压裂支撑剂研究进展

  第 ７ 期 收稿日期：２０２１－１１－１１ 作者简介：接叶楠，硕士研究生，研究方向：水力压裂技术。压裂支撑剂研究进展接叶楠（西安石油大学，陕西 西安 ７１００６５）摘要：水力压裂是油气藏开发中确保老井稳产、促进新井增产的重要技术方法。 支撑剂是水力压裂过程中用来支撑已开裂人工裂缝的一种重要材料，其性能直接影响着压裂增产效果。 为油田现场能够科学优选出适用于不同储层条件的支撑剂，从而更加有效地进行储层改造，有必要加深对现有支撑剂的了解。 本文简要归纳了三种传统支撑剂以及低密度支撑剂、表面改性支撑剂、多功能支撑剂三种新型支撑剂的研究进展。 结合我国储层开发特点，提...

  第 ７ 期 收稿日期：２０２１－１１－１１ 作者简介：接叶楠，硕士研究生，研究方向：水力压裂技术。压裂支撑剂研究进展接叶楠（西安石油大学，陕西 西安 ７１００６５）摘要：水力压裂是油气藏开发中确保老井稳产、促进新井增产的重要技术方法。 支撑剂是水力压裂过程中用来支撑已开裂人工裂缝的一种重要材料，其性能直接影响着压裂增产效果。 为油田现场能够科学优选出适用于不同储层条件的支撑剂，从而更加有效地进行储层改造，有必要加深对现有支撑剂的了解。 本文简要归纳了三种传统支撑剂以及低密度支撑剂、表面改性支撑剂、多功能支撑剂三种新型支撑剂的研究进展。 结合我国储层开发特点，提出了支撑剂未来发展的技术难题和方向，对支撑剂研究及油气田增产具有一定指导意义。关键词：水力压裂；增产技术；支撑剂；低密度中图分类号：ＴＥ３４４ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００８－０２１Ｘ（２０２２）０７－００９１－０２Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｐｒｏｇｒｅｓｓ ｏｆ Ｆｒａｃｔｕｒｉｎｇ ＰｒｏｐｐａｎｔＪｉｅ Ｙｅｎａｎ（Ｘｉ＇ａｎ Ｓｈｉｙｏｕ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｘｉ＇ａｎ ７１００６５，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｈｙｄｒａｕｌｉｃ ｆｒａｃｔｕｒｉｎｇ ｉｓ ａｎ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｔｅｃｈｎｉｃａｌ ｍｅａｎｓ ｔｏ ｅｎｓｕｒｅ ｔｈｅ ｓｔａｂｌｅ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｏｆ ｏｌｄ ｗｅｌｌｓ ａｎｄ ｐｒｏｍｏｔｅ ｔｈｅｉｎｃｒｅａｓｅ ｏｆ ｎｅｗ ｗｅｌｌｓ ｉｎ ｔｈｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ｏｉｌ ａｎｄ ｇａｓ ｒｅｓｅｒｖｏｉｒｓ．Ｔｈｅ ｐｒｏｐｐａｎｔ ｉｓ ａｎ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｍａｔｅｒｉａｌ ｕｓｅｄ ｔｏ ｓｕｐｐｏｒｔ ｃｒａｃｋｅｄａｒｔｉｆｉｃｉａｌ ｆｒａｃｔｕｒｅｓ ｉｎ ｔｈｅ ｐｒｏｃｅｓｓ ｏｆ ｈｙｄｒａｕｌｉｃ ｆｒａｃｔｕｒｉｎｇ，ａｎｄ ｉｔｓ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｄｉｒｅｃｔｌｙ ａｆｆｅｃｔｓ ｔｈｅ ｆｒａｃｔｕｒｉｎｇ ｓｔｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｅｆｆｅｃｔ．Ｉｔ ｉｓｎｅｃｅｓｓａｒｙ ｔｏ ｄｅｅｐｅｎ ｔｈｅ ｕｎｄｅｒｓｔａｎｄｉｎｇ ｏｆ ｔｈｅ ｅｘｉｓｔｉｎｇ ｐｒｏｐｐａｎｔｓ ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃａｌｌｙ ｓｅｌｅｃｔ ｔｈｅ ｐｒｏｐｐａｎｔｓ ｓｕｉｔａｂｌｅ ｆｏｒ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｒｅｓｅｒｖｏｉｒ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ ｉｎ ｔｈｅ ｏｉｌｆｉｅｌｄ ｓｉｔｅ，ｓｏ ａｓ ｔｏ ｍｏｒｅ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙ ｃａｒｒｙ ｏｕｔ ｒｅｓｅｒｖｏｉｒ ｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ．Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｂｒｉｅｆｌｙ ｓｕｍｍａｒｉｚｅｓｔｈｅ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｐｒｏｇｒｅｓｓ ｏｆ ｔｈｒｅｅ ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ ｐｒｏｐｐａｎｔｓ ａｎｄ ｔｈｒｅｅ ｎｅｗ ｔｙｐｅｓ ｏｆ ｐｒｏｐｐａｎｔｓ，ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ ｌｏｗ ｄｅｎｓｉｔｙ ｐｒｏｐｐａｎｔ，ｓｕｒｆａｃｅｍｏｄｉｆｉｅｄ ｐｒｏｐｐａｎｔ ａｎｄ ｍｕｌｔｉｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ ｐｒｏｐｐａｎｔ．Ｃｏｍｂｉｎｅｄ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｒｅｓｅｒｖｏｉｒ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｉｎ Ｃｈｉｎａ，ｐｕｔ ｆｏｒｗａｒｄｔｈｅ ｔｅｃｈｎｉｃａｌ ｐｒｏｂｌｅｍｓ ａｎｄ ｄｉｒｅｃｔｉｏｎｓ ｏｆ ｐｒｏｐｐａｎｔ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｉｎ ｔｈｅ ｆｕｔｕｒｅ，ｗｈｉｃｈ ｈａｓ ｃｅｒｔａｉｎ ｇｕｉｄｉｎｇ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｃｅ ｆｏｒ ｐｒｏｐｐａｎｔｒｅｓｅａｒｃｈ ａｎｄ ｏｉｌ ａｎｄ ｇａｓ ｆｉｅｌｄ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ．Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｈｙｄｒａｕｌｉｃ ｆｒａｃｔｕｒｉｎｇ；ｓｔｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ；ｐｒｏｐｐａｎｔｓ；ｌｏｗ ｄｅｎｓｉｔｙ 水力压裂技术作为油气藏的主要增产技术，已经大范围的应用于致密油气等非常规储层的高效开发、老油气井的二次改造等领域，其最大的作用机理是利用地面高压泵组以大于储层吸收能力的排量向储层内注入压裂液，在井筒形成高压压开人工裂缝，而后向裂缝内注入含有支撑剂的携砂液支撑裂缝，形成数条可供油气运移的高导流通道，达到增产增注的目的。支撑剂是指具有一定粒度、圆球度和强度的固体颗粒，是提高压后产能的重要的条件，主要起到支撑作用，防止裂缝在地层压力作用下重新闭合，使油气通道保持畅通，增大油气流动面积。 作为压裂液的重要组成部分，支撑剂自身的理化性质、与储层的配伍性以及制备工艺均会不同程度地影响支撑效果和裂缝导流能力。 标准的支撑剂通常具有密度低、强度高、颗粒均匀、低成本、易制备等基本特点。 人们早期将塑料球、核桃壳、玻璃球等具有一定抗压能力的材料作为支撑剂，但因这些支撑剂的性能无法适应储层开采条件而逐渐被淘汰。 到了 ２０世纪 ７０ 年代，随着深油气井的不断开发，出现了目前仍应用广泛的高强度人造陶粒支撑剂。随着开发难度的增加和压裂技术的进步，支撑剂的制备工艺非常关注。 利用不同的原料和加工方式能够改善支撑剂性能，以此满足复杂地层的压裂要求。 目前，国内外许多学者已经取得了诸多进展，了解支撑剂研发的最新进展对逐步提升油气勘探开发效益具备极其重大意义。 本文整合了不同支撑剂类型，综述了各类支撑剂的性能机理和研究进展。１ 压裂支撑剂应用现状１．１ 天然石英砂支撑剂天然石英砂是一种主要由 ＳｉＯ ２ 和少量 Ａｌ ２ Ｏ ３ 、Ｆｅ ２ Ｏ ３ 组成的硅酸盐矿物，视密度约为 ２．６５ ｇ／ ｃｍ ３ ，在水力冲蚀作用下一般呈颗粒状，具有一定抗住压力的强度，但天然石英砂通常要经过物理化学加工提高性能后才能投入到正常的使用中。 目前石英砂大致上可以分为白砂和棕砂，白砂石英含量高、性能较好；而棕砂杂质较多、性能相对较差。 我国石英砂主要产于甘肃兰州、河北承德、湖南岳阳等地。由于具有密度低，便于泵入储层，廉价易得等优势，早在上个世纪中期，石英砂就已经被用作支撑剂，在 １ ５００ ｍ 以下、裂缝闭合压力较低的浅井中，拥有非常良好的增产效果。 但随着开采深度的增加，其自身劣势逐渐显露，石英砂强度较低，一般在 ２０～３０ ＭＰａ 便会破碎，在深井地层中无法起到支撑作用，并且破碎后形成的残渣会堵塞通道，阻碍流体运移，反而会降低裂缝导流能力。 因此，如何将低成本的石英砂投入深井裂缝使用成为一项技术难题。 杨立峰 ［２］ 等利用气藏数值模拟方法，研究储层作用在支撑剂上的有效应力和支撑剂铺置浓度，提出了一种支撑剂铺置方法，成功的将石英砂铺置于井下 ３ ０００ ｍ 处，在保持稳产的情况下，单井节省本金 ７０ 万元左右。１．２ 人造陶粒支撑剂人造陶粒支撑剂主要由铝矾土、高岭土等矿物高温烧结而成。 人造陶粒强度高、颗粒均匀、耐高温、化学性质稳定，可承受最高压力达 ８３ ＭＰａ，因此在同一储层环境下，相较于石英砂，人造陶粒破碎率更低，容易达到长期高稳产的效果，适用于地层闭合压力高的深井以及低渗透油气藏。 目前人造陶粒主要制备工艺有两种：熔融喷吹法和烧结法。 熔融喷吹法是利用高压蒸汽将高温加热融化后的原料喷吹成珠状产物；烧结法是先将原料研磨成粉末后造粒，再高温加热使其致密化成型。 熔融 １ ９ 接叶楠：压裂支撑剂研究进展