压裂用低密度支撑剂研究进展和发展趋势

压裂支撑剂是油气增产改造中用来支撑地下压裂裂缝的一种关键材料.目前常规的支撑剂视密度基本都在2.0 g/cm3以上,在压裂过程中,支撑剂的沉降速度快,压裂效果不理想.为了解决这个问题,国内外支撑剂行业一直致力于低密度支撑剂的研究.文章叙述了低密度支撑剂的研究进展,将低密度支撑剂分为了空心球类、多孔类、低密度材料类和自悬浮类四种类型,并讨论了未来低密度支撑剂的发展趋势,对压裂支撑剂研究和相关行业的技术进步具有一定的指导意义.     

表面改性技术在压裂支撑剂领域的应用

材料的表面改性技术是指采用某种工艺手段使材料表面获得与其基体材料不同的组织结构、性能的一种技术.把材料的表面改性技术应用到石油压裂支撑剂上,使得压裂支撑剂具有一些特殊的结构和功能,是支撑剂学科的研究热门.文章介绍了压裂支撑剂相关的表面改性技术,包括物理涂覆改性、表面化学改性和接枝改性,指出了它们在压裂支撑剂领域的应用现状,并讨论了其他的改性技术在支撑剂上的应用前景,对压裂支撑剂研究和相关行业具有一定的指导意义.     

水力压裂支撑剂的研究进展

水力压裂工艺技术的核心是形成导流能力强的裂缝.支撑剂是水力压裂过程中能够进入被压开的裂缝并使其不再重新闭合的一种固体颗粒.它能够帮助裂缝处于开启状态,提供油气由地层到井筒的渗流通道,是水力压裂施工中的关键材料.本文概述了近年来国内外水力压裂用支撑剂的发展历程,几种常规支撑剂的类型及特点,重点对几类新型支撑剂进行了综述,最后,针对目前支撑剂技术面临的挑战提出了其今后发展趋势.     

陶粒压裂支撑剂研究进展

水力压裂是应用于石油天然气行业中的一种有效增产措施.随着非常规油气藏的发展,其已成为我国亟待攻克的技术难点之一.而压裂支撑剂是水力压裂过程中的关键材料,即用于支撑裂缝从而提高油气藏渗透率的球形颗粒.文章综述了国内外陶粒支撑剂的研究现状及发展趋势,重点介绍了铝矾土基和高岭土基压裂支撑剂的研究进展以及压裂支撑剂的制备工艺.     

水力压裂支撑剂应用现状与研究进展

水力压裂支撑剂是在储层压裂改造中用来支撑水力裂缝的一种关键材料,是压裂作业中必不可少的元素.在系统调研了国内外压裂支撑剂相关研究的基础上,简要介绍了传统支撑剂的应用现状和优缺点,重点对四种新型支撑剂进行了详细综述,发现新型支撑剂凭借其独特的物理化学性质可以有效提高裂缝导流能力和压裂改造效果,在油气田开发中表现出良好的应...     

陶粒压裂支撑剂研究现状及新进展

压裂支撑剂是石油、天然气工业水力压裂过程中,随压裂液一起泵入到地层裂缝中起支撑裂缝、增大油气导流率的专用材料.陶粒压裂支撑剂与石英砂、树脂包砂相比具有破碎率低、耐腐蚀、导流能力好且性价比高的特点,已经被越来越多的油田所采用.目前陶粒支撑剂生产工艺已相当成熟,在压裂作业中取得了良好的效果,但也存在密度偏高、回流严重等问题.文章简要介绍了陶粒压裂支撑剂,总结了目前陶粒压裂支撑剂存在的问题和最近几年国内外陶粒压裂支撑剂的研究进展,重点介绍了标记型、核-壳结构型及选择性支撑剂等几种新型陶粒压裂支撑剂,最后探讨了陶粒压裂支撑剂发展前景及方向.     

