陶粒壓裂支撐劑研究進(jìn)展

崔冰峽，劉　軍，陳耀斌，高　峰

(1.太原理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，太原　030024；2.山西省建筑材料設(shè)計(jì)研究院，太原　030025)

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陶粒壓裂支撐劑研究進(jìn)展

崔冰峽1，劉軍2，陳耀斌1，高峰1

(1.太原理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，太原030024；2.山西省建筑材料設(shè)計(jì)研究院，太原030025)

水力壓裂是應(yīng)用于石油天然氣行業(yè)中的一種有效增產(chǎn)措施。隨著非常規(guī)油氣藏的發(fā)展，其已成為我國(guó)亟待攻克的技術(shù)難點(diǎn)之一。而壓裂支撐劑是水力壓裂過(guò)程中的關(guān)鍵材料，即用于支撐裂縫從而提高油氣藏滲透率的球形顆粒。文章綜述了國(guó)內(nèi)外陶粒支撐劑的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)，重點(diǎn)介紹了鋁礬土基和高嶺土基壓裂支撐劑的研究進(jìn)展以及壓裂支撐劑的制備工藝。

水力壓裂; 支撐劑; 低密度

1　引　言

隨著美國(guó)“頁(yè)巖氣革命”的爆發(fā)，非常規(guī)油氣藏的開(kāi)發(fā)利用已引起國(guó)內(nèi)外專(zhuān)家學(xué)者的關(guān)注[1]。非常規(guī)油氣藏滲透率相對(duì)常規(guī)油氣藏較低，典型的非常規(guī)油氣藏有致密氣砂巖層、煤層氣層、重油和氣體頁(yè)巖層[2,3]。根據(jù)2011年美國(guó)能源部信息署統(tǒng)計(jì)，我國(guó)頁(yè)巖氣技術(shù)可采資源量有3.608×1013m3，占全球總量的19.3%，居世界第一[4]。據(jù)2006年國(guó)土資源部估算我國(guó)埋深小于2000 m的煤層氣資源量約為3.68×1013m3。截至2011年12月，中國(guó)煤層氣累積探明地質(zhì)儲(chǔ)量為4.155×1013m3[5]。盡管我國(guó)的石油天然氣行業(yè)已取得一定成就，但非常規(guī)油氣藏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展尚未取得實(shí)質(zhì)性進(jìn)展，所面臨的最大技術(shù)難點(diǎn)之一就是水力壓裂技術(shù)[4,6]。

水力壓裂[7,8]是石油天然氣行業(yè)中用于油氣井增產(chǎn)的一種有效措施，其增產(chǎn)效果的好壞以及油氣井的經(jīng)濟(jì)壽命主要取決于壓裂支撐劑的質(zhì)量[9,10]。壓裂支撐劑[11]是水力壓裂中用于支撐裂縫和孔隙以提高儲(chǔ)層滲透性的球形顆粒，是水力壓裂作業(yè)中的關(guān)鍵材料。壓裂支撐劑主要有天然石英砂和人造陶粒兩類(lèi)。石英砂體積密度較高(1.6 g/cm3左右),圓球度較低(低于0.8)且在28 MPa壓力下開(kāi)始破碎。因此，石英砂難以滿足閉合壓力為35 MPa及以上的壓裂作業(yè)。目前，水力壓裂中主要使用陶粒支撐劑。我國(guó)陶粒支撐劑的生產(chǎn)商主要集中在河南、山西、宜興、成都、貴州等地。國(guó)外支撐劑生產(chǎn)商以美國(guó)Carbo公司和法國(guó)的Saint-Gobain公司為典型。

