小砂粒在压裂施工中起到支撑裂缝的作用,工程上形象地称之为“支撑剂”。最早使用的支撑剂为天然石英砂,价格低廉、取材方便,加之水力压裂早期的井较浅,石英砂基本可以满足承压要求,有较好的适应性,因此得以广泛应用。
根据支撑剂的特性要求和产地来源,石油工程师试验使用了核桃壳、玻璃珠、陶粒等多种材料成分的支撑剂。一旦某一种支撑剂被选中,就将大量地应用到油井的压裂施工中,用于建立高于储层原始渗透率千百倍的油流高速通道,实现油井高产,达到增产目的。
按产地、性能、加工处理工艺,压裂用支撑剂可分为三大类:天然石英砂支撑剂、人造陶粒支撑剂、覆膜支撑剂。理想的支撑剂能够在裂缝闭合的压力作用下,仍然能够保障液体流动通畅,易于被携带送入裂缝深处,不易破碎,不易被地下流体腐蚀,圆球度好,且价格便宜、来源广泛。
石英砂支撑剂产地分布广,处理工艺简单,价格低廉,因此应用非常广泛。新疆陆梁、兰州安宁、宁夏青铜峡、河北围场、内蒙古赤峰和通辽等是我国油井水力压裂石英砂支撑剂的主要产地,国内石英砂支撑剂年用量已经超过275万吨,如果用60节车厢的中欧班列运送,大概需要275趟。我国有丰富的石英砂资源,但不是每一种石英砂都能作为压裂的支剂,石英砂支撑剂选择有严格的标准,既要考虑砂子的抗压强度,又要考虑圆度,还要考虑均匀度,同时要考虑经济成本。
20世纪90年代,为适应深井压裂增产措施的要求,发明了一种称之为陶粒的支撑剂,它是由铝矾土烧制而成的圆球状颗粒,陶粒均匀,粒度、圆度均可控,最常用的陶粒直径为0.5~0.8毫米。人造陶粒支撑剂制备工艺主要有熔融喷吹法和烧结法两种,相对于石英砂支撑剂,陶粒支撑剂有强度高、导流能力高等优点,其破碎率比石英砂低,导流能力的递减率也较慢,但同时也因密度较大,对压裂液的性能以及泵送条件都提出了更高的要求,从而增加了作业成本。
覆膜支撑剂是一种特殊工艺制成的支撑剂,就是对传统的石英砂、陶粒支撑剂进行了覆膜加工,提高了支撑剂的承压性能。常用的覆膜材料主要有预固化树脂覆膜支撑剂和可固化树脂覆膜支撑剂两类。
如何优选支撑剂呢?首先考虑油藏条件和工艺要求,并通过实验室测试综合评价支撑剂的物理性能和导流能力。物理性能主要考虑支撑剂粒度组成及分布、圆球度和表面光滑度、浊度、酸溶解度、密度、抗压强度。充填支撑剂的裂缝导流能力主要考虑短期导流能力和长期导流能力。