石油支撐劑

石油支撐劑又叫石油壓裂支撐劑。在石油天然氣深井開採時，高閉合壓力低滲透性礦床經壓裂處理後，使含油氣岩層裂開，油氣從裂縫形成的通道中匯集而出，此時需要流體注入岩石基層，以超過地層破裂強度的壓力，使井筒周圍岩層產生裂縫，形成一個具有高層流能力的通道，為保持壓裂後形成的裂縫開啟，油氣產物能順暢通過。

基本介紹

• 中文名：陶粒支撐劑
• 外文名：Ceramic proppant
• 又叫：石油壓裂支撐劑
• 用途：頁岩油氣深井水力壓裂施工開採

簡介

用石油支撐劑隨同高壓溶液進入地層充填在岩層裂隙中，起到支撐裂隙不因應力釋放而閉合的作用，從而保持高導流能力，使油氣暢通，增加產量。

石油支撐劑的性能要求：1、支撐劑要有足夠的抗壓強度和抗磨損能力，能耐受注入時的強大壓力和摩擦力，並有效地支撐人工裂縫。2、支撐劑顆粒相對密度要低，便於泵入井下。3、支撐劑顆粒在溫度為200度的條件下，與壓裂液及儲層流體不發生化學作用，酸溶解度最大允許值應小於7%。

目前常用的支撐劑主要有石英砂、鋁釩土陶粒砂及樹脂包覆的複合顆粒等。由於石英砂成本低，同時密度較低易於泵送，被大量使用，但石英砂強底低、球度差，降低裂縫導流能力，不適用於閉合壓力高的深井。樹脂包覆石英砂的複合顆粒，球度有改善，耐腐蝕性比較強，導流能力也較好，但產品保持期短，造價過高，在成本至上的今天推廣不易，而採用鋁釩土陶粒工藝的陶粒支撐劑，密度高，球度好，耐腐蝕，耐高溫，耐高壓，同時成本可以得到較好的控制，因此越來越廣泛的被油氣田所採用。實踐證明，使用陶粒石油支撐劑壓裂的油井可提高產量30－50%，還能延長油氣井服務年限，是石油、天然氣低滲透油氣井開採、施工的關鍵材料，不但能增加油氣產量，而且更能延長油氣井服務年限。

陶粒石油支撐劑的主要原材料是鋁釩土，而我國是鋁土礦富集國家，鋁土礦分布高度集中，山西、貴州、河南和廣西四個省(區)的儲量合計占全國總儲量的90.9%(山西41.6%、貴州17.1%、河南16.7%、廣西15.5%)，其餘擁有鋁土礦的15個省、自治區、直轄市的儲量合計僅占全國總儲量的9.1%。中國公司製造的陶粒支撐劑以其良好的支撐能力，逐漸取代常規支撐劑砂子，進入美國市場。迄今，中國製造的陶粒支撐劑已占據整個北美陶粒支撐劑市場13%的份額，平均每年的業務總量達30億美元。

技術方面

1940無支撐劑的壓裂施工試驗，由於效益不好無支撐劑壓裂很快停止。1950 早期壓裂施工使用來自Arkansas河的石英砂和Illinois洲Ottawa的Saint Peter 地層的“White”石英砂。1958 使用Brady附近Hickory砂岩的“Brown”石英砂。1960 玻璃珠、塑膠珠、胡桃殼-嘗試單層鋪砂設計，由於沉降、嵌入、應力集中而失敗（可溶性支撐劑隔離物）。1970-1975 可固化樹脂包裹石英砂。1979 第一種商業用陶粒支撐劑。1980-1982 預固化樹脂包裹石英砂。1985 低密度陶粒，加入添加劑的多孔支撐劑；如加入用於防止水垢的抑制劑等，對某些陶粒產品提高強度及更窄的粒徑分布範圍。2002極低密度陶粒支撐劑成功。

行業發展

近幾年，隨著國內石油壓裂支撐劑生產的發展，石油壓裂支撐劑產品出口量逐漸從無到有，從少到多。不過，總體而言，出口量仍小於進口量。而且產品主要集中在附加值較低的中低端產品上，進口的則是附加值高的高端產品，如性能優秀的高強度石油壓裂支撐劑產品。我國石油壓裂支撐劑行業發展並不快,市場規模年均增長率在15%左右,企業總產能年均增速在12%左右。企業數量眾多,但大多數是小型企業,產量低,技術含量低,競爭手段也主要集中在產品價格上面,並沒有占據市場較大份額的特大規模企業產生。國內石油需求量繼續增加,石油對外依存度繼續增大。為了滿足國內日益增加的石油需求,石油開採業發展迅速。與此相對應的就是相關產品生產的迅速擴大。我國石油壓裂支撐劑行業在這段時間,發展比較迅速,市場規模增速達到20%。2009 年，中國石油壓裂支撐劑行業投資金額4.7 億元，2011 年增長到6.2億元，年均增長率在13%以上。

