探討石油壓裂陶粒支撐劑研究進(jìn)展

程占嶺（長(zhǎng)慶井下技術(shù)作業(yè)公司隴東項(xiàng)目部 甘肅 慶陽(yáng) 745113）

一、前言

為了使油氣井產(chǎn)量有所增加，并增加油氣層的可滲性，我們常在其勘探開采時(shí)加入一定分量的壓裂支撐劑，藉此來增加開采油氣的利潤(rùn)。我們把位于距地面適度距離的巖層石塊的縫隙里常處于分裂形態(tài)的支撐物體稱為石油壓裂支撐劑。它對(duì)于兩側(cè)的裂縫壁有著十分重大的意義，即便泵注已經(jīng)暫停,油氣井深處壓力變的低于閉合壓力，石油壓裂支撐劑仍可以使油氣井口的縫隙時(shí)刻呈現(xiàn)分裂形態(tài)。而就目前來講，水利壓裂技術(shù)已經(jīng)得到長(zhǎng)足的提高，合成支撐劑的主要資源亦變?yōu)樘樟?。此篇論文從以陶粒為原料的支撐劑發(fā)展歷程角度入手，從而進(jìn)一步促進(jìn)陶粒支撐劑日后的發(fā)展。

二、制作陶粒支撐劑的方法

在目前來講，應(yīng)用面最大的支撐劑類型多是石英砂為材料的支撐劑與以陶粒為材料的支撐劑。石英砂支撐劑的優(yōu)點(diǎn)是密實(shí)、便于輸送、成本不高等，而其也存在一定缺點(diǎn)，如不牢固、不利于滲油、不利于保存、不光滑等，因此以石英砂為原材料的支撐劑多在深度淺、油氣層低、閉合壓力低的壓裂地區(qū)使用。與之相反的，原材料為陶瓷的陶粒支撐劑則多見于深度大、不利滲透、溫度高且閉合壓力高的壓裂地區(qū)。則適用于埋藏較深、滲透性較低、閉合壓力較高及溫度較高的水力壓裂中。陶粒支撐劑有熔融噴吹和燒結(jié)兩種制作方法，它的形態(tài)多為球形顆粒狀。

1.熔融噴吹制備法

采取熔融噴吹的形式制作而成的陶粒支撐劑,就是將鋁礬土等和輔助材料熔于高溫后又經(jīng)強(qiáng)壓力氣體噴吹冷固而成的支撐劑。曾有他國(guó)石油研究學(xué)家采用以玄武巖為主料進(jìn)行的支撐劑實(shí)驗(yàn)，對(duì)玄武巖采取熔化、熱處理和成珠的方法完成處理后，它變成了具有輝石性的微晶硅酸鹽珠體。與之不同的是在我國(guó)的探索道路中，曾就某固體支撐劑及其制作方法進(jìn)行探索，研制出了一種專用于深度大的油氣井中實(shí)現(xiàn)壓裂技術(shù)的固體支撐劑。這種特殊固體支撐劑的原材料主要為鋁礬土，在此基礎(chǔ)上少加或不加其他添加劑，最終將其經(jīng)過電弧爐的熔融噴吹作用，最終形態(tài)為球狀。這種特殊支撐劑有許多優(yōu)勢(shì)如疏密適中、抗高壓低壓、易于保存等。它的使用適宜于深度范圍為3000到4500米之間的油氣井工程。但有其利必有其弊，熔融噴吹這一制作方法雖得到了小范圍運(yùn)用，但其耗能高、不好控制的缺點(diǎn)致使其在目前時(shí)期尚未大范圍使用。

2.燒結(jié)制備法

燒結(jié)制備法就是為了造就優(yōu)質(zhì)的陶粒支撐劑而把陶瓷與傳統(tǒng)的陶瓷制作技術(shù)糅合到一起的方法。其主要原材料為鋁礬土。這種制作方法在我國(guó)發(fā)展時(shí)間較長(zhǎng)，高海利等許多石油學(xué)家就曾在攀枝花地區(qū)，采取生料、高欽性爐渣、鋁礬土等放入數(shù)量適當(dāng)?shù)牟牧线M(jìn)行輔助,的方法研制。在完成復(fù)雜的細(xì)粉磨、成球操作及熱處理等多道程序后研制出了一種高強(qiáng)度的石油壓裂陶粒支撐劑。其樣品在壓力69MPa的前提下，抗碎率為1.61%。由此可以看出，燒結(jié)法是制作陶粒支撐劑的最佳方案。

三、工業(yè)廢料對(duì)于陶粒支撐劑的意義

采取重復(fù)利用工業(yè)廢料的方式來制作陶粒支撐劑，一方面可以使工業(yè)廢料得到再利用，減少了資源的浪費(fèi)，降低成本。另一方面又能實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，減輕廢料污染環(huán)境程度，起到環(huán)保的效果。而在陶粒支撐劑制作過程里可重復(fù)使用的工業(yè)固體廢物有氧化程度、二氧化硅含量都較高的赤泥、粉煤灰和陶瓷輥棒廢料等。

