第一節(jié) 高強(qiáng)度石油壓力支撐劑生產(chǎn)工藝流程 分析

高強(qiáng)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(shí)間0.5～5小時(shí)，燒制得成品。制造出來(lái)的產(chǎn)品抗壓強(qiáng)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(qiáng)度高，圓球度好，工藝簡(jiǎn)單，制作成本低的特點(diǎn)?？捎糜谔樟Ｖ蝿┑纳a(chǎn)中。

超強(qiáng)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(zhǎng)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(guò)篩，混合攪拌均勻，在制粒機(jī)中經(jīng)水氣霧化滾動(dòng)成球，停止加霧化水氣，然后，再加入湖精，轉(zhuǎn)動(dòng)，過(guò)篩，在遂道窯中，經(jīng)高溫?zé)Y(jié)而成。實(shí)驗(yàn)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(qiáng)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。基、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(dòng)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(shí)燒到得本產(chǎn)品。本發(fā)明制造出來(lái)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(qiáng)度高、視密度高、圓球度好、工藝簡(jiǎn)單、制作成本低、資源利用率高、能耗低等特點(diǎn)，可用于制造高強(qiáng)度高密度陶粒支撐劑的生產(chǎn)。

第二節(jié) 國(guó)外高強(qiáng)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(duì)全世界范圍的石油開(kāi)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(kāi)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(kāi)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(guò)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(guó)際上（如美國(guó)）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(lái)源困難，加工工藝復(fù)雜，且能耗大、成本高。

第三節(jié) 我國(guó)高強(qiáng)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(diǎn)和挑戰(zhàn)

正如在我國(guó)石油工業(yè)“十五” 規(guī)劃 報(bào)告指出的一樣：現(xiàn)在我國(guó)石油工業(yè)面臨的形勢(shì)是新區(qū)勘探開(kāi)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(duì)酸化壓裂措施的認(rèn)識(shí)不夠。同時(shí)，增產(chǎn)措施改造的對(duì)象越來(lái)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(gè)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(méi)有任何一種成份在主導(dǎo)地位。典型的代表是玉門(mén)酒西盆地的清溪油田，該油田儲(chǔ)量高、品位好，但是儲(chǔ)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(qiáng)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(duì)這類(lèi)儲(chǔ)層多為低效或無(wú)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(diǎn)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(shí)間短，酸蝕作用距離短。

3）低滲、低壓、低產(chǎn)、低豐度“四低”儲(chǔ)層

如中石油的長(zhǎng)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(lèi)似的這種儲(chǔ)層在我國(guó)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(kāi)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(lèi)油田酸化壓裂最大的問(wèn)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(lèi)油田有被譽(yù)為“南方海相勘探之光”的普光氣田（儲(chǔ)量高達(dá)1144億立方米）；580億立方米的羅家寨氣田。這兩個(gè)氣田的含硫量都在10%—12%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)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(shí)，高含硫還會(huì)加大鉆、采、集、輸、外運(yùn)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(chǎng)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(kāi)地層，酸液不能進(jìn)入，對(duì)設(shè)備的損害比較大。

7）縫洞型、裂隙型碳酸鹽巖

我國(guó)“九五” 規(guī)劃 最大的整裝油田——塔河油田就是這類(lèi)油田的代表。塔河油田560萬(wàn)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?yàn)檫@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(lèi)油田由于稠油的流動(dòng)性差，向井流動(dòng)困難，導(dǎo)致初期增產(chǎn)效果差或無(wú)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(guó)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(wèn)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(wèn)題主要是酸液的均勻置放和長(zhǎng)時(shí)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(lèi)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(gè)層位，同一個(gè)地方，區(qū)別于常規(guī)的認(rèn)為的第一次壓裂無(wú)效后的再壓裂或是壓開(kāi)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(chǔ)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(kāi)的時(shí)機(jī)，新縫的壓開(kāi)總是發(fā)生在最大最小應(yīng)力場(chǎng)改變時(shí)。

3）高含硫油田

目前國(guó)外常用的方法是用互溶劑吸收生成的單質(zhì)硫。現(xiàn)在又提出了“雙管齊下”的解決辦法：即同時(shí)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(qiáng)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(qiáng)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。現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐表明，通過(guò)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(jì)壓開(kāi)裂縫條數(shù)，優(yōu)選裂縫長(zhǎng)度。以前的觀點(diǎn)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(diǎn)：

傳統(tǒng)觀念認(rèn)為碳酸鹽巖水力壓裂會(huì)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(méi)有形成導(dǎo)流能力等原因，經(jīng)典教科書(shū)上都不推薦采用酸壓?，F(xiàn)場(chǎng)作業(yè)已經(jīng)大大地挑戰(zhàn)了上述傳統(tǒng)觀點(diǎn)，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(chǔ)層的酸壓都取得了不錯(cuò)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(guó)內(nèi)高強(qiáng)度石油壓力支撐劑生產(chǎn)設(shè)備簡(jiǎn)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(guó)內(nèi)高強(qiáng)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(shí)也促進(jìn)了人們對(duì)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(lái)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(yùn)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(guó)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(guó)CARBO公司為代表的支撐劑生產(chǎn)最大的廠家，堪稱(chēng)是技術(shù)力量雄厚，其技術(shù)及產(chǎn)品質(zhì)量目前在國(guó)際上處于領(lǐng)先水平，是專(zhuān)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(zhǎng)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(shí)度好，表面光滑度高。

目前，石油支撐劑產(chǎn)品在國(guó)內(nèi)處于起步階段，大多數(shù)廠家只能生產(chǎn)中、低強(qiáng)度的產(chǎn)品，大多數(shù)造粒設(shè)備是用幾十臺(tái)糖衣機(jī)。然而，高強(qiáng)度石油壓裂支撐劑生產(chǎn)企業(yè)也開(kāi)始采用國(guó)際先進(jìn)的燒結(jié)設(shè)備—回轉(zhuǎn)窯燒結(jié)法?；剞D(zhuǎn)窯在高強(qiáng)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(guó)高強(qiáng)度石油壓力支撐劑生產(chǎn)設(shè)備技術(shù)研發(fā)動(dòng)態(tài)

宜興市正大陶瓷機(jī)械有限公司，近幾年開(kāi)發(fā)的石油支撐劑（陶粒）生產(chǎn)成套設(shè)備，專(zhuān)利設(shè)計(jì)的年產(chǎn)1.5萬(wàn)噸-3萬(wàn)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(guó)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(píng)。

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