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等） 对其性能影响较大， 这对压裂支撑剂的研究提供了指导意义 。 ［ 20 ］ 铝矾土分生料和熟料两种， 以上研究是铝矾土生料在压裂支撑剂中的应用。李福洲等 将铝矾土煅烧后
发现矿物相由原来的一水硬铝石和高岭石变成刚玉假相和偏高岭石（ 非晶相） ， 由于刚玉假相和偏高岭石的高 ［ 21 ］ 活性， 使得轻烧铝矾土生料球煅烧过程中易于生成刚玉和莫来石， 烧结过程容易进行。刘云 以高铝矾土熟料 （ Al2 O3 含量为 81． 25wt% ） 、 PZ 复合烧结剂等为 工业废弃高铝质耐火砖为主要的组成原材料， 以棕刚玉、 硅灰、 结合粘土、
［ 1 ］ “页岩气革命” 随着美国 的爆发， 非常规油气藏的开发利用已引起国内外专家学者的关注 。非常规油气 ［ 2， 3 ］ 。根据 藏渗透率相对常规油气藏较低， 典型的非常规油气藏有致密气砂岩层、 煤层气层、 重油和气体页岩层 13 3 2011 年美国能源部信息署统计， 我国页岩气技术可采资源量有 3． 608 × 10 m ， 占全球总量的 19． 3% ， 居世界第 ［ 4 ］ 13 3 一 。据 2006 年国土资源部估算我国埋深小于 2000 m 的煤层气资源量约为 3． 68 × 10 m 。截至 2011 年 12 13 3［ 5 ］ 月， 中国煤层气累积探明地质储量为 4． 155 × 10 m 。尽管我国的石油天然气行业已取得一定成就， 但非常 ［ 4， 6 ］ 。 规油气藏产业的发展尚且还没有取得实质性进展， 所面临的最大技术难点之一就是水力压裂技术 ［7 ， 8 ］ 水力压裂 是石油天然气行业中用于油气井增产的一种有效措施， 其增产效果的好坏以及油气井的
）， 作者简介： 崔冰峡（ 1989女， 硕士研究生． 主要是做陶粒支撑剂材料等方面的研究． 通讯作者： 高 峰， 教授， 博士．
摘要： 水力压裂是应用于石油天然气行业中的一种有效增产措施 。 随着非常规油气藏的发展 ， 其已成为中国亟待 即用于支撑裂缝来提升油气藏渗透率的球 攻克的技术难点之一。而压裂支撑剂是水力压裂过程中的关键材料 ， 形颗粒。文章综述了国内外陶粒支撑剂的研究现状及发展的新趋势 ， 重点介绍了铝矾土基和高岭土基压裂支撑剂的研 究进展以及压裂支撑剂的制备工艺 。 关键词： 水力压裂； 支撑剂； 低密度 中图分类号： TQ174 文献标识码：i.issn1001-1625.2016.02.023 1625 （ 2016 ） 02045806 文章编号： 1001-
而高强度超低密度压裂支撑剂能够很好的满足这 资源的水力压裂作业对压裂支撑剂提出比常规压裂更高的要求 ， 一要求。使用低密度支撑剂不仅对压裂设备磨损小 ， 还能减少压裂液的使用， 以此来降低水力压裂成本。 油气井根据井深可分为浅井（ 500 ～ 1000 m） 、 中深井（ 1000 ～ 2500 m） 、 深井（ 2500 ～ 4000 m） 以及超深井 （ ＞ 4000 m） 四类。根据中石油勘探开发研究院对煤层气开发地质评价标准可知 ， 煤层气埋深一般在 300 ～
［12 ］ 1500 m 之间， 页岩气埋深在 4500 m 左右内， 如四川盆地古生界海相页岩气埋深在 900 ～ 5000 m 之间 。适
35 ～ 69 中深井、 深层井及超深井的支撑剂需要承受的闭合压力区间分布分别为 17 ～ 35 MPa、 用于浅层井、 ［13 ］ MPa、 69 ～ 103 MPa 及 103 MPa 以上 。 实际压裂中， 应根据不同油气井的详细情况选择正真适合的压裂支撑 剂。 2． 1 铝矾土基陶粒支撑剂 目前陶粒支撑剂主要是采用铝矾土为原料 ， 添加各种辅料经混料、 造粒、 干燥、 烧结及筛分等过程制备而 成。铝矾土基压裂支撑剂主要由刚玉 、 莫来石、 方石英和玻璃相组成。其中刚玉、 莫来石、 方石英的理论密度