1.赤泥

鋁土礦在變成氧化鋁時(shí)所產(chǎn)生的固體廢物就是赤泥。就日前國(guó)家曾發(fā)表的研究數(shù)據(jù)我們知道，中國(guó)每年可產(chǎn)生的赤泥高達(dá)40萬噸以上，而其全部的利用程度低達(dá)15%左右。如此數(shù)量巨大的赤泥長(zhǎng)期存積，浪費(fèi)大量建筑用地與農(nóng)田用地，并且赤泥中的氟化物和堿性物質(zhì)高溫溶解后會(huì)在一定程度上污染本地水源，而其中的固體粉末又會(huì)在一定程度上污染空氣，這既不利于環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展又會(huì)大幅度降低人類身體素質(zhì)。我國(guó)石油研究學(xué)家尹國(guó)勛等人就以赤泥為主要原材料制成了新型的陶粒支撐劑，即在赤泥里放入煤研石和粉煤灰等材料進(jìn)行輔助，又加入適量的添加劑制作而成。中國(guó)專利部門的以耐酸為目的所制成的將赤泥作為主要原材料的支撐劑是先將赤泥、含鋁物質(zhì)用球磨機(jī)球磨，呈現(xiàn)粉末狀形態(tài)后再添加含鋇物質(zhì)和增塑劑而制成半顆粒狀成品，最終將其在高溫1200至1400攝氏度的前提下燒結(jié)所形成的。

2.粉煤灰

發(fā)電廠里的煤粉經(jīng)由高溫燃燒產(chǎn)生的工業(yè)廢渣就是粉煤灰。其化學(xué)成分多由二氧化硅、氧化鈉、氧化鈣、三氧化鋁、三氧化二鐵等集合形成。國(guó)際石油研究者娜仁圖雅等人在制作以粉煤灰為主要原材料的陶粒支撐劑時(shí)，在粉煤灰里添加了適宜數(shù)量的水、載土、成孔劑等材料進(jìn)行輔助，攪拌集合而制成的微小球體最終在高溫條件下融化并形成粉煤灰型的陶粒支撐劑。我國(guó)研究者翟冠杰等人則在制作陶粒支撐劑時(shí)里放入足量粉煤灰燒結(jié)，這種方法制出的陶粒支撐劑雖然耐火、防滲、穩(wěn)定又不導(dǎo)熱，但它的支撐強(qiáng)度卻很低，不宜于石油工程壓裂。

3.陶瓷輥棒廢料

陶瓷輥棒制作過程里產(chǎn)生的廢棄物就是陶瓷輥棒廢料。目前數(shù)據(jù)顯示，中國(guó)一年共會(huì)產(chǎn)生約8000到10000噸的陶瓷輥棒廢料。而這些陶瓷輥棒廢料中氧化鋁的含量在高達(dá)60%。因此，將陶瓷棍棒廢料納入壓裂支撐劑制作原材料體系一方面可降低制作支撐劑的費(fèi)用，另一方面又能使生產(chǎn)的支撐劑質(zhì)量更優(yōu)，可以大幅度增加石油壓裂技術(shù)的社會(huì)效益與經(jīng)濟(jì)效益。

結(jié)語

經(jīng)過很長(zhǎng)時(shí)間的發(fā)展歷程，我國(guó)石油壓裂技術(shù)得到了不斷的完善，而其完善也為中國(guó)油氣開采和增產(chǎn)提供了必要條件。隨著其在我國(guó)石油領(lǐng)域的大幅采用，我國(guó)對(duì)支撐劑的需求大幅增加。市場(chǎng)的擴(kuò)大使我們不但重視數(shù)量，也開始關(guān)注其質(zhì)量。就目前來說我國(guó)對(duì)陶粒支撐劑的需求相對(duì)更大一些，這也是我國(guó)油氣增產(chǎn)的必要保障。經(jīng)探究得出，我國(guó)陶粒支撐劑制作方法目前主要為燒結(jié)法，原材料也多采取工業(yè)廢料，這不但能提高陶粒支撐劑的性能和質(zhì)量,同時(shí)降低支撐劑制作費(fèi)用,減少了工業(yè)廢料對(duì)環(huán)境的污染。

[l]趙艷榮,吳伯麟,吳婷婷高銘陶粒支撐劑的研制田中國(guó)陶瓷,20 12.

[2]王晉槐,趙友誼,龔紅宇,張玉軍石油壓裂陶粒支撐劑研究進(jìn)展田硅酸鹽通報(bào),2 0 10.