如何选择适合的页岩气压裂支撑剂？

支撑剂是水力压裂压开裂缝后，用来支撑裂缝阻止它重新闭合的一种固体颗粒。它的作用是形成远高于储集层渗透率的支撑裂缝带，使流体在支撑剂中有较高的流通性，降低流动阻力，从而达到增产目的。

支撑剂自20世纪40年代末开始应用以来，已经历了半个多世纪的发展，所用的支撑剂大致可分为天然和人造两大类，前者以石英砂为代表，后者主要为烧结陶粒。50—60年代曾经使用过金属铝球、塑料球、核桃壳与玻璃球等，但由于其自身存在的缺点已被淘汰。60年代后，石英砂开始在国外的现场施工中得到应用，80年代初，我国在压裂中使用的支撑剂是兰州天然石英砂，该砂的技术指标是：体积密度1.62 g/cm3，视密度在2.62 g/cm3，28 MPa闭合压力下破碎率是12%～14%。80年代中期发展到用电熔喷吹铝矾石作为支撑剂，生产工艺是将高电压转换成低电压大电流，连接三根石墨电极形成的熔炉，先将铝矾石原材料直接加入炉中加热，待熔融后溢出，再在一定风压下将溢出的熔液吹散，最终制成产品。这一时期内在水力压裂中起到一定的作用，相比石英砂的技术指标要高出几倍。体积密度是2.00 g/cm3，视密度为3.33 g/cm3，60 MPa闭合压力下破碎率是6%～8%。该产品的缺点是体积密度高，粒径分布不均匀，但比石英砂导流能力要高几倍。在这同期，江苏东方支撑剂有限公司利用铝矾土和陶土，再添加二价金属离子，成功开发出烧结低密度低强度的支撑剂，生产工艺采用陶瓷烧结工艺，先将原料加工到250目细粉进行配料，再挤压造粒制成半成品，最后在隧道窑中（1 250～1 280℃）烧结24 h左右制成产品。产品的体积密度为1.58～1.62 g/cm3，视密度为2.60～2.80 g/cm3，在52 MPa闭合压力下破碎率是10%～14%。通过改进配方和工艺，目前在52 MPa闭合压力下破碎率是7.69%。20世纪90年代中期生产厂家利用生铝矾土添加铁离子和镁离子，磨成250～280目细粉，采用糖衣锅喷雾干法造粒，装入匣钵放入倒烟窑（1 350～1 380℃）中烧结而成，高温烧成时间70 h。产品指标是：体积密度为1.70～1.75 g/cm3，视密度为3.10～3.33 g/cm3，52 MPa闭合压力下破碎率为15%～18%。随着技术的发展，人们对支撑剂质量的重视，都在改变生产工艺，建成了各种长度不同的技术先进的隧道窑，以减少烧结温度的温差，改变配方技术，精心选择了原材料，优选金属相二价离子和非金属二价离子的添加剂技术，弥补了原材料理化指标不足，生产出高技术指标的支撑剂。目前我国支撑剂生产厂家已达30多家，产品都是中等密度中等强度的支撑剂，体积密度是1.70～1.75 g/cm3，视密度为3.10～3.30 g/cm3，52 MPa闭合压力下破碎率为8%左右；中等密度高强度支撑剂技术指标是：体积密度是1.70～1.75 g/cm3，视密度为3.20～3.40 g/cm3，69 MPa闭合压力下破碎率为8%左右；高密度高强度技术指标是：体积密度是1.85～1.90 g/cm3，视密度为3.30～3.40 g/cm3，86 MPa闭合压力下破碎率为10.0%左右。上述指标同国外同类产品相比已达到先进水平，如69 MPa闭合压力下导流能力为45～60 μm2·cm。(www.xing528.com)

国外的支撑剂厂家以美国卡博公司为例，目前其技术及产品质量在国际上处于领先水平。他们采用回转窑生产设备（回转窑的长度约40多米），使用了先进的流化床设备造粒，半成品密实度好，表面光滑度高，产品烧结温度1 600℃，烧结时间4～5 h。原材料采用低铝矾土和黏土，开发出的CARBOECONOPROP产品技术指标为：体积密度为1.55～1.58 g/cm3，视密度为2.66～2.72 g/cm3，52 MPa闭合压力下破碎率是12%左右。随后又研制了CARBOLITE产品来代替CARBOECONOPROP产品，该产品技术指标为：体积密度为1.62～1.65 g/cm3，视密度为2.60～2.80 g/cm3，52 MPa闭合压力下破碎率是7.5%。在上述产品基础上，相继又开发了中等强度的CARBOPROP和高强度CARBOHSP产品：其中中等强度的CARBOPROP产品技术指标为：体积密度为1.97 g/cm3，视密度为3.28 g/cm3，69 MPa闭合压力下破碎率为3.6%；高强度CARBOHSP产品技术指标为：体积密度为2.04 g/cm3，视密度为3.42 g/cm3，在69 MPa和86 MPa闭合压力下破碎率分别为1.06%和2.3%。虽然这两种产品从体积密度来看都很高，但在高闭合压力下破碎率都很低。目前，该公司以生产CARBOLITE和CARBOPROP产品为主，而CARBOHSP产品则根据需要进行生产。