中國粉體網訊 壓裂開采是油氣田穩產增產的重要技術手段，對低滲透率及超深油氣藏的開發尤為重要。其中壓裂支撐劑是進行油氣壓裂開采的核心技術產品。它是油氣儲層改造中用來支撐壓裂人工裂縫的一種關鍵材料，是提高壓裂成功率和改造效果的關鍵。
水力壓裂作業流程圖
支撐劑是具有一定粒度和強度、一定圓球度和級配的天然砂或人造高強陶瓷固體顆粒。自世界上第一例油氣田水力壓裂技術成功應用以來，支撐劑的發展已經有數十年。目前工業上使用的支撐劑主要有天然石英砂、人造陶粒、覆膜支撐劑3種。
天然石英砂
石英砂是一種分布廣泛的硬度大質脆的天然礦物，主要產于沙漠河灘以及沿海地區。天然石英砂主要組分為二氧化硅（SiO2)，同時有少量的Al2O3、Fe2O3、K2O、Na2O、CaO、MgO等成分。石英砂的主要礦物成分是石英，含量通常在80%以上，在優質石英砂中含量高達98.5%以上，石英砂因石英含量較高而具有堅硬、耐磨、化學性能穩定等特點，僅溶于氫氟酸，不溶于其他酸。
石英砂具有原料豐富、價格低，密度小（約為2.65g•cm-3）、易泵送，破碎后仍有較好的導流能力等優勢，對低閉合壓力的油氣井有一定的增產作用。而且石英砂做壓裂劑成本低、操作便利、經河水沖刷后表面較為圓潤，因此被廣泛用作水力壓裂支撐劑。
但是，選用石英砂為支撐劑也存在一些不足：石英砂脆性較大、強度較低，裂縫閉合壓力高時石英砂容易破碎，顯著降低裂縫的有效支撐面積，達不到油氣增產效果；石英砂表面凹凸性不好，不利于增大裂縫的滲透率。另外就是石英砂熱膨脹系數較大，當井深度較深、溫度較高時，石英砂存在因相變而產生突然膨脹的風險。這些缺點往往使得天然石英砂不能滿足深層低滲透油氣開發時水力壓裂的需要。
人造陶粒
在石英砂支撐劑強度不滿足高閉合壓力油氣井性能要求的情況下，研究者們發明了一種人造陶粒支撐劑。陶粒支撐劑常以鋁礬土等礦物料為主要原料，輔以各種礦物添加劑在無壓氣氛下燒結而成。而且根據燒結后體積密度和視密度的不同，可將支撐劑分為低密度、中密度、高密度3種。
人造陶粒壓裂支撐劑分類
相對于石英砂來講，陶粒支撐劑的圓球度高、表面光滑、流動性好、抗壓強度高、破碎率低。但其同樣也存有缺點：（1）顆粒密度大，沉降速度快，這就對泵送條件和壓裂液的性能提出了更高的要求，增大成本；（2）鋁礬土資源分布分散，加工開采受限，對原料的要求嚴格，資源利用受限。
覆膜支撐劑
覆膜支撐劑提高了支撐劑的強度、抗酸堿性，又叫樹脂包覆支撐劑。通常包含兩個部分，內部由具有一定強度的骨料組成，外部則是被樹脂包覆作為涂層。
樹脂包覆支撐劑同時具有石英砂密度低以及陶粒支撐劑抗壓強度大的特點，表面光滑，導流性能好，易攜帶傳輸，除用于壓裂支撐外，還可有效的防止壓裂液返排時支撐劑返吐、表面剝落以及地層出砂現象，樹脂包覆支撐劑的每個顆粒均有一層均勻堅韌的樹脂外殼，且顆粒之間也因一定的聚合作用鍵合在一起，高溫穩定性較好，耐酸腐蝕。但其也存在成本較高、化學穩定性欠佳，高閉合應力下易粘接、導流能力大幅下降等缺點。
天然石英砂的優勢是否在退卻？
首先，石英砂于 60 年代后開始現場應用，憑借其性能特點以及成本優勢，目前仍在淺井和中深井壓裂作業中被大量使用。但人造陶粒因圓球度好、強度高、耐腐蝕、導流能力最隹，在中、深井中大量使用。且樹脂覆砂因樹脂有増強、改善圓滑度等功能，性能較原砂有了進一步提髙，可代替人造陶粒在中深井中使用。其需求也在緩慢增加。
2018年我國人造陶粒支撐劑需求總量為119.51萬噸，石英砂支撐劑需求總量為89.19萬噸，覆膜支撐劑需求總量為46.12萬噸。
2016-2018年我國不同類型壓裂支撐劑需求總量統計（單位：萬噸）
2018年我國人造陶粒支撐劑市場規模為22.83億元，規模同比增長10.29%；石英砂支撐劑市場規模為5.66億元，規模同比增長11.20%；覆膜支撐劑市場規模為4.98億元，規模同比增長4.18%。
2016-2018年我國不同類型壓裂支撐劑規模情況（單位：億元）
隨著我國油氣勘探的不斷深入，勘探開發對象越來越復雜，油氣資源品味越來越差。且隨著中淺層石油的減少，急需開采深層油氣，但是由于地層壓力的不斷增大，天然石英砂在滿足水力壓裂技術對支撐劑的要求上似乎沒有多少優勢可言。
此外，低滲致密油氣經濟高效開發對水力壓裂技術提出了新的挑戰，對壓裂支撐劑成本、性能和功能提出了新的要求，一些低成本、高強度低密度、高導流能力、多功能化、智能化支撐劑等正在加強攻關研究。在油氣勘探越來越復雜、深入的趨勢下，天然石英砂的一些優勢或許正在退卻。
參考資料：
冷悅山等.石油壓裂支撐劑材料開發應用前景分析
暴赫.石油壓裂支撐劑作用機理及發展前景
光新軍等.壓裂支撐劑新進展與發展方向
岳俊磊.超低密高強度壓裂支撐劑的制備及性能研究
劉冰.非金屬礦制備低密度石油裂支撐劑及其性能研究
中國產業信息網.2020-2026年中國石油壓裂支撐劑行業發展模式分析及投資趨勢分析報告
（中國粉體網編輯整理/三昧）
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