2　國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀

陶粒支撐劑具有強(qiáng)度高、圓球度高、耐腐蝕性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，目前已廣泛應(yīng)用于油氣田的壓裂作業(yè)。目前陶粒支撐劑多采用鋁礬土和氧化鋁為原料，添加軟錳礦、白云石等添加劑制備而得。常規(guī)石油和天然氣藏的水力壓裂中使用的陶粒支撐劑多數(shù)為高密度(體積密度大于1.80 g/cm3)、中密度(體積密度介于1.65～1.80 g/cm3)及低密度(體積密度介于1.30～1.65 g/cm3)的支撐劑；低滲透油田、煤層氣藏及頁(yè)巖氣藏等非常規(guī)資源的水力壓裂作業(yè)對(duì)壓裂支撐劑提出比常規(guī)壓裂更高的要求，而高強(qiáng)度超低密度壓裂支撐劑能夠滿足這一要求。使用低密度支撐劑不僅對(duì)壓裂設(shè)備磨損小，還能減少壓裂液的使用，從而降低水力壓裂成本。

油氣井根據(jù)井深可分為淺井(500～1000 m)、中深井(1000～2500 m)、深井(2500～4000 m)以及超深井(>4000 m)四類(lèi)。根據(jù)中石油勘探開(kāi)發(fā)研究院對(duì)煤層氣開(kāi)發(fā)地質(zhì)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)可知，煤層氣埋深一般在300～1500 m之間，頁(yè)巖氣埋深在4500 m左右內(nèi)，如四川盆地古生界海相頁(yè)巖氣埋深在900～5000 m之間[12]。適用于淺層井、中深井、深層井及超深井的支撐劑需要承受的閉合壓力區(qū)間分布分別為17～35 MPa、35～69 MPa、69～103 MPa及103 MPa以上[13]。實(shí)際壓裂中，應(yīng)根據(jù)不同油氣井的具體情況選擇合適的壓裂支撐劑。

2.1鋁礬土基陶粒支撐劑

目前陶粒支撐劑主要采用鋁礬土為原料，添加各種輔料經(jīng)混料、造粒、干燥、燒結(jié)及篩分等過(guò)程制備而成。鋁礬土基壓裂支撐劑主要由剛玉、莫來(lái)石、方石英和玻璃相組成。其中剛玉、莫來(lái)石、方石英的理論密度分別為3.99 g/cm3、3.03 g/cm3、2.30～2.34 g/cm3。使用高鋁礬土可制備出由剛玉和莫來(lái)石組成的高密度高強(qiáng)度壓裂支撐劑。高峰等[14]以鋁礬土(Al2O3含量66.8wt%)為主要原料制備出鉻鐵礦摻雜以剛玉為主晶相的鋁礬土基陶粒支撐劑。其中在煅燒溫度1420℃,鉻鐵礦添加量2wt%時(shí),制備出的燒結(jié)試樣體積密度高達(dá)1.83 g/cm3,69 MPa下的破碎率僅為1.8%；劉軍等[15]以Al2O3含量67wt%的鋁礬土為主要原料，白云石為燒結(jié)助劑制備了主晶相為剛玉的高強(qiáng)度陶粒支撐劑。當(dāng)白云石添加量為3wt%時(shí)，在1350℃煅燒所得樣品69 MPa下的破碎率為2.9%，體積密度為1.75 g/cm3，視密度為3.12 g/cm3；田玉明等[16]采用鋁礬土(氧化鋁含量為65.6%)和二氧化硅粉制備了莫來(lái)石-石英質(zhì)低密度陶粒支撐劑材料。研究結(jié)果表明在煅燒溫度為1400～1450℃范圍內(nèi)制備的支撐劑材料密度為1.78～1.85 g/cm3，抗壓強(qiáng)度為13～23.86 MPa，顯氣孔率為35.4%～38.1%；劉愛(ài)平等[17]以三級(jí)鋁礬土(Al2O3含量為59.9%)和砂土(Al2O3含量為29.26%)為主要原料，在煅燒溫度為1500℃時(shí)，制備的試樣主要物相為莫來(lái)石和石英，體密度為1.35 g/cm3，視密度為2.78 g/cm3，35 MPa閉合壓力下的破碎率為9.47%。在礬土基陶瓷材料中，添加劑(如錳粉、鎂渣[18]和軟錳礦[19]等)對(duì)其性能影響較大，這對(duì)壓裂支撐劑的研究提供了指導(dǎo)意義。

