中國粉體網訊
北美地區(qū)石英砂支撐劑應用新理念
當前，北美地區(qū)各油公司和油服公司共同致力于“提高單井產量和降低建井成本”，其中鉆完井成本為400萬～800萬美元，平均為650萬美元，壓裂成本占比達60%。而在壓裂成本中材料構成是關鍵，壓裂液成本和支撐劑成本最高分別占到鉆完井成本的19%和25%，特別是支撐劑因素，成為降低成本的重要挖潛對象。
2014年以來，北美地區(qū)通過技術及管理創(chuàng)新，采用石英砂替代陶粒、就近建砂廠等方式，大幅降低了水力壓裂工程作業(yè)成本，助推了非常規(guī)油氣經濟高效開發(fā)�；凇敖洕鷫蛴谩崩砟睿脙r格低的石英砂（約120美元/t）替代陶粒（約480美元/t），目前北美地區(qū)支撐劑中石英砂占比已達96%，經濟成本優(yōu)勢巨大。另外，小粒徑石英砂成為北美地區(qū)支撐劑使用主流，2018年北美地區(qū)開采頁巖氣所用的40/70目和100目兩種細砂之和約占所用支撐劑總量的70%以上，其中二疊盆地所用支撐劑中，細粒石英砂從2015年開始占據主導地位，2019年40/70目與100目的細砂占比為80%，在3500m以深的深層100目石英砂占比已超68.6%。
圖1 2008—2019年北美地區(qū)頁巖氣支撐劑粒徑分布
北美地區(qū)油氣公司采取砂源本地化策略，大量使用石英砂的同時，積極在油田周邊尋找砂源，就近建砂廠，實現(xiàn)石英砂本地化，降低成本。以美國二疊盆地為例，2019年使用當?shù)攸S砂作為支撐劑的壓裂井井數(shù)為1548口，占比為60%。通過本地化砂廠建設，石英砂價格由180美元/t下降到50美元/t，節(jié)省了2/3以上的長途運輸費用，僅于2018年已累計節(jié)省支撐劑費用達22億美元，經濟效益顯著。
通過石英砂替代陶粒、本地化砂廠的持續(xù)推進，北美地區(qū)非常規(guī)油氣產量保持高速增長，“砂量換油（氣）量”成效突出，石英砂推廣應用理念進一步被證實。統(tǒng)計Bakken油田頁巖氣井累計產量可知，分別采用100%石英砂、55%覆膜石英砂+45%石英砂、55%陶粒+45%石英砂3種支撐劑壓裂施工中，其中以55%覆膜石英砂+45%石英砂作為支撐劑施工的井初期產量最大。生產一年后，各井產量逐步趨于穩(wěn)定，并較為接近，說明使用陶粒支撐劑裂縫導流能力較高，但成本高；使用石英砂支撐劑裂縫導流能力雖然較低，但成本低，且石英砂支撐劑同樣可以滿足頁巖氣井長期生產的需求。
中國石英砂支撐劑品質評價
中國天然石英砂支撐劑主要分布在新疆陸梁、蘭州安寧、寧夏青銅峽、河北圍場、內蒙古赤峰和通遼等地，常見的粒徑規(guī)格為20/40目、30/50目、40/70目和70/140目。石英砂的礦物成分及晶體結構為砂源地固有屬性，提高天然石英砂支撐劑質量的關鍵是控制成品砂的粒徑分布及砂表層處理工藝。支撐劑粒徑分布不僅影響破碎率，而且更重要的是影響支撐劑充填層的導流能力，同一規(guī)格不同粒徑分布的石英砂導流能力變化較大。
全面評價中國六大主要砂源地220組不同規(guī)格樣品性能，同時評價北美地區(qū)代表性砂源，與美國實驗室開展平行測試。結果表明：中國石英砂為多晶/ 單晶混合物、圓球度大于或等于0.6，國內40/70目和70/140目石英砂破碎等級可達4K、5K（對應壓力為28MPa、35MPa），與美國通用黃砂（得克薩斯州Brady砂）相當，破碎率基本接近，堅定了國內石英砂應用推廣。
國內石英砂砂源本地化新進展