支撑剂的沉降规律研究

水力压裂是油气藏增产的一项重要技术,形成高导流能力的填砂裂缝是水力压裂成功的关键,支撑剂则是压裂施工的关键材料。支撑剂在裂缝中的沉降分布规律影响着压裂施工的好坏,因此研究和掌握支撑剂在裂缝中的沉降规律,对石油压裂工艺发展具有重要意义。本文主要采用可视化缝隙导流沉降装置进行支撑剂在裂缝中沉降模拟实验,对比分析砂堤形态及支撑剂沉降速度,从而达到优选支撑剂的目的。     

煤基固体废弃物制备压裂支撑剂研究进展

近年来我国非常规油气勘探开发取得重要进展，水力压裂技术已成为油气增产的重要措施，作为压裂技术中重要组成部分的支撑剂，其种类、参数、压裂液携带和自身运移等问题受到关注。压裂支撑剂是水力压裂过程中用于支撑裂缝使其保持张开状态的一种重要材料，是提高非常规油气采收率的关键。但压裂支撑剂面临原材料过度开采带来的资源枯竭以及生产成本高等问题，因此，与压裂支撑剂原材料成分相契合的煤基固体废弃物为原料制备压裂支撑剂备受关注。概述了煤基固体废弃物的产生、性质及综合利用现状，重点讨论了国内外煤基固体废弃物制备压裂支撑剂的研究进展。煤矸石、粉煤灰是最常见、污染最严重的煤基固废，其化学组成以SiO₂和Al₂O₃为主。煤矸石、粉煤灰中残余的碳和有机物在烧结过程中逸出的CO₂、水蒸气以及有机质的分解可产生气孔，被液相包裹形成闭气孔，起到类似造孔剂的作用，可有效降低压裂支撑剂的视密度和体积密度，提高支撑剂的导流能力。利用煤基固体废弃物制备压裂支撑剂既可有效减少天然矿物的消耗、降低生产成本和缓解环境污染，又可获得符合行业标准的压裂...     

压裂支撑剂的覆膜改性技术

针对油气田开发对压裂支撑剂的性能要求愈来愈高的产业重大需求,油田化学领域运用现代化学理论与技术,开展了一系列卓有成效的压裂支撑剂化学覆膜改性研究和产品研发,为油气工业的快速发展做出了突出贡献。本文从化学和工程两个视角,系统阐述了压裂支撑剂化学覆膜改性的研究方向。化学角度,主要研究方向包括：在支撑剂表面涂层构成化学覆膜、通过化学手段科学改变支撑剂表面特性、化学涂层与改性并举。工程角度,大致分为三个重要研究方向：一是通过在石英砂、陶粒等支撑剂表面涂敷覆膜来提升支撑剂强度;二是通过在石英砂、陶粒等支撑剂表面涂敷覆膜来降低整个支撑剂的相对密度（如自悬浮涂层技术等）;三是石英砂、陶粒等支撑剂表面涂敷覆膜实现堵水疏油的功能。本文还简要阐述了树脂覆膜支撑剂、疏水支撑剂、憎水憎油支撑剂、自悬浮支撑剂、自聚型支撑剂、无机聚合物涂覆支撑剂以及功能性支撑剂等主要产品的特性。展望支撑剂未来的发展趋势,提出支撑剂应向多功能、高性能、小尺寸和智能化方向发展以及开发出更加适合无水压裂的支撑剂和原位生成型自支撑压裂体系。     

关于石油压裂支撑剂应用的思考

在我国石油进行开发的过程中,将石油压裂支撑剂使用在其中,能够促使支撑裂缝中的渗透率超过油层岩石的渗透率,除了在石油领域之外,石油压裂支撑剂还能够使用在多个行业中,文章主要针对石油压裂支撑剂的实践应用展开了分析和探讨,主要阐述了石油压裂支撑剂的基础概念、性能、实践应用以及应用前景等,旨在进一步强化对石油压裂支撑剂的研究,...     

