第一節(jié) 國(guó)內(nèi)高強(qiáng)度石油壓力支撐劑產(chǎn)品 技術(shù)工藝 研發(fā)動(dòng)態(tài)

1、壓裂支撐劑長(zhǎng)期導(dǎo)流能力實(shí)驗(yàn)首次成功

2008年，中國(guó)石油勘探開(kāi)發(fā) 研究 院廊坊分院支撐劑實(shí)驗(yàn)室一次歷經(jīng)300個(gè)小時(shí)的長(zhǎng)期導(dǎo)流實(shí)驗(yàn)取得成功。該實(shí)驗(yàn)歷經(jīng)300個(gè)小時(shí)連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，載荷控制精確度達(dá)到千分之五以下，流量、壓差測(cè)試穩(wěn)定，導(dǎo)流能力遞減正常。這標(biāo)志著石油支撐劑長(zhǎng)期導(dǎo)流能力（線形流雙導(dǎo)流室）實(shí)驗(yàn)在我國(guó)首次取得成功。在此之前，我國(guó)壓裂支撐劑出口必須到美國(guó)本土做此實(shí)驗(yàn)。此次成功標(biāo)志著我國(guó)壓裂支撐劑導(dǎo)流能力測(cè)試技術(shù)達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。 

支撐劑長(zhǎng)期導(dǎo)流能力實(shí)驗(yàn)對(duì)儀器設(shè)備精度、實(shí)驗(yàn)員技術(shù)水平等要求較高。廊坊分院壓裂支撐劑實(shí)驗(yàn)室于1995年率先在國(guó)內(nèi)開(kāi)展了API線性流支撐劑長(zhǎng)期導(dǎo)流能力實(shí)驗(yàn)裝置的研制工作。在前期實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，2005年，廊坊分院繼續(xù)對(duì)原有設(shè)備進(jìn)行技術(shù)改造，制造成本僅相當(dāng)進(jìn)口系統(tǒng)的1／8。

該系統(tǒng)通過(guò)對(duì)我國(guó)中密度陶粒支撐劑的長(zhǎng)期導(dǎo)流能力測(cè)試，取得了滿(mǎn)意的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，證明國(guó)產(chǎn)支撐劑長(zhǎng)期導(dǎo)流能力測(cè)試設(shè)備完全符合測(cè)試要求。國(guó)產(chǎn)長(zhǎng)期導(dǎo)流能力設(shè)備的研制成果，為我國(guó)低滲透油氣田進(jìn)一步投入開(kāi)發(fā)、老油田重復(fù)壓裂等重要課題提供了有力的技術(shù)支持。

2、孚盛砂技術(shù)——石油壓裂支撐劑領(lǐng)域技術(shù)成果

石油壓裂支撐劑領(lǐng)域的孚盛砂技術(shù)是仁創(chuàng)科技集團(tuán)自主研發(fā)并擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的一項(xiàng)新型壓裂技術(shù)，主要發(fā)明人秦升益創(chuàng)造性地提出了“蛋殼原理”，把每一個(gè)沙粒做成一個(gè)個(gè)小雞蛋一樣的，從而大幅度提高沙子的抗破碎能力，具有相對(duì)密度小、強(qiáng)度高、低破碎率、圓度、球度和化學(xué)惰性好以及能在井下低溫固結(jié)等特點(diǎn)。廣泛應(yīng)用于油氣田壓裂及防砂工藝，利于提高砂比，減少壓裂液用量，有效防止支撐劑返吐現(xiàn)象，減輕支撐劑嵌入，提高裂縫導(dǎo)流能力，延長(zhǎng)壓裂有效期。 

該成果申報(bào)相關(guān)專(zhuān)利4項(xiàng)（發(fā)明專(zhuān)利2項(xiàng)、實(shí)用新型1項(xiàng)），已通過(guò)北京市科委技術(shù)鑒定，被認(rèn)定達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平，且正候選北京市科學(xué)技術(shù)一等獎(jiǎng)。經(jīng)大慶、中原等11家油田200多口油井實(shí)際壓裂應(yīng)用，平均提高出油率30%以上。該技術(shù)被專(zhuān)家譽(yù)為“支撐劑材料的一場(chǎng)革命”，是國(guó)內(nèi)支撐劑 行業(yè) 的創(chuàng)舉，石油開(kāi)采的“增油劑”。