鋁礬土分生料和熟料兩種，以上研究是鋁礬土生料在壓裂支撐劑中的應(yīng)用。李福洲等[20]將鋁礬土煅燒后發(fā)現(xiàn)礦物相由原來(lái)的一水硬鋁石和高嶺石變成剛玉假相和偏高嶺石(非晶相)，由于剛玉假相和偏高嶺石的高活性，使得輕燒鋁礬土生料球煅燒過(guò)程中易于生成剛玉和莫來(lái)石，燒結(jié)過(guò)程容易進(jìn)行。劉云[21]以高鋁礬土熟料(Al2O3含量為81.25wt%)、工業(yè)廢棄高鋁質(zhì)耐火磚為主要原料，以棕剛玉、硅灰、結(jié)合粘土、PZ復(fù)合燒結(jié)劑等為輔料，制備出了主晶相為剛玉的高強(qiáng)度陶粒支撐劑。其體積密度為1.81 g/cm3，視密度為3.26 g/cm3，69 MPa下破碎率為3.19%。

綜上所述，利用Al2O3含量在65wt%以上的鋁礬土制備出的陶粒支撐劑體積密度可達(dá)1.75 g/cm3以上，視密度可達(dá)3.1 g/cm3以上，可滿足閉合壓力為69 MPa的壓裂作業(yè)[14,15]。雖然原料的高鋁含量為支撐劑的高強(qiáng)度提供了可能，但是也因此提高了支撐劑的原料成本。使用Al2O3含量較低的原料，添加白云石[15]和方解石[22]等高溫下能分解產(chǎn)生揮發(fā)性氣體的添加劑可降低支撐劑的密度。使用鋁礬土熟料制得的支撐劑相比鋁礬土生料更能促進(jìn)燒結(jié)過(guò)程的進(jìn)行[20,23]。此外，高密度陶粒因其在近井地帶容易快速沉降，這會(huì)使更遠(yuǎn)處的裂縫上半部分不能得到有效填充，為了避免影響增產(chǎn)效果還需采用高粘度攜砂液?？梢?jiàn)在保證強(qiáng)度的同時(shí)降低壓裂支撐劑的密度對(duì)于降低壓裂成本和提高壓裂增產(chǎn)效率具有重大意義。

2.2高嶺土基陶粒支撐劑

隨著低滲透油氣藏增多以及非常規(guī)油氣藏的勘探開(kāi)發(fā)，低密度支撐劑是未來(lái)壓裂操作中的必然趨勢(shì)。由于高嶺土(主要成分為高嶺石，其理論Al2O3含量為39.5%)鋁含量相對(duì)鋁礬土較低，且粘結(jié)性更好，因而可選為低密度壓裂支撐劑的原料。美國(guó)專(zhuān)利[24]取瓷土(Al2O3含量低于20wt%)、陶土(Al2O3含量低于25wt%)和高嶺土(Al2O3大約40wt%)為原料，在1150 ～ 1380℃溫度范圍內(nèi)制備出體積密度為1.30 ～ 1.50 g/cm3，視密度為2.10～2.55 g/cm3的支撐劑。其中氧化鋁含量為19.05%時(shí)，支撐劑樣品體積密度為1.30 g/cm3,視密度為2.4 g/cm3，35 MPa下破碎率為3.8%，52 MPa下破碎率為9.5%；Carbo公司[25]以高嶺土為原料在1200～1350℃制備出的支撐劑體積密度為0.95～1.30 g/cm3，視密度為1.60 ～ 2.10 g/cm3，燒結(jié)溫度高于1200℃時(shí)28 MPa下破碎率低于15%。Walter等[26]分別以高嶺土和鋁礬土為原料制備陶粒壓裂支撐劑，研究結(jié)果表明相比鋁礬土基支撐劑，高嶺土基支撐劑在強(qiáng)度相當(dāng)?shù)臈l件下密度更低。高嶺土基壓裂支撐劑主要由莫來(lái)石和方石英相組成，而鋁礬土基壓裂支撐劑主要由莫來(lái)石和剛玉相組成。

