压裂用陶粒支撑剂研究现状及面临的挑战

  压裂 用陶粒支撑剂研 究现状及面临的挑 战 董立全 一，陈 强 一，范希良 一，杨晓刚 ， (1．中国石油长庆油田分公司油气工艺研究院；2．低渗透油气 田勘探开发国家工程实验室 ) 摘 要 ：压裂用陶粒支撑剂用量在持续低迷的原油价格的影响下逐年降低，陶粒生产企业进入 了低潮。在环 境保护战略和去过剩产能政策双重作用的推动下，陶粒生产企业及研发机构投入 了更多的精力和财力用于生 产工艺改进和产品研发技术，通过降本增效来提 高产品竞争力，并研发 出了一系列低成本 、低 密度陶粒支撑 剂。本文综述 了近年来低密度陶粒支撑剂的制备方法和性能参数 ，与 国外同类陶粒相 比...

  压裂 用陶粒支撑剂研 究现状及面临的挑 战 董立全 一，陈 强 一，范希良 一，杨晓刚 ， (1．中国石油长庆油田分公司油气工艺研究院；2．低渗透油气 田勘探开发国家工程实验室 ) 摘 要 ：压裂用陶粒支撑剂用量在持续低迷的原油价格的影响下逐年降低，陶粒生产企业进入 了低潮。在环 境保护战略和去过剩产能政策双重作用的推动下，陶粒生产企业及研发机构投入 了更多的精力和财力用于生 产工艺改进和产品研发技术，通过降本增效来提 高产品竞争力，并研发 出了一系列低成本 、低 密度陶粒支撑 剂。本文综述 了近年来低密度陶粒支撑剂的制备方法和性能参数 ，与 国外同类陶粒相 比制造成本低，性能相 当。同时分析了陶粒生产企业面临的机遇和挑战，并对 陶粒支撑剂的发展提 出了建议。 关键词：压裂；陶粒；支撑剂；低密度 与石英砂 、树脂覆膜砂相比，压裂陶粒支撑 剂具有抗破碎能力强 、耐腐蚀 、导流能力好 、应 用性价比高等特点，被油气 田普遍的使用。国内陶 粒支撑剂紧跟 国际发展形式 ，从 20世纪 8O年代 开始研发 ，目前基本达 到了世界 同等水平。特别 是 国外非常规油气 的开发 ，中国陶粒得到世界的 认可 ，在北美市场 占据了重要份额 的同时 ，也造 成了国内陶粒生产产能的过剩。由于近两年持续 低迷的原油 价格 ，造成油气 田开发速度变缓或部 分区块停产，陶粒支撑剂的使用量断崖式降低。 近两年，随着环境保护力度的加大和可持续发展 战略的提出 ，属于耗能产业的陶粒支撑剂也遇到 了发展的瓶 颈。此外 ，非常规类储层及深层油气 的开发又对陶粒性能提出了更高的要求 ，提高并 保持陶粒抗破碎能力的前提下，逐步降低陶粒 支撑剂 的密度和研发低成本成为压裂用陶粒支撑 剂的研究热点之一 J。 1低密度陶粒支撑剂的研究现状 低密度(视密度小于 2．70g／cm 或体积密度小 于 1．6g／cm )概念 源于石 油天然气行业压裂支撑 剂行业标准 SY／T 5 1O8一 l997和 SY／T 5 1082o06 的划分 ， 。 目前现行 的行业标准 SY／T 5108 2014已经废弃 了密度划分支撑剂类 型的依据 J。 考虑储层的需求和压裂工艺的需要 ，特别是低渗 透 、特低渗透、超低渗透油藏，煤层气 、致密油 气藏 、页岩气 等非常规储层 的水力压裂对低密度 高强度陶粒支撑剂 的需求量增加 ，陶粒 的使用者 认识到采用密度较低 的陶粒支撑剂能够减小对压 裂设备 的磨损 ，低密度可 以减少压裂液的使用 ， 支撑剂运移更远，并能大大的提升裂缝导流能力、采 收率，降低水力压裂成本等诸多好处。因此，近 QQ：堂堡堡垄垫 里 ! !! !垒鱼篓 坐 年来 ，低密度 陶粒支撑剂发展迅速 。烧结后 陶粒 的密度 主要 由形成 的晶相所决定 。低密度陶粒晶 相为方石英 和少量莫来石 ，中密度 陶粒 晶相为莫 来石 和少 量 刚玉 。研 究 表 明 ，通过 材料 优选 制 备陶粒支撑剂形成的莫来石相 (2．90g／cm )和方 石英 晶相 (2．25～2．34g／cm )可 以实现低密度的 特性 。 1．1国外研究进展 国外在低密度陶粒研发方 面也在不 断进步 ， Brett等[7-91通过 往 高岭 土 中添 加不 同质 量 分数 fO．21％ 3．0O％)的氧化钾作为高岭土助熔剂 ，在 1450 下烧制能大大的提升支撑剂 中莫来石相 和玻璃 相 的含量 ，增 加 陶粒 的抗住压力的强度 ；Thoma等kl UJ 利用铝含量在质量分数为 55％以上 的钻井液 (粉 料 、水 、粘结剂 、莫来石生长促进剂 、pH值调节 剂 、消泡剂 )和质量分数为 4％ Fe2O3助剂 ，在 1520℃制成 的低密度陶粒体积密度为 1．69g／cm ， 69MPa下破碎率为 4．4％。硅酸铝支撑剂，是 通过焙烧氧化铝含量不低 于质量分 数为 60％的硅 酸铝材料所形成的 ，视密度为 1．70～2．75g／cm 。 如果硅 酸铝 支撑剂 ll_ 2J中氧化 铝与 氧化硅 的 比例 为 2．2～4．0，支撑剂 在 69MP的压力下破碎率小 于 10％。以高岭土为主料 ll引，通 过控制在 l 150～ 1380 的烧 成温度 和时间 ，烧制的陶粒视 密度 为 2．102．55g／cm ，体 积密度为 0．95～1．30g／cm ， 52MPa闭合应力破碎率小于 10％；以熟高岭土I】4l (800 oC下煅烧 30min，析出少量方石英和莫来 石 )和生高岭土混粉为原料 ，烧制的低密度 陶粒 体积密度低于 1．60g／cm 。以高岭土和铝矾土为原 料[H]，添加质量分数为 5％Fe2O3为助剂 ，烧制成 一种多孔 陶瓷 为内芯 ，金属或金属氧化物为外壳 的低密度陶粒 ，视密度约为 2．5lg／cm 。