第二節(jié) 國(guó)外高強(qiáng)度石油壓力支撐劑產(chǎn)品 技術(shù)工藝 研發(fā)動(dòng)態(tài)

一、美國(guó)

據(jù)悉，陶粒支撐劑主要用于石油和天然氣深井，增加油氣產(chǎn)量，延長(zhǎng)油氣服務(wù)年限。這項(xiàng)技術(shù)長(zhǎng)期被美國(guó)CARBO公司壟斷。

二、歐盟

歐洲市場(chǎng)需求穩(wěn)定，注重產(chǎn)品質(zhì)量，并相對(duì)忠誠(chéng)，歐洲市場(chǎng)特點(diǎn)包括：

1、需求穩(wěn)定，注重產(chǎn)品質(zhì)量；

2、競(jìng)爭(zhēng)激烈，商家必爭(zhēng)之地；

3、國(guó)家小而多，各有自己的市場(chǎng)特色。

其中俄羅斯等國(guó)家是歐洲主要石油產(chǎn)區(qū)，但多數(shù)油井都已經(jīng)到了中晚期，需要大量的陶粒支撐劑。法國(guó)圣戈班是歐洲陶粒支撐劑的主要生產(chǎn)企業(yè)。

第三節(jié) 近年國(guó)內(nèi)外高強(qiáng)度石油壓力支撐劑 技術(shù)工藝 研發(fā)成果回顧

攀鋼研發(fā)高鈦石油壓裂支撐劑產(chǎn)品達(dá)世界先進(jìn)水平：

2006年，攀鋼經(jīng)過(guò)2年多科技攻關(guān)，利用廢棄高爐渣自主研發(fā)建成的高鈦石油壓裂支撐劑生產(chǎn)線順利實(shí)現(xiàn)達(dá)產(chǎn)目標(biāo)，月產(chǎn)量836噸，創(chuàng)該生產(chǎn)線投產(chǎn)以來(lái)的最高記錄，具備年產(chǎn)1萬(wàn)噸高鈦石油壓裂支撐劑生產(chǎn)能力；產(chǎn)品質(zhì)量經(jīng)美國(guó)權(quán)威機(jī)構(gòu)檢測(cè)，達(dá)到世界先進(jìn)水平。目前，該產(chǎn)品已在中石油等企業(yè)廣泛應(yīng)用，并遠(yuǎn)銷(xiāo)俄羅斯、哈薩克斯坦、阿塞拜疆等國(guó)家，標(biāo)志著攀鋼堅(jiān)持自主創(chuàng)新，走循環(huán)經(jīng)濟(jì)道路，開(kāi)發(fā)利用二次資源取得重大進(jìn)展。

石油壓裂支撐劑是石油、天然氣低滲透油氣井開(kāi)采壓裂施工的關(guān)鍵材料，能有效提高油氣產(chǎn)量和延長(zhǎng)油井壽命，國(guó)際國(guó)內(nèi)市場(chǎng)需求日益旺盛。為實(shí)現(xiàn)攀鋼高爐渣向再生資源的根本性轉(zhuǎn)變，攀鋼抓住市場(chǎng)機(jī)遇，于2003年底建成設(shè)計(jì)產(chǎn)能1萬(wàn)噸的高鈦石油壓裂支撐劑生產(chǎn)線，并堅(jiān)持依靠科技創(chuàng)新和技術(shù)進(jìn)步開(kāi)展達(dá)產(chǎn)達(dá)效攻關(guān)。攀鋼生產(chǎn)的高鈦石油壓裂支撐劑經(jīng)中國(guó)石油勘探 研究 院廊坊分院支撐評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)，各項(xiàng)性能指標(biāo)完全達(dá)到SY／T5108標(biāo)準(zhǔn)。世界權(quán)威支撐劑檢測(cè)機(jī)構(gòu)——美國(guó)STIM—LAB實(shí)驗(yàn)室對(duì)該產(chǎn)品進(jìn)行API標(biāo)準(zhǔn) 分析 檢驗(yàn)后，認(rèn)為產(chǎn)品質(zhì)量可與美國(guó)Carbo公司產(chǎn)品媲美，其中高密度、高強(qiáng)度產(chǎn)品已達(dá)到世界先進(jìn)水平。

