第一節(jié) 高強度石油壓力支撐劑生產(chǎn)工藝流程 分析

高強度陶粒支撐劑的制造方法：它以輕燒鋁礬土為基料，加入如下輔料，粘土，鑭系金屬氧化物，二氧化錳，氧化鎂；基、輔料混合后共磨成細(xì)粉，然后加水松解后在成球機(jī)制成球粒，再送入窯爐按燒結(jié)溫度1100～1500℃，燒結(jié)時間0.5～5小時，燒制得成品。制造出來的產(chǎn)品抗壓強度達(dá)到了69MPa以上，成品破碎率≤ 10％，在60MPa閉合壓力下導(dǎo)流能力達(dá)到54.8微米#+[2]·厘米。具有成品抗壓強度高，圓球度好，工藝簡單，制作成本低的特點?？捎糜谔樟Ｖ蝿┑纳a(chǎn)中。

超強度陶粒支撐劑及其制備方法。它由下述重量百分比含量的組分組成：鋁釩土10-30％，鋁土礦50-70％，高鐵鋁土礦8-15％，粘土7-20％，錳礦2-5％，鉀長石0.5-2.5％，湖精： 0.1-1.2％。上述比例的礦物組分，分別磨成細(xì)粉，過篩，混合攪拌均勻，在制粒機(jī)中經(jīng)水氣霧化滾動成球，停止加霧化水氣，然后，再加入湖精，轉(zhuǎn)動，過篩，在遂道窯中，經(jīng)高溫?zé)Y(jié)而成。實驗證明，本發(fā)明的產(chǎn)品抗破碎能力很高，可有效地支撐壓裂裂縫，極大地提高裂縫內(nèi)的滲透率，使油氣流通順暢，提高產(chǎn)油率。 

高強度、高密度陶粒支撐劑及其制造方法：它以鋁礬土生礦粉為基料，加入以下重量的輔料：氧化錳0.5-5份、氧化鎂0.3-2 份、氧化鐵0.1-3份?；?、輔料均經(jīng)雷蒙磨磨成≤0.049mm的粉料，混合后轉(zhuǎn)入成球機(jī)中，在成球機(jī)單向勻速轉(zhuǎn)動下連續(xù)加霧化水汽。制成圓度、球度≥0.9的球粒，經(jīng)轉(zhuǎn)窯按1000℃-1400℃燒結(jié)溫度，燒結(jié)0.5-4小時燒到得本產(chǎn)品。本發(fā)明制造出來的產(chǎn)品在86MPa閉合壓力下，破碎率＜10％、視密度＞3.30g/cm3。具有抗壓強度高、視密度高、圓球度好、工藝簡單、制作成本低、資源利用率高、能耗低等特點，可用于制造高強度高密度陶粒支撐劑的生產(chǎn)。

第二節(jié) 國外高強度石油壓力支撐劑生產(chǎn)工藝發(fā)展階段比較

壓裂工藝技術(shù)對全世界范圍的石油開采起著非常重要的作用，而石油壓裂支撐劑是石油壓裂工藝技術(shù)能否獲得成功的關(guān)鍵。高質(zhì)量的支撐劑可為原油的開采發(fā)揮重要的作用。石油壓裂支撐劑，是使地層深處巖石裂隙保持裂開狀態(tài)的支撐物，粒徑0.4-0.9mm，有一定圓度和球度。在使用過程中，把支撐劑混入壓裂液中，利用高壓手段注入深層巖石裂縫中支撐巖層，以提高導(dǎo)油率，增加原油產(chǎn)量。

國際上（如美國）多采用燒結(jié)剛玉制品，但這種制品雖然在理化性能上可以滿足要求，可是原料來源困難，加工工藝復(fù)雜，且能耗大、成本高。

第三節(jié) 我國高強度石油壓力支撐劑生產(chǎn)工藝創(chuàng)新歷程與途徑

1、壓裂酸化技術(shù)難點和挑戰(zhàn)

