水力压裂支撑剂现状及展望

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1、万方数据第26卷第4期钻采工艺水力压裂支撑剂现状及展望刘让杰，张建涛，银本才，刘通义，陈小新(中原油田分公司井下特种作业处)摘要：综述了国内外油气井水力压裂用支撑剂的发展状况，对目前现场应用的支撑剂进行了性能对比分析，就适应不同闭合压力地层压裂用支撑剂提高导流能力的途径和选型进行了阐述，重点分析了国内陶粒支撑剂的技术现状，并提出了今后支撑剂技术的发展趋势。关键词：水力压裂；支撑剂；导流能力；发展趋势中圈分类号：TE35712文献标识码：A文章编号：1066—768x(砌)04—031—04水力压裂技术已经成为油气井增产的主要措施，目前已广泛应用于各种油气田的开发，其中支撑剂作为

2、水力压裂的重要部分，获得了许多突破，特别是进人低渗油气田开发时期，支撑剂性能的提高使水力压裂的增产效果大幅度提高。对支撑剂技术的深入研究可望对水力压裂技术的发展注入新的活力，对石油工业带来不可估量的前景。水力压裂支撑剂发展及技术现状水力压裂的目的在于将汇集于井筒的径向流变成与井筒相连通的导流裂缝中的线性流，裂缝中的导流能力必须远远大于地层中的导流能力，要获得高渗透率的裂缝，必须加入支撑剂，支撑剂的作用在于支撑裂缝的两壁，以使停止泵注后，井底压力下降到小于闭合压力，而通向油气井眼的导流裂缝依然保持张开。裂缝的导流能力至少要大到能消除井下的大多数径向流并允许线性流从油层进人到裂缝中

3、，为达到这一目的，必须使支撑裂缝内的渗透率比油层岩石的渗透率大几个数量级。水力压裂20世纪40年代末开始以来，其支撑剂经历了半个多世纪的发展，所用的支撑剂大致可分为天然的和人造的两大类，前者以石英砂为代表，后者主要为电解、烧结陶粒。50一60年代曾经使用的金属铝球、朔料球、核桃壳与玻璃球等支撑剂由于自身存在的缺点已被淘汰。石英砂在60年代后开始在现场应用，90年代以后仍在浅井、中深井中广泛使用，但随着深层致密油气层的开发，油气层闭合压力增加到一定值，石英砂已不能适应此种地层水力压裂的要求，而研制了高强度的人造陶粒支撑剂。1．天然石英砂的性能和应用前景石英砂是一种分布广、硬度大的

4、天然的稳定性矿物，其主要化学成分为二氧化硅(si02)，主要产于沙漠、河滩或沿海地带，矿物组分以石英为主，石英含量一般在80％左右，国外优质石英砂中石英含量可达98％以上。石英砂颗粒相对密度约在2．65左右，体积密度约在1．75g／c一。对于低闭合压力的储层，使用石英砂作为压裂用支撑剂已取得了一定的增产效果。石英砂的相对密度较低，便于施工泵送，且价格便宜，因而在浅井中至今仍被大量使用。但是石英砂具有以下缺点：(1)石英砂强度较低，开始破碎的压力约为20MPa，不适合在于中高、闭合压力的压裂层中使用；(2)石英砂圆球度较差，表面光洁度较低，对支撑裂缝渗透率有不利影响。(3)石英砂

5、的抗压强度低，破碎后将大大降低裂缝的导流能力；圆球度、表面光洁度较差，加之受嵌入、微粒运移、堵塞、压裂液伤害(滤饼和残渣)及非达西流动、时间等因素的影响，其导流能力可降低到原来的1／10或更低一些。因此，石英砂仅适用于浅井、低闭合压力油气层的水力压裂。2．预固化树脂包层砂的特性及适应环境预固化树脂包层砂是近10余年来发展起来的，针对天然石英砂抗压强度低、导流能力差而研制的收稿日期：2003—03—03作者简介：张建涛(1971一)，工程师，1993年毕业于西安石油学院采油工程专业，地址：(457164)河南省濮阳市，电话：(0393)4875360．Emarl：cllenxx@

6、ehina．㈣万方数据钻采工艺2003妊支撑剂，采用特殊工艺将改性苯酚甲醛树脂包裹到石英砂的表面上，并经热固处理制成。一般它的颗粒密度为2．55，比石英砂略轻。由于在砂子表面包裹了一层高强度树脂，使闭合压力分布在较大的树脂层的面积上，减少了点负荷，这样即使压碎了包层内的砂子，外边的树脂层仍可以将碎块、微粒包裹在一起，防止它们运移或堵塞支撑剂带的孔隙，使裂缝保持有较高导流能力⋯。表l对预固化树脂包层砂和石英砂进行了对比分析，石英砂在闭合压力超过28MPa后破碎率大于4％，闭合压力增加到41MPa时渗透率仅70，一，而预固化树脂包层砂在28MPa闭台鞋力下破碎率小于0．1％，41M

7、Pa时渗透率仍达150面，可见预固化树脂包层砂性能有了大幅提高。·但随着闭合压力增高，破碎率增大，树脂膜的弹性变性、颗粒的压碎和重新排列，都会使裂缝宽度趋于变窄，对支撑裂缝的孔隙度和渗透率仍有一定影响，因而闭合压力超过～定值后不能满足设计要求，应用受到限制。衰1O．45～o．90ram预固化树脂包屡砂与石英砂的比较体积颗粒+不同闭台压力(Mrs)下不同闭合压力(raPa)下项目密度(相对)群体破碎率／％支撑剂渗透率以矗／g·cm。密度2128415269832l2841526983石英砂l5