第四節(jié) 未來(lái)高強(qiáng)度石油壓力支撐劑國(guó)內(nèi)外 技術(shù)工藝 研發(fā)趨勢(shì) 分析

壓裂增產(chǎn)技術(shù)是低滲透油氣藏重要的增產(chǎn)措施，但壓裂作業(yè)的高成本和地層傷害等問(wèn)題亟待解決。近年來(lái)國(guó)外各大服務(wù)公司經(jīng)過(guò)不斷開(kāi)發(fā)和 研究 推出了許多壓裂新工藝和新材料，大幅度降低了低滲透油氣藏的開(kāi)發(fā)成本，提高了產(chǎn)量和最終采收率。

在壓裂工藝方面，連續(xù)管壓裂技術(shù)實(shí)現(xiàn)了一次起下作業(yè)壓裂多層和選擇性壓裂產(chǎn)層，可以大幅度提高油氣產(chǎn)量，并縮短作業(yè)時(shí)間，降低作業(yè)成本，成為低滲油氣藏壓裂技術(shù)的重要發(fā)展方向。斯倫貝謝公司和貝克休斯公司分別推出了各自的連續(xù)管壓裂技術(shù)，其中斯倫貝謝在科羅拉多氣田應(yīng)用連續(xù)管進(jìn)行壓裂作業(yè)不僅延長(zhǎng)了氣田壽命，而且將氣田產(chǎn)量從31萬(wàn)立方米提高到60萬(wàn)立方米；貝克休斯公司在得克薩斯進(jìn)行壓裂作業(yè)，產(chǎn)量從預(yù)期的1萬(wàn)立方米提高到3萬(wàn)立方米，作業(yè)時(shí)間比以前的方法減少了23天。

在壓裂材料方面，斯倫貝謝公司新推出了無(wú)聚合物CO2壓裂液和光纖輔助壓裂技術(shù)。無(wú)聚合物CO2壓裂液可在23/8英寸油管中應(yīng)用，只含一種添加劑，適用溫度高達(dá)93℃，可在枯竭或低壓儲(chǔ)層應(yīng)用，可用連續(xù)管作業(yè)，具有優(yōu)良的減阻性能和低摩擦力；光纖輔助壓裂技術(shù)通過(guò)含有壓裂液的光纖網(wǎng)絡(luò)提供機(jī)械的方法運(yùn)送、懸浮和置放支撐劑，可使支撐劑均勻地分散，有效避免支撐劑的返排和沉淀。BJ公司推出了一系列可變形支撐劑和高強(qiáng)度超低密度支撐劑，可變形支撐劑當(dāng)裂縫閉合時(shí)能鎖住通道，防止返排，滲透性和導(dǎo)流性均優(yōu)于以前的支撐劑；高強(qiáng)度超低密度支撐劑系列特點(diǎn)是比重很小，采用無(wú)聚配方，在某些井中應(yīng)用產(chǎn)量提高了7倍之多。