掺锰超轻支撑剂的制备及性能研究

在保证支撑剂高强度的条件下,尽可能降低支撑剂的视密度是页岩气清水压裂技术开发的关键。本工作以低品位铝矾土、微米SiO2为主原料,水玻璃、纳米SiO2、氧化锰为辅料,用等离子动态烧结和后期高温烧结法制备方法制备超轻支撑剂,探讨了不同氧化锰掺杂量和不同烧结时间对其物相成分、体积密度、视密度和承压69 MPa下破碎率的影响。并基于经典PKN压裂模型模拟超轻支撑剂在裂缝中沉降与运移规律进行研究。结果表明,成功制备了视密度为1.639 g/cm3,在69 MPa下破碎率8.91%的超轻支撑剂,其最佳氧化锰掺杂量为7.5wt%,最佳烧结温度和烧结时间为950℃和2 h。超轻支撑剂比常规支撑剂在水平方向上运移了更长的距离,支撑剂在裂缝内部的分布也相对更均匀,可以满足中深油井的清水压裂要求。     

支撑剂在滑溜水中沉降规律探讨

支撑剂在压裂液中的沉降计算多采用单颗粒支撑剂在静止液体中的Stokes公式,没有考虑压裂液输送支撑剂是一个动态过程。同时,支撑剂在低粘滑溜水压裂液中的沉降运移规律不同于以往的高粘压裂液。对此,修正了单颗粒Stokes沉降公式,并且考虑支撑剂沉降所形成砂堤的稳定性,给出了动态沉降计算方法。对影响临界速度和沉降速度的主要因素计算分析后,认为裂缝高度或过流高度越大、支撑剂粒径越小和密度越大,临界流速越大,形成的砂堤也就越稳定。通过与相关室内实验结果对比后,表明所用理论方法比较可靠。计算结果表明,加砂设计时应逐渐降低排量,这与目前所采用的保持排量不变的加砂方式不同,提供了新的压裂设计思路。     

PEG-based polymer coated proppants in supercritical CO2: A new approach in current fracturing protocols

Liquified carbon dioxide (CO₂) can be used in hydraulic fracturing fluids to provide nonaqueous alternatives to conventional water-based fluids as it is more environmentally benign and minimizing depletion of natural-source freshwater. However, conventional CO₂-based fluids are not sufficiently viscous to suspend proppants that are added to fracturing fluids to hold open subterranean fractures. Because of this reduced ability to suspend proppants, CO₂-based fluids have not found its niche yet as future fracturing fluids. Accordingly, a need exists for nonaqueous hydraulic fracturing fluids that adequately support and suspend proppant particles. The present study presents a green alternative of developing a poly(ethylene glycol) based polymers coated proppants which can swell in supercritical CO₂ so as to decrease the entire density of the proppant during fracturing process.     

MnO_2和Fe_2O_3对氧化铝质压裂支撑剂微观结构和抗破碎能力的影响(英文)

采用无压烧结技术制备了软锰矿掺杂的高强度氧化铝质压裂支撑剂.通过X射线衍射、压汞式孔隙分析、扫描电子显微镜和筒压法分别研究了由软锰矿引入的MnO2和Fe2O3对支撑剂物相组成、孔结构、晶粒尺寸和抗破碎能力的影响.结果表明:当软锰矿掺杂量为0～5%(质量分数,下同)时,烧结样品中包括氧化铝、莫来石和钛酸铝相,软锰矿的掺入未明显改变晶体结构;当软锰矿掺量为5%时,Fe3+取代Al3+与组分中的TiO2反应并形成固溶体,MnO2固溶于Al2O3晶粒中,促进了Al2O3晶粒生长,过剩的Fe2O3和MnO2存在于陶瓷晶界处并在高温煅烧F形成液相促进致密化烧结;未掺杂样品中存在大量连通气孔,显气孔率为14.79%:掺入5%软锰矿后,显气孔率降低至5.29%,样品内部多为均匀分布的近球形闭气孔;在52MPa压力条件下,5%软锰矿掺杂样品的破碎率与未掺杂样品相比减少80.95%,抗破碎能力显著提高.     