綜上所述，高嶺土基壓裂支撐劑相比鋁礬土基壓裂支撐劑燒結(jié)溫度降低，體積密度和視密度都大大降低，強(qiáng)度下降。鑒于高嶺土基壓裂支撐劑的研究相對(duì)鋁礬土基壓裂支撐劑不夠成熟，可以考慮添加燒結(jié)助劑以提高強(qiáng)度。氧化鋁陶瓷中添加劑[27]一般分為兩種，一種是生成液相型的添加劑：SiO2、MgO、CaO、SrO和BaO等堿土金屬氧化物。另一種是生成固溶體型添加劑：TiO2、Cr2O3、Fe2O3和MnO2等過(guò)渡金屬氧化物。在莫來(lái)石陶瓷研究中，V2O5[28]、WO3[29]、Cr2O3[30]和 Fe2O3[31]等添加劑都有助于陶瓷材料的性能優(yōu)化。

最近作者以高嶺土原料(Al2O3含量為36.48wt%，SiO2含量為44.18wt%)，在1250～1520℃之間煅燒1 h制備了低密度陶粒壓裂支撐劑。研究結(jié)果表明隨溫度煅燒溫度高至1460℃時(shí)，支撐劑在28 MPa壓力下破碎率降至9.59%。1460℃煅燒1 h后的支撐劑體積密度為1.40 g/cm3，視密度為2.56 g/cm3。圖1是1460℃煅燒1 h的高嶺土基壓裂支撐劑XRD圖譜。分析可得，該試樣主要由方石英和莫來(lái)石組成。圖2是1460℃煅燒1 h的高嶺土基壓裂支撐劑試樣斷口SEM圖，棒狀莫來(lái)石交錯(cuò)生長(zhǎng)在基體的孔隙中。由此可知，方石英的低密度(2.30～2.34 g/cm3)以及高溫下液態(tài)玻璃相對(duì)開(kāi)口氣孔的封閉作用，高嶺土基壓裂支撐劑容易獲得較低的密度。此外，棒狀莫來(lái)石對(duì)方石英基體起到晶須強(qiáng)化的作用，由此可使支撐劑強(qiáng)度得以提高。研究結(jié)果表明：以高嶺土為主要原料能獲得較低密度的陶粒支撐劑，通過(guò)配方優(yōu)化以及引入合適的強(qiáng)化機(jī)制可彌補(bǔ)低密度壓裂支撐劑強(qiáng)度方面的不足。

圖1　1460℃煅燒1 h的高嶺土基壓裂支撐劑XRD圖譜Fig.1　XRD pattern of kaolinite-based proppant sintered at 1460℃ for 1 h

圖2　1460℃煅燒1 h的高嶺土基壓裂支撐劑試樣SEM圖Fig.2　SEM image of kaolinite-based proppant sample sintered at 1460℃ for 1 h

2.3其他原料制備的陶粒支撐劑

目前壓裂支撐劑主要采用鋁礬土為原料制備而得，高嶺土也成功應(yīng)用到低密度壓裂支撐劑中。此外，將粉煤灰、煤矸石和棕剛玉粉塵廢料等固體廢棄物用于壓裂支撐劑的制備，不僅經(jīng)濟(jì)環(huán)保還開(kāi)辟了壓裂支撐劑在原料選擇上的新思路。高如琴等[32]以粉煤灰和鋁礬土為主要原料,高嶺土和長(zhǎng)石為燒結(jié)助劑，體密度為0.998 g/cm3，視密度為2.559 g/cm3，22 MPa下破碎率為8.241%。陳平等[33]等以煤矸石礦渣和粉煤灰礦渣為主料，TiO2、ZnO和白云石為礦化劑，制備出體積密度為1.54 g/cm3，69 MPa破損率為3%～5%的低密高強(qiáng)壓裂支撐劑。