第五節(jié) 高強(qiáng)度石油壓力支撐劑產(chǎn)品同類(lèi)替代 技術(shù)工藝 發(fā)展

中低強(qiáng)度石油壓力支撐劑是高強(qiáng)度壓裂支撐劑的替代品，但一般是被高強(qiáng)度石油壓力支撐劑所替代。

國(guó)內(nèi) 研究 和生產(chǎn)的支撐劑發(fā)展很快，80年代初，我國(guó)在壓裂中使用的支撐劑是蘭州天然石英砂，該砂的技術(shù)指標(biāo)是：體積密度1.62g/cm3；視密度在2.62g/cm3；28MPa閉合壓力下破碎率是12.0%～14.0%。在80年代中期發(fā)展到電熔噴吹鋁礬石支撐劑，生產(chǎn)工藝是將高電壓變成低電壓大電流，連接三根石墨電極形成的熔爐，將鋁礬石（AL2O365～70%）原材料直接加入爐中熔融后溢出，在一定風(fēng)壓下將溢出的熔液吹散，制成產(chǎn)品。這一時(shí)期內(nèi)在石油工業(yè)壓裂中起到一定的作用,相比石英砂的技術(shù)指標(biāo)要高出幾倍。體積密度是2.00g/cm3；視密度在3.33g/cm3；60MPa閉合壓力下破碎率是6.0%～8.0%。該產(chǎn)品其缺點(diǎn)是體積密度高，粒徑分布不均勻，導(dǎo)流能力差，但相比石英砂導(dǎo)流能力要高出幾倍。在這同期江蘇東方支撐劑有限公司利用了鋁礬土和陶土，添加二價(jià)金屬離子開(kāi)發(fā)了燒結(jié)低密度低強(qiáng)度支撐劑，生產(chǎn)工藝采用陶瓷燒結(jié)工藝，將原料加工到250目細(xì)粉進(jìn)行配料，擠壓造粒制成半成品，最后在隧道窯（1250℃～1280℃）燒結(jié)24小時(shí)左右制成產(chǎn)品。產(chǎn)品的體積密度1.58g/cm3～1.62g/cm3；視密度在2.60g/cm3～2.80g/cm3；在52MPa閉合壓力下破碎率是10.0～14.0%。通過(guò)配方和工藝改進(jìn)發(fā)展到今天破碎率指標(biāo)達(dá)到52MPa閉合壓力下破碎率是7.69%，是國(guó)內(nèi)獨(dú)有的低密度產(chǎn)品。

到了90年代中期相繼燒結(jié)陶粒在我國(guó)部分地區(qū)有了發(fā)展，剛開(kāi)始各生產(chǎn)廠家利用生鋁礬土（AL2O370%左右）添加鐵離子和鎂離子，磨成250～280目細(xì)粉，采用糖衣鍋噴霧干法造粒，裝入匣缽裝入倒煙窯（1350℃～1380℃）中燒結(jié)而成，高溫?zé)蓵r(shí)間70小時(shí)。產(chǎn)品指標(biāo)是：體積密度1.70 g/cm3～1.75g/cm3，視密度在3.10g/cm3～3.33 g/cm3之間，52MPa閉合壓力下破碎率是15.0%～18.0%。隨著技術(shù)的發(fā)展，人們對(duì)支撐劑質(zhì)量的重視，都在改變生產(chǎn)工藝，建成了各種長(zhǎng)度不同的技術(shù)先進(jìn)的隧道窯，以減少燒結(jié)溫度的溫差，改變配方技術(shù)，精心選擇了原材料，優(yōu)選金屬相二價(jià)離子和非金屬二價(jià)離子的添加劑技術(shù)，禰補(bǔ)了原材料理化指標(biāo)不足，生產(chǎn)出高技術(shù)指標(biāo)的支撐劑。目前我國(guó)支撐劑生產(chǎn)廠家以達(dá)30多家，產(chǎn)品都是中等密度中等強(qiáng)度支撐劑，體積密度是1.70 g/cm3～1.75g/cm3，視密度在3.10 g/cm3～3.30g/cm3之間，52MPa閉合壓力下破碎率是8.0%左右；中等密度高強(qiáng)度支撐劑技術(shù)指標(biāo)是：體積密度是1.70g/cm3～1.75g/cm3，視密度在3.20g/cm3～3.40g/cm3之間，69MPa閉合壓力下破碎率是8.0%左右；高密度高強(qiáng)度技術(shù)指標(biāo)是：體積密度是1.85g/cm3～1.90g/cm3，視密度在3.30g/cm3～3.40g/cm3之間，86MPa閉合壓力下破碎率是10.0%左右。大部分指標(biāo)同國(guó)外同類(lèi)產(chǎn)品相比已達(dá)到先進(jìn)水平，69MPa閉合壓力下導(dǎo)流能力在45µm2·cm～60µm2·cm之間。


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