來說，石英含量甚至可以達到98%。北美地區壓裂所用的石英砂大致可分為白砂和黃砂，白砂的石英含量高，單晶占比高，雜質少，具有較好的抗破碎強度。黃砂的雜質含量較高，顏色較深，且多晶石英占比較高，強度較白砂差。中國天然石英砂支撐劑主要分布在新疆陸梁、蘭州安寧、寧夏青銅峽、河北圍場、內蒙古赤峰和通遼等地，常見的粒徑規格為20/40目、30/50目、40/70目和70/140目。
石英砂支撐劑
來源：長江材料
石英砂具有價格低廉、操作方便等優點，在閉合壓力低的儲層有較好的增產改造效果。但由于其自身抗壓強度較低、破碎率較大，當儲層閉合壓力達到甚至超過35 MPa時，石英砂會產生大量破碎，同時由于微粒運移、地層堵塞、支撐劑嵌入以及壓裂液傷害等因素的影響，使支撐裂縫的導流能力大幅降低，從而影響壓裂效果，因此，石英砂一般比較適合于地層閉合壓力較小的油氣儲層壓裂作業。此外，石英砂形狀不均勻，圓球度較低，對壓裂管柱、管匯和射孔炮眼等會產生較大磨損。
石英砂資源豐富，價格便宜，可就地取材，通常石英砂呈塊狀或顆粒狀。石英砂支撐劑的制備方法可分為三種：直接就地取材在海灘、河灘或者沙漠的石英砂篩選出合適粒徑直接使用；開采的石英礦經過破碎篩分后直接使用；開采的石英礦進行破碎篩分后，進行拋光處理后作為支撐劑，提高石英砂支撐劑的球度。
石英砂的礦物成分及晶體結構為砂源地固有屬性，提高天然石英砂支撐劑質量的關鍵是控制成品砂的粒徑分布及砂表層處理工藝。同一規格石英砂粒徑分布為正態分布時，其抗壓強度基本相同；接近其粒徑下限且分布較為分散時，測得的破碎率值較大。石英砂粒徑分布不僅影響破碎率，對人工裂縫充填支撐后的導流能力影響更大，由于壓實作用，同一規格不同粒徑分布的石英砂導流能力變化較大。因而石英砂生產工藝中應更注重篩分工序，可采用多級、多次篩分處理，直至符合要求。
中國石英砂支撐劑性能評價方法
目前，常用的支撐劑檢驗標準主要包括：美國石油學會發布的《水力壓裂和礫石充填作業用支撐劑性能測試方法》（API 19C-2018），國際標準化組織發布的《石油和天然氣工業完井液和材料第２部分：水力壓裂和礫石充填作業用支撐劑性能測試方法》（ISO 13503-2:2006(E)），中國石油天然氣行業發布的《水力壓裂和礫石充填作業用支撐劑性能測試方法》（SY/T5108-2014），中國石油天然氣集團有限公司發布的企業標準《壓裂支撐劑性能指標及評價測試方法》（Q/SY17025-2019）。目前國內石油壓裂支撐劑檢測采用的行業推薦標準為《水力壓裂和礫石充填作業用支撐劑性能測試方法》（SY/T5108-2014），性能評價主要包括粒徑、圓球度、酸溶解度、濁度、密度、破碎率和灼燒損耗等七大方面。
壓裂支撐劑破碎率性能指標
壓裂支撐劑酸溶解度性能指標
總之，符合標準的支撐劑一般要具備：為了方便泵入地下，相對密度不能太大，一般認為體積密度≤1.50 g/cm3，視密度在2.5g/cm3即為密度較低水平；強度高，在高閉合壓力下的破碎率小（壓裂支撐劑破碎率性能指標如圖所示）；在高溫及化學環境中穩定性好（壓裂支撐劑酸溶解度性能指標如圖所示）；圓球度好，在井下支撐裂縫時可以保持較好的空隙；價格便宜，原料來源廣，制備、生產工藝簡單等特征。
結語
石英砂支撐劑雖然強度不大，但成本低，資源廣泛，在多數的淺井開采中，石英砂就可以達到支撐劑的標準，對增產石油天然氣有很好的效果。近年來，國內對石化類能源的總需求仍將保持在高位水平，油氣行業開采投入仍在持續增加，投資逐年增長，因此石油天然氣行業的發展為壓裂支撐劑提供了廣闊的市場空間，同時也將帶動石英砂支撐劑產業的持續發展。
參考來源：
毛崢等.水力壓裂支撐劑應用現狀與研究進展
宋攀等.石油壓裂支撐劑的研究進展
接葉楠.壓裂支撐劑研究進展
宋恩鵬.壓裂支撐劑國內外檢驗標準對比
尹輝.石英砂替代技術研究及質量監管
（中國粉體網編輯整理/初末）
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