2.4樹(shù)脂覆膜支撐劑

將高分子樹(shù)脂包覆在傳統(tǒng)支撐劑外部，可以制備出密度低、強(qiáng)度高、圓球度高和耐酸性好的覆膜陶粒壓裂支撐劑。Mansoor等[13]對(duì)比了覆膜支撐劑與陶粒、石英砂和陶粒支撐劑的性能。對(duì)比結(jié)果表明相比石英砂和陶粒，覆膜支撐劑能夠有效防止支撐劑返吐，表面剝落以及減少儲(chǔ)層微粒向支撐劑填塞帶的運(yùn)移。鄧浩等[34]以工業(yè)廢料粉煤灰為主要原料，以 MnO2和鉀長(zhǎng)石作為助熔劑，加入偶聯(lián)劑、酚醛樹(shù)脂、環(huán)氧樹(shù)脂和增塑劑等制備了低密度高強(qiáng)度的樹(shù)脂覆膜陶粒支撐劑。在1300℃下燒結(jié)2 h，然后包覆樹(shù)脂膜，制備出了視密度為2.64 g/cm3、52 MPa下破碎率為3.76%的覆膜陶粒支撐劑。張偉民等[35]報(bào)道了一種低密度高強(qiáng)度的樹(shù)脂覆膜壓裂支撐劑的方法。結(jié)果表明樹(shù)脂覆膜低密度陶粒比覆膜石英砂的視密度和體積密度分別降低8.1%和11.2%，69 MPa下二者的破碎率分別為1.7%和8.1%，樹(shù)脂覆膜低密度陶粒的圓球度更好，短期導(dǎo)流能力能提高一倍以上。

3　陶粒支撐劑的制備工藝

3.1原料的粉磨工藝

陶粒壓裂支撐劑原料一般要經(jīng)過(guò)破碎、除鐵、壓濾、干燥以及粉磨等過(guò)程制備而得。高峰等[36]使用質(zhì)量平均粒徑分別為6.602 μm和19.465 μm，粒度范圍分別為0.890～13.836 μm和0.721～20.142 μm的A、B兩種鋁礬土制得支撐劑樣品，研究結(jié)果表明原料顆粒越小、粒度范圍越窄，支撐劑破碎率越低?？芍?，使用超細(xì)粉磨設(shè)備有助于改善壓裂支撐劑的機(jī)械性能。可見(jiàn)，原料粒度對(duì)支撐劑的影響非常大，因此原料的粉磨尤為關(guān)鍵。目前壓裂支撐劑行業(yè)主要使用球磨機(jī)粉磨原料。球磨機(jī)是一種廣泛應(yīng)用于水泥、玻璃和陶瓷等硅酸鹽制品生產(chǎn)行業(yè)的粉磨設(shè)備。氣流磨是最常用的超細(xì)粉碎設(shè)備之一，廣泛應(yīng)用于非金屬礦物原料的超細(xì)粉碎。與球磨機(jī)相比，使用氣流磨能使原料粒度更細(xì)更均勻、純度更高、活性更大以及噪音更小等優(yōu)勢(shì)。

3.2陶粒支撐劑的造粒工藝

3.2.1噴霧流化床法

將含有陶瓷原料的水懸浮液持續(xù)霧化并且送入已被部分烘干的細(xì)小種子顆粒層中，該顆粒在干熱的空氣流中被液化。在種子顆粒上的水懸浮液被持續(xù)地噴射并烘干，直到獲得期望的成品生顆粒直徑。從層中持續(xù)地取得顆粒，并且將顆粒與尺寸過(guò)大或過(guò)小的產(chǎn)品成分分開(kāi)。在干燥的空氣流中持續(xù)地回收材料。中國(guó)的專(zhuān)利[22]就是采用噴霧造粒的方法以鋁土礦(Al2O3含量為60wt%～68wt%)和鵝卵石(SiO2含量大于90wt%)為主要原料，以鉀長(zhǎng)石、方解石和鎂砂為助燒劑，噴霧造粒后在1300～1350℃燒結(jié)0.5～2 h制備出超低密度陶粒支撐劑。經(jīng)測(cè)試，體積密度為1.35～1.39 g/cm3，視密度為2.55～2.60 g/cm3，40 MPa閉合壓力下破碎率為6.50%～8.52%。