中國目前已投入開發(fā)的壓裂用石英砂主要分布于寧夏青銅峽、河北圍場、內蒙古赤峰和通遼等地區(qū)，同屬北方風成砂，而中國石油非常規(guī)油氣資源主要集中于南方四川、西北新疆和長慶等地區(qū)，石英砂生產成本約為260元/t，而北方石英砂運輸?shù)剿拇ā⑿陆鹊氐倪\輸成本約為450～700 元/t，如能實現(xiàn)砂源本地化，將極大降低支撐劑成本。
借鑒北美地區(qū)油氣公司砂源本地化策略，針對中國非常規(guī)油氣重點開發(fā)的準噶爾、鄂爾多斯和四川三大盆地，中國石油組織相關單位在四川、陜西、內蒙古、新疆等地開展51個不同地區(qū)砂源地考察、取樣、測試分析、出品率評價等工作，為石英砂本地化打下了堅實的物質基礎。評價結果表明：①新疆石西地區(qū)風成砂品質較新疆其他地區(qū)好，主要優(yōu)勢為距離油區(qū)近、運輸費用低，基本可滿足瑪湖致密油區(qū)塊及吉木薩爾頁巖油區(qū)塊產能建設需求；②鄂爾多斯盆地內砂源以風成砂為主，主要位于青銅峽、定邊周邊，距離長慶隴東致密油區(qū)近，砂源品質較好，能滿足長慶油田和延長油田致密油氣壓裂需求；③四川地區(qū)砂源主要以石英砂礦礦砂為主，石英含量高，其中江油、青川地區(qū)70/140 目粉砂與現(xiàn)場在用石英砂破碎率和導流能力相當，基本滿足頁巖氣淺層壓裂需求；④長江流域40/70 目和70/140目河道砂在35MPa閉合應力下破碎率普遍高于30%，不能滿足現(xiàn)場水力壓裂施工需求。
目前，新疆石西地區(qū)已建成50×104t/a 規(guī)模的現(xiàn)代化石英砂廠，已初步完成長慶騰格里和鄂托克前旗兩個50×104t/a規(guī)模砂廠的建設論證工作，推進了中國石油本地化砂廠建設，為支撐劑長遠自供提供了保障。本地化石英砂廠的建成將成為新疆油田、長慶油田支撐劑的重要補充，大幅度緩解支撐劑供應短缺問題，同時也將推進國內石英砂砂廠標準化建設，提升石英砂質量標準。
石英砂推廣試驗成效
在可行性評價研究的基礎上，強化頂層設計，有序開展頁巖氣、致密油石英砂替代陶粒對比先導試驗，創(chuàng)建鄂爾多斯、準噶爾瑪湖等地區(qū)石英砂推廣應用六大示范區(qū)。石英砂用量由2015年的65×104t提高到2019年的275×104t，占比由不足46% 增加到69%，年節(jié)約成本達到20億元以上。如跟蹤分析新疆瑪湖油田50余口石英砂試驗井與陶粒對比井初期與長期（2年以上）的產量動態(tài)，目前結果表明：石英砂試驗井與陶粒對比井日產量及累計產量基本相當，而與陶粒對比井相比，石英砂試驗井單井成本節(jié)約135萬～348萬元，百萬噸產能降低成本達3億元以上，充分證明了石英砂替代陶粒有效可行，展示出廣闊的經濟效益前景。
預計未來5年內，年均改造井次將達4.5萬～5.5萬次，支撐劑用量將達（500～600）×104t/a，石英砂支撐劑需求量將是目前的2.5倍。以西南頁巖氣為例，預計到2025年擬新建水平井約1800 口，按目前平均單井支撐劑用量（約2700t規(guī)模）和當前核算價格( 石英砂成本約1100元/t，陶粒成本約2200元/t)，預計累計支撐劑投資約110億元。若采用石英砂替代陶粒，投資成本有望降到60億元以內，降幅超40%；若實現(xiàn)砂源本地化后，成本有望進一步降低，這對實現(xiàn)低品位資源的低成本、高效開發(fā)意義重大。基于以上研究和認識，為進一步提升石英砂降本增效，未來應持續(xù)擴大石英砂在四川頁巖氣，以及鄂爾多斯、新疆、松遼等致密油氣的應用規(guī)模，加強石英砂推廣應用與就近砂廠建設，提高中國石英砂品質，保障國內油氣低成本開發(fā)。
（中國粉體網編輯整理/茜茜）
注：圖片非商業(yè)用途，存在侵權請告知刪除！