剂的高强度提供了可能， 但是也因此提高了支撑剂的原料成本 。 使用 Al2 O3 含量较低的原料， 添加白云 等高温下能分解产生挥发性气体的添加剂可降低支撑剂的密度 。 使用铝矾土熟料制得的 ［20 ， 23 ］ 。 此外， 支撑剂相比铝矾土生料更能促进烧结过程的进行 高密度陶粒因其在近井地带容易快速沉降， 石 这会使更远处的裂缝上半部分不能得到一定效果填充 ， 为了尽最大可能避免影响增产效果还需采用高粘度携砂液。 可见在 保证强度的同时降低压裂支撑剂的密度对于降低压裂成本和提高压裂增产效率具有重大意义 。 2． 2 高岭土基陶粒支撑剂 随着低渗透油气藏增多以及非常规油气藏的勘探开发， 低密度支撑剂是未来压裂操作中的必然趋势。由 于高岭土（ 主要成分为高岭石， 其理论 Al2 O3 含量为 39． 5% ） 铝含量相对铝矾土较低， 且粘结性更好， 因而可选
3 3 69 MPa 辅料， 制备出了主晶相为刚玉的高强度陶粒支撑剂。其体积密度为 1． 81 g / cm ， 视密度为 3． 26 g / cm ， 下破碎率为 3． 19% 。 3 综上所述， 利用 Al2 O3 含量在 65wt% 以上的铝矾土制备出的陶粒支撑剂体积密度可达 1． 75 g / cm 以 3 ［14 ， 15 ］ 。虽然原料的高铝含量为支撑 上， 视密度可达 3． 1 g / cm 以上， 可满足闭合压力为 69 MPa 的压裂作业
陶粒支撑剂具有强度高、 圆球度高、 抵抗腐蚀能力强等优点， 目前已大范围的应用于油气田的压裂作业。 目前陶 ， 、 粒支撑剂多采用铝矾土和氧化铝为原料 添加软锰矿 白云石等添加剂制备而得。常规石油和天然气藏的水
3 力压裂中使用的陶粒支撑剂多数为高密度 （ 体积密度大于 1． 80 g / cm ） 、 中密度 （ 体积密度介于 1． 65 ～ 1． 80 3 3 g / cm ） 及低密度（ 体积密度介于 1． 30 ～ 1． 65 g / cm ） 的支撑剂； 低渗透油田、 煤层气藏及页岩气藏等非常规
晶相的铝矾土基陶粒支撑剂。其中在煅烧温度 1420 ℃ ，铬铁矿添加量 2wt% 时，制备出的烧结试样体积密 3 69 MPa 下的破碎率仅为 1． 8% ； 刘军等［15］以 Al2 O3 含量 67wt% 的铝矾土为主要的组成原材料， 度高达 1． 83 g / cm ， 白 云石为烧结助剂制备了主晶相为刚玉的高强度陶粒支撑剂 。当白云石添加量为 3wt% 时， 在 1350 ℃ 煅烧所 3 3 ［16 ］ 得样品 69 MPa 下的破碎率为 2． 9% ， 体积密度为 1． 75 g / cm ， 视密度为 3． 12 g / cm ； 田玉明等 采用铝矾土 （ 氧化铝含量为 65． 6% ） 和二氧化硅粉制备了莫来石石英质低密度陶粒支撑剂材料。 研究根据结果得出在煅烧 3 抗压强度为 13 ～ 23． 86 MPa， 显气 温度为 1400 ～ 1450 ℃ 范围内制备的支撑剂材料密度为 1． 78 ～ 1． 85 g / cm ，
层渗透性的球形颗粒， 是水力压裂作业中的关键材料。压裂支撑剂主要有天然石英砂和人造陶粒两类。 石 3 英砂体积密度较高（ 1． 6 g / cm 左右） ， 圆球度较低 （ 低于 0． 8 ） 且在 28 MPa 压力下开始破碎。 因此， 石英砂 难以满足闭合压力为 35 MPa 及以上的压裂作业。目前， 水力压裂中主要使用陶粒支撑剂 。我国陶粒支撑剂 的生产商大多分布在在河南、 山西、 宜兴、 成都、 贵州等地。 国外支撑剂生产商以美国 Carbo 公司和法国的 SaintGobain 公司为典型。
（ 1． 太原理工大学材料科学与工程学院 ， 太原 030024 ； 2． 山西省建筑材料设计研究院， 太原 030025 ）