支撑剂

支撑剂是水力压裂时地层压开裂缝后，用来充填裂缝阻止裂缝重新闭合的一种固体颗粒。它的作用是在裂缝中铺置排列后形成支撑裂缝，从而在储集层渗透率的支撑裂缝带，使流体在支撑裂缝中有较高的流通性，减少流体的流动阻力，达到增产、增注的目的。

一、支撑剂的种类和作用

目前常用的支撑剂大致可分为天然和人造的两类，天然的为石英砂，人造的为陶粒。

（一）石英砂

石英砂多产于沙漠、河滩或沿海地带。如国内有兰州砂、承德砂、内蒙砂等。天然石英砂的主要化学成分是氧化硅，同时伴有少量的氧化铝、氧化铁、氧化钾、氧化钠等成分。

一般石英砂的密度视密度为2.65g/cm³左右，体积密度为1.70 g/cm³，承压20～34MPa。

（二）陶粒

人造陶粒主要是由铝矾土烧结或喷吹而成的，它具有较高的抗压强度，一般划分为中等强度和高等强度两种陶粒支撑剂。

中等强度陶粒支撑剂是由铝矾土或铝质陶土制造的，视密度为2.7～3.3g/cm³。其质量分数为46%～77%，硅质含量为12%～55%，还有不到10%的其它氧化物。可承压55～80MPa。 高强度陶粒支撑剂是由铝矾土或氧化锆等材料制成，视密度约为3.4g/cm³或更高。其化学组成为：氧化铝为85%～90%，氧化硅为3%～6%，氧化铁4%～7%，硅酸氧化锆、氧化钛3%～4%。可承压100MPa。

（三）树脂砂

树脂砂是将树脂薄膜包裹到石英砂的表面上，经热固处理而成。它的视密度为2.55g/cm³，略低于石英砂。在低应力下，树脂砂的性能与石英砂相近，但在高应力下，树脂砂的性能远优于石英砂。中等强度低密度或高密度的树脂砂能承压50～70MPa。树脂砂可分为固化砂和预固化砂。固化砂在地层的温度下固结，这对防止压后吐砂有一定的效果。预固化砂在地面已经形成完好的树脂薄膜包好的砂子，象一般的加砂一样，随携砂液进入裂缝。

二、技术指标

支撑剂的技术性能指标主要包括：支撑剂的粒径范围、球度、圆度、密度、酸溶解度、浊度和抗破碎能力。

（一）支撑剂的粒径范围

支撑剂的粒径范围可分为0.45～0.224mm，0.9～0.45mm，1.25～0.9mm三种不同的规格。

落在公称粒径范围内的样品质量，不应低于样品总质量的90%；小于支撑剂下限的样品质量不应超过样品总质量的2%，大于顶筛的支撑剂样品质量不应超过样品总质量的0.1%；落在支撑剂下限筛子上的样品质量不应超过样品质量的10%。

（二）支撑剂的球度和圆度

天然石英砂的球度、圆度应大于0.6，人造陶粒的球度、圆度应大于0.8。

（三）支撑剂的酸溶解度

各种粒径的支撑剂允许的酸溶解度值应符合下表，天然石英砂和陶粒的酸溶解度值应符合同一标准。

（四）支撑剂的浊度

支撑剂的浊度值不应高于100NTU或100度。

三、应用条件

石英砂和陶粒的主要差别在于抗破碎能力，在闭合压力在30MPa以下时，石英砂和陶粒均可以满足施工要求，而闭合压力达到40MPa以上时，只能采用陶粒支撑剂，根据此原则，结合大庆油田不同深度地层的闭合压力情况，确定了以下的支撑剂应用条件：

（１）对于深度小于1600m，闭合压力小于28MPa的地层，施工时采用石英砂作为支撑剂。其中深度小于1200 m，闭合压力小于24MPa的地层，可采用粒径为0.9～1.25mm的石英砂；深度在1200 m～1600m，闭合压力20～27MPa的地层，首选粒径为0.45-0.9mm的石英砂，也可以用0.9～1.25mm的石英砂。

（２）地层深度为1600m～1900 m，闭合压力为27～33MPa的地层，施工时可采用0.9～1.25mm陶粒；也可以采用0.45～0.9mm的石英砂，尾追部分同粒径的陶粒。

（３）地层深度为1900 m～2400 m，闭合压力为33～40MPa的地层，应全部应用陶粒施工，0.45～0.9mm、0.9～1.25mm粒径的陶粒均可以使用。

（４）地层深度大于2400 m，闭合压力大于40MPa的地层，应全部使用0.45～0.9mm的高强度陶粒。