隨著世界油氣開采工業(yè)的迅猛發(fā)展，開采難度正在逐步加大，油氣井的高層度越來越深，低滲透型礦床越來越多，對(duì)高度度壓裂支撐劑產(chǎn)品的需求量也逐步加大，其市場擁有廣闊的發(fā)展空間。在石油領(lǐng)域，壓裂是指采油或采氣過程中，利用水力作用，使油氣層形成裂縫的一種方法，又稱水力壓裂。

水力壓裂指的是在高壓情況下，將壓裂液泵入油井中，導(dǎo)致井底產(chǎn)生高壓，當(dāng)該壓力足以壓裂巖層時(shí)，地層就會(huì)生成裂縫并向前擴(kuò)展出一定空間。為了使裂縫保持張開，在巖層壓裂后需在裂縫中隨壓裂液填入支撐劑。輸送完支撐劑后，降低壓裂液粘性并使之回流，這樣導(dǎo)流率高的裂縫就產(chǎn)生了。目前國內(nèi)外使用的石油壓裂支撐劑一般分為三類：石英砂、陶粒支撐劑和覆膜支撐劑。近年來，油氣價(jià)格的持續(xù)低迷，降本增效已成為頁巖氣開發(fā)的主旋律。北美除鉆完井提速增效外，極大減少了陶粒用量，同時(shí)增加石英砂在壓裂施工中所占比例，甚至不用陶粒，大幅降低了壓裂材料的費(fèi)用，實(shí)現(xiàn)了低油氣價(jià)下的頁巖氣效益開發(fā)。

石英砂是一種分布廣、硬度大的天然的穩(wěn)定性礦物，其主要化學(xué)成分為二氧化硅(SiO₂)。石英砂多為石英砂巖經(jīng)過水力沖刷、風(fēng)化剝蝕等作用形成的顆粒，因此主產(chǎn)于河灘、沙漠、沿海地帶。我國石油支撐劑行業(yè)尚處于起步階段，其壓裂用石英砂主要產(chǎn)于甘肅蘭州、湖北蒲圻、江西永修、湖南岳陽、山東榮城、吉林農(nóng)安、福建福州、河北承德、新疆和豐等地。

石英砂中的主要礦物成分SiO₂的含量高低與其粒度密切相關(guān)，通常粒度越大，SiO₂含量越高。在中國，作為支撐用的石英砂中，SiO₂含量通常在80%左右，并且砂中會(huì)含有少量長石、燧石及其它噴出巖及變質(zhì)巖等巖屑。國外使用的優(yōu)質(zhì)石英砂中石英含量高達(dá)98%以上。但因?yàn)槭褂糜猛镜牟煌?，壓裂石英砂其?shí)并不怎么看重二氧化硅的含量。在石油行業(yè)，對(duì)好的壓裂砂自有另一套評(píng)判的標(biāo)準(zhǔn)。所以，在石油行業(yè)，對(duì)好的壓裂砂自有另一套評(píng)判的標(biāo)準(zhǔn)。

1.球度與圓度

球度很好理解，是指的是壓裂支撐劑（即石英砂）接近球形的程度。

圓度為工件的橫截面接近理論圓的程度。簡單來講圓度可以理解為“圓潤度”，顆粒棱角越多越尖銳則圓度越差；反之棱角圓滑，圓度就好。

2.酸溶解度

酸溶解度是指在規(guī)定的酸溶液及反應(yīng)條件下，一定質(zhì)量的支撐劑被酸溶解的質(zhì)量與總支撐劑質(zhì)量的百分比。

耐酸性是壓裂支撐劑的重要指標(biāo)，有良好耐酸性的支撐劑可以在酸性巖層中工作更長時(shí)間，并保持良好的導(dǎo)流能力。各種粒徑規(guī)格支撐劑允許的酸溶解度值見表1。值得注意的是，石英砂和陶粒支撐劑的酸溶解度指標(biāo)相同。

