第一節(jié) 產(chǎn)品定義及發(fā)展歷程

一、定義

陶粒支撐劑是石油、天然氣工業(yè)水力壓裂作業(yè)重要的專用材料，優(yōu)質(zhì)陶粒支撐劑對保持油、氣的高導(dǎo)流能力，增加油、氣井產(chǎn)量至關(guān)重要。

二、發(fā)展歷程

自從1947年第一次水利壓裂以來，到目前已有50多年的歷史，作為水利壓裂支撐劑也相應(yīng)的被使用，天然石英砂首當(dāng)其中被使用，隨著水利壓裂增產(chǎn)技術(shù)的進(jìn)展越來越多的天然材料以及人造產(chǎn)品被使用，如：玻璃微珠〔穩(wěn)定的抗壓邊界值約在41.36MPa（600psi）〕、鐵砂和鋼砂、碎胡桃殼、圓胡桃殼、鋁丸、開采的石榴石、塑料珠或聚合物球等，不斷用來作為水利壓裂試驗(yàn)，這些新材料每一種都有其優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。

到了1970年早期，僅有高強(qiáng)度的焙燒的玻璃珠被保留下來。

在70年代后期，隨著燒結(jié)鋁礬土（陶粒）和熔煉氧化鋯等高強(qiáng)度人造合成材料的發(fā)明，在水利壓裂技術(shù)發(fā)展方面實(shí)現(xiàn)了決定性的突破，這種合成材料與低強(qiáng)度砂明顯不同，能抵抗住高達(dá)69~102MPa（10000~15000psi）以上的閉合壓力。因此與研制的高性能現(xiàn)代壓裂一起為深層高壓地層壓裂開辟了前景。

目前，在油氣增產(chǎn)市場上使用五種不同價(jià)格的標(biāo)準(zhǔn)支撐劑，他們是天然石英砂、人造的中等強(qiáng)度低密度的硅酸鋁支撐劑（陶粒支撐劑）、人造的中等強(qiáng)度高密度的氧化鋁和硅酸鹽、高強(qiáng)度的鋁礬土和高強(qiáng)度的硅酸鋯支撐劑、以及涂敷預(yù)固化涂層和可固化涂層樹脂的天然砂或人造支撐劑。它們在油氣生產(chǎn)中各自起到不同的作用。

第二節(jié) 產(chǎn)品特點(diǎn)及應(yīng)用領(lǐng)域 分析

一、產(chǎn)品特點(diǎn)

低密度高強(qiáng)度陶粒支撐劑的開發(fā)不僅為深井作業(yè)提供支持，而且有利于膠化壓裂液的使用，便于在地層內(nèi)形成具有一定長度和高度的支撐帶，從而提高產(chǎn)層導(dǎo)流能力并增產(chǎn)增效。

二、應(yīng)用領(lǐng)域

陶粒支撐劑主要應(yīng)用于油氣井的增產(chǎn)。

第三節(jié) 產(chǎn)業(yè)鏈概述

一、在產(chǎn)業(yè)鏈中的位置

產(chǎn)業(yè)鏈?zhǔn)且粋€(gè)包含價(jià)值鏈、企業(yè)鏈、供需鏈和空間鏈四個(gè)維度的概念。產(chǎn)業(yè)鏈的上游產(chǎn)業(yè)指處在整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈的開始端，提供原材料和零部件制造和生產(chǎn)的 行業(yè) 。而低密度高強(qiáng)度陶粒支撐劑作為是油氣田壓裂作業(yè)中必需的專用材料，其屬于油氣產(chǎn)業(yè)鏈的中游產(chǎn)業(yè)。

二、相關(guān) 行業(yè) 簡述

1、發(fā)展現(xiàn)狀

我國目前主要生產(chǎn)油區(qū)有25個(gè)(大慶、吉林、遼河、華北、大港、冀東、新疆、塔里木、吐哈、玉門、青海、長慶、四川、勝利、中原、河南、江漢、江蘇、滇桂黔、新星、天津、深圳、湛江、延長、上海，據(jù)中國石油和化學(xué)工業(yè)協(xié)會(huì)資料)，其中，大慶是我國最大生產(chǎn)油區(qū)，生產(chǎn)能力約為5300萬噸。勝利是我國第二大生產(chǎn)油區(qū)，生產(chǎn)能力約為2660萬噸。遼河是我國第三大生產(chǎn)油區(qū)，生產(chǎn)能力1400萬噸。