正如在我國石油工業(yè)“十五” 規(guī)劃 報告指出的一樣：現(xiàn)在我國石油工業(yè)面臨的形勢是新區(qū)勘探開發(fā)困難，老區(qū)的增產(chǎn)挖潛還有大量的工作要做。其中，常規(guī)的井網(wǎng)加密已經(jīng)效果不大，對酸化壓裂措施的認(rèn)識不夠。同時，增產(chǎn)措施改造的對象越來越復(fù)雜，改造目標(biāo)已經(jīng)從低滲、單井發(fā)展到了中、高滲和油田整體主要的難題集中在以下幾個方面：

1）復(fù)雜巖性油氣藏

指的是陸源碎屑巖、碳酸鹽巖和粘土礦物以一定比例均勻存在，沒有任何一種成份在主導(dǎo)地位。典型的代表是玉門酒西盆地的清溪油田，該油田儲量高、品位好，但是儲層礦物組成十分復(fù)雜。由于礦物的不連續(xù)分布，酸壓后只能形成均勻、低強度的刻蝕；而水力壓裂由于發(fā)生支撐劑嵌入和粘土礦物的水敏、堿敏現(xiàn)象嚴(yán)重，因此目前酸壓和水力壓裂技術(shù)對這類儲層多為低效或無效。只能考慮從液體體系上改進(jìn)工藝措施。

2）高溫、超高溫、深層、超深層和異常高壓地層

以準(zhǔn)葛爾盆地、克拉瑪依、塔里木和吐魯番為代表，如柯深101井，壓力系數(shù)為2.0，溫度135攝氏度，千米橋潛山地區(qū)井深4000m—5700m，溫度在150攝氏度到180度之間。這種地層的技術(shù)難點往往是需要的施工壓力和壓裂酸化液體不能達(dá)到要求；酸液的反應(yīng)時間短，酸蝕作用距離短。

3）低滲、低壓、低產(chǎn)、低豐度“四低”儲層

如中石油的長慶蘇里格氣田壓力系數(shù)在0.8—0.9，滲透率為0.5—3.0達(dá)西，中石化的大牛地油田壓力系數(shù)0.67—.0.98，滲透率僅為0.3—0.9達(dá)西。類似的這種儲層在我國占很大的比例，由于產(chǎn)生水鎖現(xiàn)象進(jìn)而產(chǎn)生很難解除的水相圈閉，如果不采用特殊的工藝手段，很難得到高效開發(fā)。

4）凝析氣藏

代表有千億方的塔里木迪那氣田和中原白廟深層凝析氣藏。這類油田酸化壓裂最大的問題是由于壓力降低后凝析油的析出產(chǎn)生凝析油環(huán)，大大降低了天然氣的產(chǎn)量。

5）高含硫，高含二氧化碳油田

這類油田有被譽為“南方海相勘探之光”的普光氣田（儲量高達(dá)1144億立方米）；580億立方米的羅家寨氣田。這兩個氣田的含硫量都在10%—12%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過3%的 行業(yè) 標(biāo)準(zhǔn)。硫化氫的高還原性和化學(xué)反應(yīng)活性容易產(chǎn)生單質(zhì)硫和硫化亞鐵沉淀，在酸化壓裂施工中造成二次傷害。同時，高含硫還會加大鉆、采、集、輸、外運的困難，尤其是在地形復(fù)雜，自然條件惡劣的四川丘陵地區(qū)。

6）異常破裂壓力油藏

這種油藏埋藏深度和破裂壓力不成正比，以川西致密須家河組和赤水地區(qū)為例：2000多米的井深破裂壓力高達(dá)90多兆帕，現(xiàn)場經(jīng)預(yù)處理措施之后，施工壓力仍然高達(dá)80多兆帕。造成的直接后果就是壓不開地層，酸液不能進(jìn)入，對設(shè)備的損害比較大。