表1 酸溶解度指標(biāo)

支撐劑粒徑規(guī)格（μm）	酸溶解度的允許值（%）
3350-1700，2360-1180，1700-1000，1700-850，1180-850，1180-600，850-425，600-300	≤5.0
425-250，425-212，212-106	≤7.0

3.濁度

支撐劑的濁度為在規(guī)定體積的蒸餾水中加入一定質(zhì)量的支撐劑，經(jīng)搖動(dòng)并放置一定時(shí)間后液體的渾濁程度，單位是福氏濁度單位（FTU）。濁度主要表征了支撐劑表面光潔度，體現(xiàn)其表面所沾微粒的多少與大小。按照規(guī)定，壓裂用石英砂的濁度應(yīng)不高于100FTU。

4..抗破碎能力

對(duì)一定量的石英砂支撐劑，在額定壓力下進(jìn)行承壓測試所確定的破碎率，表征了支撐劑抗破碎能力。影響破碎率的主要因素是石英砂支撐劑圓度、球度、表面光潔度、顯微結(jié)構(gòu)等。

石英砂支撐劑的破碎率影響著裂縫導(dǎo)流能力。天然石英砂支撐劑的抗破碎能力測試應(yīng)使用規(guī)定尺寸范圍的破碎室，見下圖。

其適用的粒徑規(guī)格、規(guī)定閉合壓力與破碎率指標(biāo)見表2。

表2 抗破碎測試壓力及指標(biāo)

粒徑規(guī)格（μm）	閉合壓力（MPa）	破碎室壓力（KN）	破碎率（%）
1180-850(16/20目)	21	42	≤14.0
850-425（20/40目）	28	57	≤14.0
600-300(30/50目)	35	71	≤10.0
425-250(40/60目)	35	71	≤8.0
425/212(40/70目)
212-106(70/140目)

5.體積密度與視密度

石英砂支撐劑的體積密度為單位堆積體積的支撐劑質(zhì)量（單位g/cm³）反映支撐劑堆積體的整體密度。影響體積密度的主要因素為樣品視密度、圓度、球度、表面光潔度等等。支撐劑的視密度為單位顆粒體積的支撐劑質(zhì)量（單位g/cm³）。其與體積密度的區(qū)別為，計(jì)算視密度時(shí)的體積不包括顆粒之間的空隙體積。影響支撐劑視密度的主要因素為樣品物相成分、結(jié)構(gòu)與氣孔率。對(duì)于不同密度的壓裂支撐劑，采用的測試指標(biāo)不同。

總結(jié)來講，對(duì)壓裂用石英砂，有如下要求：粒徑均勻，密度小；強(qiáng)度大，破碎率??；圓度和球度高；雜質(zhì)含量少；來源廣，價(jià)廉。

結(jié)語

久在石英砂行業(yè)的人都曾記得，在2012年前由于板材砂價(jià)格的一路高漲，帶動(dòng)著大大小小的石英礦價(jià)格也一路走高。乃至于，個(gè)別的省份地區(qū)出現(xiàn)了只要投資板材石英砂，就一定賺錢的現(xiàn)象。于是，懂行的不懂行的，大家一窩蜂的涌入，都?xì)⑦M(jìn)了這個(gè)本就競爭激烈的行業(yè)，造成石英砂行業(yè)開始進(jìn)入了一種無序混亂的發(fā)展?fàn)顟B(tài)。

如今，這種混亂且無序的時(shí)代將一去不復(fù)返了。在環(huán)保風(fēng)暴和價(jià)格戰(zhàn)雙重夾擊下，國內(nèi)石英砂行業(yè)更新迭代迅速進(jìn)行，局面的快速洗牌淘汰了一大批跟不上的企業(yè)。在今后數(shù)年內(nèi)，石英砂行業(yè)的發(fā)展將出現(xiàn)兩極分化，一方面是高純石英砂的高端市場，另一方面是低純石英砂的貨多走量。