與國外相比，我國油田總體生產(chǎn)能力和生產(chǎn)效率低，如美國原油采收率可達(dá)50%，而我國全國平均僅為29%(不包括三次采油)。我國石油開采業(yè)基本特點(diǎn)是，主力油田進(jìn)入開發(fā)中后期，油田綜合含水率上升，成本增高，效益下降，增產(chǎn)難度大。

2008年，受國內(nèi)原油加工虧損、加工進(jìn)口油給予增值稅返還優(yōu)惠等因素影響，上半年特別是二季度國內(nèi)原油生產(chǎn)受到一定影響，上半年原油產(chǎn)量同比增長1.7%，而二季度原油產(chǎn)量同比只增長0.8%。下半年，國內(nèi)原油加工利潤上升，原油產(chǎn)量增速有所回升。2008年，原油產(chǎn)量1.89億噸，同比增長1.07%。

2008年，國內(nèi)石油需求仍保持較快增長，但全年各季度市場需求變化較大。2008年，我國石油表觀消費(fèi)量達(dá)38965萬噸，比2007年增加2395萬噸，增長6.5%，增幅較2007年上漲1.7%。石油對外依存度為51.3%，比2007年的50.5%增加0.8%。

受全球金融危機(jī)、國際油價(jià)波動(dòng)、特大自然災(zāi)害以及國內(nèi)宏觀調(diào)控政策等多種因素的影響，2008年國內(nèi)石油市場起伏變化比較大，呈現(xiàn)以下特點(diǎn)：一是全年石油需求很不平衡，上半年一度出現(xiàn)油品供應(yīng)緊張的局面，下半年市場卻走軟。按季度對比，二季度石油需求量全年最大，石油表觀消費(fèi)量達(dá)到10044萬噸，此后逐季下降。二是成品油供應(yīng)仍保持較快增長，但增速回落，且沿海地區(qū)與內(nèi)陸地區(qū)增長不平衡。三是石油進(jìn)口繼續(xù)較快增長，對外依存度突破50%。

2、進(jìn)出口

據(jù)海關(guān)總署統(tǒng)計(jì)，2008年我國累計(jì)進(jìn)口石油（含燃料油）21853萬噸，比2007年增加2156萬噸，增長10.9%。其中，全年累計(jì)進(jìn)口原油17888萬噸，同比增長1571萬噸，增長9.6%。同期，累計(jì)出口石油1868萬噸。進(jìn)出口相抵，全年石油凈進(jìn)口19985萬噸，同比增加2228萬噸，增長12.55%。

2008年，我國全年原油進(jìn)口平均價(jià)為每噸723.03美元，比2007年的488.9美元上漲234.1美元，漲幅為47.9%。原油出口平均價(jià)格每噸716美元，比2007年上漲282.3美元，漲幅65.1%。成品油進(jìn)口平均價(jià)格為每噸358.98美元，比2007年的486.3美元減少127.3美元，降幅為26.2%。成品油出口平均價(jià)格每噸802美元，比2007年的589.9美元上漲212.1美元，漲幅36%。

2008年，我國進(jìn)口原油的50%來自中東地區(qū)，進(jìn)口量8970萬噸，同比增加1696萬噸，增長23.3%；其次為非洲地區(qū)，進(jìn)口量5395萬噸（占30%），增加90萬噸，增長1.7%；歐洲和西半球進(jìn)口量3025萬噸（占16.9%），減少138萬噸，下降4.4%；亞太地區(qū)進(jìn)口量498萬噸（占2.8%），減少76萬噸，下降13%。進(jìn)口國家中，進(jìn)口量排名前五位的分別為沙特（3637萬噸）、安哥拉（2989萬噸）、伊朗（2132萬噸）、阿曼（1458萬噸）、俄羅斯（1164萬噸）。

3、展望2009年

2009年，國際金融危機(jī)將繼續(xù)擴(kuò)散和蔓延，世界經(jīng)濟(jì)增長繼續(xù)減速，國際原油價(jià)格可能在低位震蕩，國內(nèi)原油需求增速也將放緩，這對于我國油氣 行業(yè) 既是挑戰(zhàn)也是機(jī)遇。