7）縫洞型、裂隙型碳酸鹽巖

我國“九五” 規(guī)劃 最大的整裝油田——塔河油田就是這類油田的代表。塔河油田560萬噸產(chǎn)量中有80%是依靠壓裂酸化措施取得的。而壓裂酸化中最大的難題是注入液體的濾失，因為這種縫洞型、裂隙型油藏已經(jīng)并非常規(guī)意義上的裂縫和孔隙，而是體積巨大的溶洞和裂隙。

8）低滲稠油

這類油田由于稠油的流動性差，向井流動困難，導(dǎo)致初期增產(chǎn)效果差或無效，酸化壓裂有效期短。

9）水平井、多分支等復(fù)雜結(jié)構(gòu)井

我國從80年代中期在海上應(yīng)用水平井，水平井的采油工藝遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于鉆井技術(shù)的發(fā)展。水平井等復(fù)雜結(jié)構(gòu)井壓裂核心問題是起裂裂縫條數(shù)和裂縫方位的控制，水平井酸化存在的問題主要是酸液的均勻置放和長時間浸泡下酸巖反應(yīng)機(jī)理。目前，在這方面已經(jīng)作了大量的 研究 工作。

2、酸化壓裂技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及創(chuàng)新

1）壓裂裂縫延伸數(shù)學(xué)模型 研究

目前已取得的 研究 成果主要為由西南石油學(xué)院率先提出的三維裂縫模型和控縫高技術(shù)以及“四變”：變排量、變粘度、變支撐劑類型和支撐劑粒徑技術(shù)。

2）重復(fù)壓裂技術(shù)

重復(fù)壓裂定義為壓裂同一口井，同一個層位，同一個地方，區(qū)別于常規(guī)的認(rèn)為的第一次壓裂無效后的再壓裂或是壓開不同層段。其技術(shù)核心可以概括為“堵老縫，壓新縫”，即：堵已經(jīng)成為儲水通道的縫，堵控制區(qū)域已經(jīng)完全或大部分產(chǎn)出的老縫。壓新縫的關(guān)鍵是把握新縫壓開的時機(jī)，新縫的壓開總是發(fā)生在最大最小應(yīng)力場改變時。

3）高含硫油田

目前國外常用的方法是用互溶劑吸收生成的單質(zhì)硫?，F(xiàn)在又提出了“雙管齊下”的解決辦法：即同時降低鐵離子濃度和用硫化氫吸收劑把單質(zhì)硫的形成扼殺在搖籃中。

4）低滲低壓油田

目標(biāo)是減少水鎖和水相圈閉，可以考慮的途徑有：盡量減少進(jìn)入氣層的液量，減少濾液的表面張力，減少毛管阻力。目前的措施包括：○1提高返排速度：液氮伴注，分段破膠，強制閉合，高效返排；○2二氧化碳泡沫壓裂；○3自生氣/生熱增壓助排；○4表面活性劑壓裂液

5）異常破裂壓力

降低摩阻，增加酸液的密度和強度是治標(biāo)的方法。治本的途徑包括：高能氣體壓裂、酸化預(yù)處理、射孔參數(shù)優(yōu)化?，F(xiàn)場實踐表明，通過上述方法可以分別減小井口壓力10MPa,4—10MPa,5MPa左右。

6）復(fù)雜結(jié)構(gòu)井壓裂機(jī)理和技術(shù)

關(guān)鍵的技術(shù)是合理設(shè)計壓開裂縫條數(shù)，優(yōu)選裂縫長度。以前的觀點認(rèn)為水平井相當(dāng)于一口水力壓裂井，但是最新完井思想認(rèn)為水平井鉆成后必須要做增產(chǎn)措施才能發(fā)揮其全部產(chǎn)能。因此完井方式上要預(yù)先考慮有利于裂縫的形成，有利于后續(xù)的酸化壓裂改造。