3.2.2干混法

將干燥的粘土和氧化鋁的干粉、鋁土礦或者混合物添加到高強(qiáng)度混合器中。陶瓷原材料被攪拌形成均勻混合物料。添加足夠的水使細(xì)的初始粉塵顆粒凝固從而由粉末形成小的復(fù)合球形小丸。持續(xù)混合一定的時(shí)間，直到生顆粒達(dá)到期望的直徑。干混法可選用的設(shè)備主要有強(qiáng)力混合機(jī)、圓盤(pán)造粒機(jī)和荸薺式包衣機(jī)等。國(guó)內(nèi)大部分工廠采用圓盤(pán)造粒機(jī)，而實(shí)驗(yàn)室主要采用強(qiáng)力混合機(jī)[14,15]和荸薺式包衣機(jī)[37]。

3.2.3其他方法

中國(guó)專(zhuān)利[38]公布一項(xiàng)多孔莫來(lái)石微球的制備方法。該發(fā)明以環(huán)境友好的水制備漿料，采用油中成球與冷凍干燥相結(jié)合的工藝技術(shù)制備出具有高孔隙率并且體積密度小于1.6 g/cm3的多孔莫來(lái)石微球。這種方法突破了支撐劑的傳統(tǒng)造粒方法，支撐劑的密度的控制機(jī)理不再局限于對(duì)支撐劑配方中的鋁含量的控制而可通過(guò)控制漿料固含量來(lái)調(diào)節(jié)密度?？ú┨樟Ｓ邢薰綶39]公布了一種由漿滴形成的支撐劑顆粒及其使用方法。其實(shí)施方法是讓粒狀的陶瓷顆粒的漿料在振動(dòng)的影響下流經(jīng)噴嘴并形成小滴，球形生顆粒尺寸均勻、表面光滑。采用高嶺土為原料制備出的支撐劑在69 MPa應(yīng)力下測(cè)量所得的平均長(zhǎng)期滲透率為173 darcies。該滲透率遠(yuǎn)超過(guò)具有相同鋁土含量的工業(yè)支撐劑在69 MPa應(yīng)力下的長(zhǎng)期滲透率(85 darcies)。此外，美國(guó)專(zhuān)利[40]公開(kāi)了一系列可用于陶粒支撐劑成球的方法，如結(jié)塊、噴霧造粒、濕制顆粒和擠壓成球等。

3.3燒結(jié)工藝

工業(yè)生產(chǎn)陶粒支撐劑主要采用隧道窯和回轉(zhuǎn)窯燒結(jié)而成，而實(shí)驗(yàn)室主要使用箱式爐。本課題組提出高溫流態(tài)化動(dòng)態(tài)燒結(jié)工藝，這種方法有助于支撐劑燒結(jié)均勻從而改善靜態(tài)燒結(jié)均勻性較差的缺點(diǎn)。中國(guó)專(zhuān)利[41]以紫砂粘土巖和鋁礬土為原料在回轉(zhuǎn)窯中燒結(jié)而成。該方法制備出的支撐劑體積密度小于1.55 g/cm3,35 MPa下破碎率小于10%。Zhao等[23]將鋁礬土在1200℃煅燒1 h后造粒，采用動(dòng)態(tài)燒結(jié)法制備出視密度為2.792 g/cm3，52 MPa閉合壓力下破碎率為3.22%的低密莫來(lái)石基陶粒支撐劑。

4　行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)