根據(jù)國內(nèi)外權(quán)威機(jī)構(gòu)和經(jīng)濟(jì)學(xué)家對我國經(jīng)濟(jì)未來走勢的估計(jì)，我國經(jīng)濟(jì)在2009年一、二季度經(jīng)濟(jì)增速可能繼續(xù)走低，三季度有可能回升，四季度增速渴望加快，全年經(jīng)濟(jì)增速渴望達(dá)到8%。因此，2009年我國石油需求有望繼續(xù)增長，但增速明顯回落。

從國際石油市場看，全球經(jīng)濟(jì)短期內(nèi)難以走出低谷，世界各大機(jī)構(gòu)和權(quán)威人士普遍認(rèn)為，2009年國際石油需求和價(jià)格走勢將繼續(xù)受到經(jīng)濟(jì)低迷的影響，預(yù)計(jì)全年國際平均油價(jià)低于2008年。但由于目前國際油價(jià)已跌到每桶40美元以下，再深幅下跌的動(dòng)力減弱。

面對新形勢，國家能源局提出，2009年油氣工作的總體思路是：認(rèn)真學(xué)習(xí)實(shí)踐科學(xué)發(fā)展觀，繼續(xù)解放思想，堅(jiān)持改革開放，統(tǒng)籌國內(nèi)外兩個(gè)大局，加強(qiáng)戰(zhàn)略思維和體制創(chuàng)新，抓住機(jī)遇，迎接挑戰(zhàn)，確保國內(nèi)石油繼續(xù)穩(wěn)定增長、天然氣產(chǎn)量快速增長，進(jìn)一步完善油氣供應(yīng)戰(zhàn)略布局工作，建立健全應(yīng)急安全體系，推動(dòng)油氣 行業(yè) 科學(xué)發(fā)展。

為此，國家能源局要求，要繼續(xù)做好油氣 規(guī)劃 ，加強(qiáng)政策 研究 和法規(guī)建設(shè)，促進(jìn)體制創(chuàng)新和科技進(jìn)步，堅(jiān)持加大資源勘探力度，努力實(shí)現(xiàn)東部穩(wěn)定，加快西部發(fā)展，確保國內(nèi)原油產(chǎn)量穩(wěn)中有升，天然氣產(chǎn)量快速增長。繼續(xù)把天然氣工業(yè)作為我國轉(zhuǎn)變發(fā)展方式、推動(dòng)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化升級(jí)和建設(shè)環(huán)境友好型社會(huì)的重要抓手，不斷完善天然氣管網(wǎng)和儲(chǔ)氣調(diào)峰手段，積極推進(jìn)液化天然氣項(xiàng)目。繼續(xù) 規(guī)劃 建設(shè)一批重點(diǎn)油氣管道，推動(dòng)油氣國際合作，完善儲(chǔ)備體系，努力構(gòu)建安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)、可靠的油氣供應(yīng)體系。

第四節(jié) 產(chǎn)品生產(chǎn)技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

目前，我國高強(qiáng)度石油壓裂支撐劑技術(shù)以攀鋼為代表，其產(chǎn)品已達(dá)世界先進(jìn)水平。

攀鋼經(jīng)過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)以來的最高記錄，具備年產(chǎn)1萬噸高鈦石油壓裂支撐劑生產(chǎn)能力；產(chǎn)品質(zhì)量經(jīng)美國權(quán)威機(jī)構(gòu)檢測，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)銷俄羅斯、哈薩克斯坦、阿塞拜疆等國家，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采壓裂施工的關(guān)鍵材料，能有效提高油氣產(chǎn)量和延長油井壽命，國際國內(nèi)市場需求日益旺盛。為實(shí)現(xiàn)攀鋼高爐渣向再生資源的根本性轉(zhuǎn)變，攀鋼抓住市場機(jī)遇，于2003年底建成設(shè)計(jì)產(chǎn)能1萬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)中國石油勘探 研究 院廊坊分院支撐評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)室檢測，各項(xiàng)性能指標(biāo)完全達(dá)到SY／T5108標(biāo)準(zhǔn)。世界權(quán)威支撐劑檢測機(jī)構(gòu)——美國STIM—LAB實(shí)驗(yàn)室對該產(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。