產品性能

石油支撐劑的性能要求：

1、支撐劑要有足夠的抗壓強度和抗磨損能力，能耐受注入時的強大壓力和摩擦力，並有效地支撐人工裂縫。

2、支撐劑顆粒相對密度要低，便於泵入井下。

3、支撐劑顆粒在溫度為200度的條件下，與壓裂液及儲層流體不發生化學作用，酸溶解度最大允許值應小於7%。

主要材料

目前常用的支撐劑主要有石英砂、鋁釩土陶粒砂及樹脂包覆的複合顆粒等。由於石英砂成本低，同時密度較低易於泵送，被大量使用，但石英砂強底低、球度差，降低裂縫導流能力，不適用於閉合壓力高的深井。樹脂包覆石英砂的複合顆粒，球度有改善，耐腐蝕性比較強，導流能力也較好，但產品保持期短，造價過高，在成本至上的今天推廣不易，而採用鋁釩土陶粒工藝的陶粒支撐劑，密度高，球度好，耐腐蝕，耐高溫，耐高壓，同時成本可以得到較好的控制，因此越來越廣泛的被油氣田所採用。實踐證明，使用陶粒石油支撐劑壓裂的油井可提高產量30－50%，還能延長油氣井服務年限，是石油、天然氣低滲透油氣井開採、施工的關鍵材料，不但能增加油氣產量，而且更能延長油氣井服務年限。

陶粒石油支撐劑的主要原材料是鋁釩土，而我國是鋁土礦富集國家，鋁土礦分布高度集中，山西、貴州、河南和廣西四個省(區)的儲量合計占全國總儲量的90.9%(山西41.6%、貴州17.1%、河南16.7%、廣西15.5%)，其餘擁有鋁土礦的15個省、自治區、直轄市的儲量合計僅占全國總儲量的9.1%。中國公司製造的陶粒支撐劑以其良好的支撐能力，逐漸取代常規支撐劑砂子，進入美國市場。迄今，中國製造的陶粒支撐劑已占據整個北美陶粒支撐劑市場13%的份額，平均每年的業務總量達30億美元。

工藝介紹

破碎

開採的鋁礬土，塊度一般為300~500mm左右，含有少量的水分。一般採用顎式破碎機和錘式破碎機組成的二級破碎系統，將其粒度控制在≤8mm。

進廠後的鋁礬土，可以根據品位的不同，分開堆放。使用時根據指標搭配使用。

在生產陶粒砂的過程中通常加入錳（Mn）元素以降低燒結溫度並將產品染成深色。目前國內大多廠家採用低品位(含量~50%)的錳礦或錳灰作為錳元素的來源。

配料

鋁礬土、錳粉、回料等幾種物料，分別被輸送到各自的料庫，庫下設定調速皮帶秤實現物料自動配料計量。

粉磨

一般採用烘乾兼粉磨的球磨機，配套高效選粉機，組成閉路系統。這樣粉磨的效率高。

烘乾物料的熱風可以來自於迴轉窯的廢氣，做到餘熱利用；也可以設定專門的熱風爐。

制球

出磨的生料粉在生料庫內儲存。一般設定2~3個庫，可以單獨出料，也可以多庫搭配出料。

生料粉被送入一個小料倉，料倉下設定螺旋計量裝置或者調速皮帶秤裝置，計量生料量。該生料進入盤式制球機。同時，採用流量計可以計量水的多少，由管道泵把水噴入盤式制球機裡面。制球機旋轉過程中，可以製成各種粒徑的料球。

料球出盤後，由皮帶機送入篩分裝置，合格的進入迴轉窯，過大的返回到原料粉磨流程。

可以根據不同窯的產量，配備不同數量的盤式制球機。

該制球系統自動化程度高，工藝連續，配套袋式收塵器後，可以實現崗位粉塵達標，淨化崗位作業環境。

煅燒

料球進入帶有一定斜度的迴轉窯進行煅燒，隨著迴轉窯的旋轉，料球向窯頭滾動，同時煤粉從窯頭噴入窯內燃燒，料球在迴轉窯內被煅燒成強度很高的陶粒砂。

煤粉燃燒器可以採用單風道噴煤管，簡單可靠，一次風量高；也可以採用多風道燃燒器，一次風量可以降低為煤粉燃燒所需風量的8%，提高了入窯二次風量，節能效果顯著。多風道燃燒器分為外軸流風、煤風、內軸流風等，火焰形狀非常容易調節。

煤粉的計量可以採用轉子式計量秤或者科氏力秤，精確控制下煤量，穩定窯內熱工制度。

煤粉製備

煤粉的製備可以採用球磨或者立磨，可以從窯頭罩抽取熱風烘乾煤粉。採用動態選粉機可以任意調節煤粉細度，為煤粉的充分燃燒提供了條件。

成品冷卻

陶粒砂的冷卻一般採用迴轉式冷卻機，工作簡單可靠，冷卻機的二次風完全入窯，配合多通道燃燒器的使用，更可以節約大量的能耗。出冷卻機的陶粒砂溫度很低，可以用手抓起來。

篩分

出冷卻機的陶粒砂，可以直接輸送到多級振動篩，按要求分為多個粒徑品級。

陶粒砂產品規格

Ⅰ型0.45－0.9mm（20目－40目）高強度中密度

Ⅱ型0.9－1.25mm（16目－20目）高強度中密度

Ⅲ型1.0－1.70mm（12目－18目）高強度中密度

Ⅳ型0.224－0.65mm（40目－60目）高強度中密度

大塊返回原料破碎流程。