目前我國(guó)頒布的壓裂支撐劑行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)有三版，現(xiàn)行的石油壓裂支撐劑行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)為SY/T5108-2014，此前曾實(shí)施過(guò)兩個(gè)版本，分別是SY/T 5108-1997[41]、ST/T 5108-2006[42]和SY/T 5108-2014[43]。與前兩版相比，2014年出版的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)補(bǔ)充了樹(shù)脂覆膜支撐劑和礫石充填介質(zhì)以及其他支撐劑材料的試驗(yàn)評(píng)價(jià)。新版標(biāo)準(zhǔn)調(diào)整了觀察支撐劑圓度和球度時(shí)顯微照片的放大倍數(shù)，如調(diào)整后粒徑范圍在3350/1700～1700/850 μm 的支撐劑使用放大倍數(shù)為15倍，而調(diào)整前使用的放大倍數(shù)是30倍。酸溶解度測(cè)試首選12∶3的HCl∶HF溶液，但不排除使用其他酸溶液。密度測(cè)試除體積密度和視密度外增加了絕對(duì)密度的測(cè)量。視密度的測(cè)試液體不采用水而改用低密度石蠟油、煤油、柴油或與之相似的油類(lèi)。石英砂、陶粒支撐劑和樹(shù)脂覆膜支撐劑的破碎率測(cè)試統(tǒng)一使用一種計(jì)算方法。

5　結(jié)　語(yǔ)

隨著石油天然氣行業(yè)的發(fā)展，尤其是非常規(guī)油氣藏的開(kāi)發(fā)與利用，支撐劑研究領(lǐng)域?qū)?huì)面臨更多的機(jī)遇與挑戰(zhàn)。低滲透油氣藏、煤層氣和頁(yè)巖氣的開(kāi)發(fā)利用要求降低壓裂支撐劑的密度，故研究低密度壓裂支撐劑對(duì)提高導(dǎo)流能力具有重大的意義。又針對(duì)目前支撐劑原料多采用原料成本較高的高鋁原料以及高密度出現(xiàn)的壓裂過(guò)程中沉降速度快、不能有效填充等問(wèn)題，使用成本較低的低鋁原料將是未來(lái)支撐劑原料的必然趨勢(shì)。使用高嶺土為主要原料，通過(guò)配方優(yōu)化以及引入合適的強(qiáng)化機(jī)制能制備出強(qiáng)度高密度低的陶粒支撐劑。壓裂支撐劑的強(qiáng)化機(jī)制需要不斷優(yōu)化與探索，可以從顆粒增強(qiáng)和晶須增強(qiáng)等強(qiáng)化機(jī)制來(lái)考慮。支撐劑的密度除了通過(guò)調(diào)節(jié)配方中的鋁含量來(lái)控制外，還可以采用新的造粒方法，通過(guò)控制漿料固含量來(lái)調(diào)節(jié)密度。使用氣流磨等超細(xì)粉磨設(shè)備可得到粒度均勻的超細(xì)粉，有利于支撐劑的性能提高。

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[42]中華人民共和國(guó)石油天然氣行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SY/T5108-1997.壓裂支撐劑性能測(cè)試推薦方法[S].

[43]中華人民共和國(guó)石油天然氣行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SY/T5108-2006.壓裂支撐劑性能指標(biāo)及測(cè)試推薦方法[S]..

[44]中華人民共和國(guó)石油天然氣行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SY/T5108-2014.水力壓裂和礫石充填作業(yè)用支撐劑性能測(cè)試方法[S]..

Research Progress on Ceramic Fracturing Proppants

CUI Bing-xia1,LIU Jun2,CHEN Yao-bin1,GAO Feng1

(1.College of Materials Science and Engineering,Taiyuan University of Technology,Taiyuan 030024,China;2.Shanxi Building Material Industrial Design & Research Institute,Taiyuan 030025,China)

Hydraulic fracturing is an effective technique applied to the petroleum and gas industry. With the development of untraditional reservoir,hydraulic fracturing has become one of the technical difficulties for our country to overcome urgently. Fracturing proppants are small spherical particles used to improve the reservoir permeability,which prop fractures and then improve the oil and gas fracture permeability. This paper reviews the current situation and prospect of ceramic proppants with an emphasis on the research progress of bauxite-based and kaolinite-based fracturing proppants and the preparation processes of fracturing proppants.

hydraulic fracturing;proppant;low-weight

山西省國(guó)際合作項(xiàng)目(2015081047)

崔冰峽(1989-)，女，碩士研究生.主要從事陶粒支撐劑材料等方面的研究.

高峰,教授,博士.

TQ174

A

1001-1625(2016)02-0458-06