7）酸化壓裂新觀點：

傳統(tǒng)觀念認(rèn)為碳酸鹽巖水力壓裂會造成礦物脫落，堵塞裂縫和孔隙，一般增產(chǎn)措施應(yīng)該采用酸壓和基質(zhì)酸化；而砂巖油藏由于膠結(jié)疏松，容易壓破地層邊界，酸液均勻溶蝕巖石，不能形成溝槽，酸壓后裂縫大部分閉合，沒有形成導(dǎo)流能力等原因，經(jīng)典教科書上都不推薦采用酸壓?，F(xiàn)場作業(yè)已經(jīng)大大地挑戰(zhàn)了上述傳統(tǒng)觀點，如采用酸基壓裂液，凍膠酸的碳酸鹽巖水力壓裂以及砂巖儲層的酸壓都取得了不錯的增產(chǎn)效果，但其機(jī)理 研究 還需進(jìn)一步深入。

第四節(jié) 國內(nèi)高強度石油壓力支撐劑生產(chǎn)設(shè)備簡介

石油壓裂支撐劑的生產(chǎn)設(shè)備主要有煤氣發(fā)生爐、管磨機(jī)、造粒設(shè)備、燒成用回轉(zhuǎn)窯以及操作控制系統(tǒng)等。

第五節(jié) 國內(nèi)高強度石油壓力支撐劑生產(chǎn)設(shè)備應(yīng)用現(xiàn)狀

回轉(zhuǎn)窯的應(yīng)用起源于水泥生產(chǎn)，回轉(zhuǎn)窯的發(fā)明，使得水泥工業(yè)迅速發(fā)展，同時也促進(jìn)了人們對回轉(zhuǎn)窯應(yīng)用的 研究 ，很快回轉(zhuǎn)窯被廣泛應(yīng)用到許多工業(yè)領(lǐng)域，并在這些生產(chǎn)中越來越重要，成為相應(yīng)企業(yè)生產(chǎn)的核心設(shè)備。它的技術(shù)性能和運轉(zhuǎn)情況，在很大程度上決定著企業(yè)產(chǎn)品的質(zhì)量、產(chǎn)量和成本。目前我國陶粒的生產(chǎn)設(shè)備都采用的是工業(yè)回轉(zhuǎn)窯。

世界上以美國CARBO公司為代表的支撐劑生產(chǎn)最大的廠家，堪稱是技術(shù)力量雄厚，其技術(shù)及產(chǎn)品質(zhì)量目前在國際上處于領(lǐng)先水平，是專業(yè)生產(chǎn)支撐劑的廠家，他們采用回轉(zhuǎn)窯生產(chǎn)設(shè)備，長度大約40多米，使用了先進(jìn)的流化床設(shè)備造粒，半成品密實度好，表面光滑度高。

目前，石油支撐劑產(chǎn)品在國內(nèi)處于起步階段，大多數(shù)廠家只能生產(chǎn)中、低強度的產(chǎn)品，大多數(shù)造粒設(shè)備是用幾十臺糖衣機(jī)。然而，高強度石油壓裂支撐劑生產(chǎn)企業(yè)也開始采用國際先進(jìn)的燒結(jié)設(shè)備—回轉(zhuǎn)窯燒結(jié)法。回轉(zhuǎn)窯在高強度石油壓裂支撐劑的生產(chǎn)中成為主要生產(chǎn)設(shè)備，其應(yīng)用成熟度逐步提高。

第六節(jié) 我國高強度石油壓力支撐劑生產(chǎn)設(shè)備技術(shù)研發(fā)動態(tài)

宜興市正大陶瓷機(jī)械有限公司，近幾年開發(fā)的石油支撐劑（陶粒）生產(chǎn)成套設(shè)備，專利設(shè)計的年產(chǎn)1.5萬噸-3萬噸石油支撐劑的大型回轉(zhuǎn)燒成窯（回轉(zhuǎn)窯直徑有2.1米-2.5米）在全國近20家企業(yè)使用后，深得油田和石油支撐劑生產(chǎn)企業(yè)的一致好評。

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