低密度支撑剂研究进展

低密度支撑剂是通过化学改性、物理改性等方法制备得到的高性能支撑剂，具有密度低、沉降速度低等特性。本文在调研大量文献基础上，根据改性方法不同将低密度支撑剂分为多孔无包覆陶瓷低密度支撑剂、多孔无机物包覆低密度支撑剂、多孔树脂包覆低密度支撑剂，对比了不同类型低密度支撑剂制备体系组成、密度以及承压性能，总结了制备不同类型低密度支撑剂的机理、主要影响因素及应用情况。根据制备方式不同将超低密度支撑剂（ultra-light weight proppants， ULWP）分为常规方法制备、新技术制备两类。提出未来可通过结合使用多种添加剂、优化烧制工艺等方式探索莫来石相、刚玉相等晶体结构，实现支撑剂超低密度与高强度的有效结合，利用疏水改性、结构改性等方式向多功能、高性能发展，为相关研究提供借鉴和参考。     

白云石对焦宝石陶粒晶粒发育及性能的影响

以陶粒的新原料-焦宝石为主要原料,白云石为熔剂性辅料利用陶瓷烧结工艺成功制备了粒径425~850 μm满足35 MPa闭合压力下使用的支撑剂.重点研究了助熔剂白云石的不同添加量对焦宝石陶粒支撑剂晶粒发育及性能的影响.利用SEM和XRD分别对含有不同添加量的白云石的陶粒支撑剂进行了显微形貌和物相结构的分析,并多次测试了陶粒支撑剂的体密、视密和破碎率,结果揭示了白云石的添加有助于促进棒状莫来石晶粒的发育,同时在保证破碎率低于9%的前提下具有降低陶粒支撑剂体密/视密的作用.     

多尺度支撑剂组合加砂技术在压裂过程中的应用研究

随着勘探开发井深度的增加及开采难度的加大,压裂裂缝的复杂程度也越来越大,窄裂缝、弯曲裂缝、多裂缝不断涌现,经常导致加砂困难或支撑裂缝质量差等问题。同时在压后返排过程中时常出现支撑剂返吐现象。以上问题严重影响了压裂效果。多尺度支撑剂组合加砂技术是把不同粒径支撑剂的优点结合起来,在裂缝复杂或狭窄的区域加入流动性较好的小粒径支撑剂,在裂缝条件较好的区域添加大粒径支撑剂,提高压裂成功率及支撑裂缝的质量,减少了支撑剂回吐的几率,避免在裂缝口部出现瓶颈现象。本文分别从理论上研究了小粒径加砂、大粒径加砂以及组合支撑剂加砂技术的特点,然后进行了室内试验研究以及产能分析,最终得出了不同粒径支撑剂组合加砂技术的优点及应用方法,为提高压裂成功率及裂缝的质量提供了依据。     

Novel light-weight glass-ceramic proppants based on frits for hydraulic fracturing process

High strength proppants were always in demand for hydraulic fracturing techniques used in unconventional reservoirs for oil and gas extraction processes. To support this concept, relatively low-alumina content glass-ceramic proppants based on the system Fe₂O₃–TiO₂–MgO–CaO–SiO₂–Al₂O₃ have been prepared by using frit, kaolin, and bentonite in a glaze formulation. By deposition of glaze drops on porous ceramic tile, a semi-dry proppant beads were obtained. Different frit compositions of aluminum oxide replacing calcium oxide were used to obtain highly sintered proppants with a robust glassy matrix at 1100 °C in a fast firing cycle. The microstructure by scanning electron microscopy (SEM) and the phase structure by X-ray diffraction (XRD) were investigated. The results revealed the formation of two main phases; cristobalite and calcium aluminum silicate in addition to the other two phases of mullite and Diopside ferrian in some samples. By evaluating the employed fabricated ceramic compositions as high conductivity and high strength proppants for hydraulic fracturing process it was found that all samples exhibited competitive properties according to American Petroleum Institute standards (API RP 19C Standard) for proppants criteria. Crushing loss under 7500 psi closed pressure was (from 1.5% to 6.7%), the weight loss by acids attack was (from 0.001% to 0.07%), sphericity and roundness were (0.9) in addition, the apparent and bulk densities were (from 2.51 to 2.58 g/cm³) and (from 1.46 to 1.50 g/cm³), respectively.