第五節(jié) 產(chǎn)品生產(chǎn)工藝特點(diǎn)或流程

1、原材料

主料主要采用鋁釩土礦，輔料則為白云石、磷鐵礦、錳粉、膨潤土等輔料配合使用。

2、爐料配比設(shè)計(jì)

選取的配料要簡單，為滿足融體粘度、熔融溫度、易結(jié)晶、收縮小等要求，本支撐劑采用MgO－A12O3－SiO2系統(tǒng)，以能最終析出α－剛玉晶相為原則，成份點(diǎn)選擇在接近α－剛玉的化學(xué)成份上，因此主要原料的化學(xué)組成應(yīng)控制。

采用不同的主料與輔料比例對本支撐劑的性能起決定作用。燒結(jié)輔料通常占總混合物料重量的30%左右，輔料與主料的最佳配比范圍由不同的工藝條件決定。燒結(jié)出的支撐劑應(yīng)有以下要求：

1）支撐劑應(yīng)具有較高的強(qiáng)度及較低破碎率。

2）支撐劑應(yīng)具有較好的化學(xué)穩(wěn)定性，尤其耐酸腐蝕。

3）支撐劑的原料應(yīng)具有較好的燒結(jié)性能，能在較低的溫度下進(jìn)行燒結(jié)。

4）盡量減小支撐劑的脆性。

3、成球工藝

本實(shí)驗(yàn)采用了特殊的成球工藝，工藝過程為：將混合物料加入到粉碎裝置中，粉碎到一定的粒度，再放入到混合裝置中，攪動(dòng)磨成更細(xì)的粉末，形成平均顆粒直徑<15μm的均勻干粉。加入足量的水,并攪拌混合物，將其打成濕粉，睏料10h，做成球濕粉，并投入成球機(jī)中，間歇噴入水霧，當(dāng)母球出現(xiàn)時(shí)，間歇、交替加入干粉和水霧，嚴(yán)格控制干粉和水霧的加入量與時(shí)間，使母球逐漸達(dá)到規(guī)定的尺寸。做好的球粒在100－300℃溫度下烘干，直到球粒中水份含量＜3%，最好＜1%．最佳烘干溫度175－275℃，烘干時(shí)間30－60min。

4、結(jié)晶、退火工藝

結(jié)晶及退火過程在隧道窯中進(jìn)行。分選達(dá)到圓度要求的球粒，在常溫下放入隧道窯中進(jìn)行燒結(jié)。在燒結(jié)的過程中要嚴(yán)格控制燒結(jié)的時(shí)間和溫度，燒結(jié)溫度控制在1360℃，燒結(jié)時(shí)間為2h.退火采取隨爐自然冷卻的方法。

5、支撐劑理化性能

1）物相組成

在偏光顯微鏡下可觀察到α－剛玉微晶相占55.5%－82.5%，17.5%－45%為殘余玻璃相。

2）粒度組成，球度和圓度

95%以上的支撐劑顆粒，粒度范圍為0.45-0.9mm，其中0.45-0.75mm約占4%左右，0.75-0.85mm約占8%左右，0.9mm約占83%左右，符合支撐劑所要求的粒度指標(biāo)。96%以上的球粒，圓度和球度為0.9，符合美國石油協(xié)會(huì)APIR-60球度及圓度的推薦標(biāo)準(zhǔn)。

3）破碎率

根據(jù)APIR－60推薦的試驗(yàn)方法，進(jìn)行10次支撐劑破碎試驗(yàn)，經(jīng)檢測，平均破碎率為4.1%，優(yōu)于APIR－60的推薦標(biāo)準(zhǔn)值10%．

4）化學(xué)穩(wěn)定性

支撐劑的化學(xué)穩(wěn)定性主要以耐酸性來評(píng)價(jià)，本支撐劑在酸中的溶解度為4.54%，優(yōu)于APIR－60的推薦標(biāo)準(zhǔn)值5.5%。

第六節(jié) 國內(nèi)外生產(chǎn)技術(shù)發(fā)展趨勢 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題亟待解決。近年來國外各大服務(wù)公司經(jīng)過不斷開發(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)不僅延長了氣田壽命，而且將氣田產(chǎn)量從31萬立方米提高到60萬立方米；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1萬立方米提高到3萬立方米，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聚合物CO2壓裂液和光纖輔助壓裂技術(shù)。無聚合物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，采用無聚配方，在某些井中應(yīng)用產(chǎn)量提高了7倍之多。

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