Разгадка технологии гидроразрыва пласта: роль керамических песчаных поддерживающих агентов
2026-05-21
В процессе добычи нефти и природного газа глубоко залегающие месторождения часто трудно эффективно осваивать из‑за плотных пород и низкой проницаемости. Чтобы преодолеть этот барьер, была разработана технология гидроразрыва пласта; при этом керамический песчаный поддерживающий материал, являясь ключевым компонентом этой технологии, благодаря своим уникальным свойствам превращается в «невидимого героя», способствующего росту добычи углеводородов. Сейчас мы приглашаем вас заглянуть в мир нефтяного гидроразрыва и раскрыть тайны керамического песчаного поддерживающего материала.
1. Гидроразрыв пласта: «ключ» к открытию нефтегазовых каналов
Гидроразрыв пласта — это технология, при которой под высоким давлением вводится водная или химическая разрывная жидкость, что приводит к образованию трещин в подземных породах. Принцип её действия схож с резанием камня водяным струёй под высоким давлением: когда разрывная жидкость со сверхвысокой скоростью закачивается в скважину, давление у её основания быстро возрастает; превысив предел прочности породы, трещины «разрываются» в наиболее слабых зонах. Однако одного лишь создания трещин недостаточно для долгосрочного повышения добычи: если после остановки закачки трещины вновь закроются под действием пластового давления, все предварительные усилия окажутся напрасными. В этом случае особенно важна роль поддерживающих агентов: они вместе с разрывной жидкостью проникают в трещины и, словно «миниатюрные домкраты», застревают между породами, препятствуя их смыканию и формируя постоянные каналы с высокой пропускной способностью, по которым нефть и газ беспрепятственно поступают в скважину.
II. Керамзитовый песок‑поддержка: выдающийся «хранитель трещин»
Керамический песок‑поддержка — это искусственные керамические гранулы, изготовленные из бокситов в качестве основного сырья и полученные путём высокотемпературного спекания. По сравнению с традиционным кварцевым песком он обладает четырьмя ключевыми преимуществами:
1. Высокая прочность и термостойкость: прочность на сжатие керамзитового песка достигает свыше 86 МПа, он выдерживает температуры выше 150 °C и сохраняет структурную стабильность даже в условиях сверхвысокого давления на больших глубинах. Например, при гидроразрыве пласта сланцевой нефти на месторождении Чанцин трещины, поддерживаемые керамзитовым песком, по прошествии трёх лет сохраняют более 80 % пропускной способности.
2. Низкая плотность и высокая проницаемость: благодаря оптимизации состава плотность керамзитового песка может быть снижена до 1,65 г/см³, что близко к плотности воды, что уменьшает сопротивление при транспортировке жидкости для гидроразрыва; одновременно его сферическая структура повышает проницаемость трещин более чем на 30%.
3. Устойчивость к разрушению и коррозии: при закрытом давлении степень дробления керамзитового песка составляет менее 5%, а степень растворимости в кислотах — всего 3–5%, что значительно превышает отраслевые стандарты, что эффективно продлевает срок службы нефтяных и газовых скважин.
4. Экологические характеристики: в процессе производства керамзитового песка можно добавлять марганец, что позволяет снизить температуру спекания и уменьшить энергопотребление; при этом его химическая стабильность исключает загрязнение подземных вод.
Технические инновации: от «заполнения швов» до «точного распределения песка»
Применение керамзитового песка — это не просто заливка, а необходимость точного проектирования с учётом технологии гидроразрыва пласта. Например, при многоступенчатом гидроразрыве в горизонтальных скважинах инженеры, исходя из особенностей пластовых условий, применяют стратегию «сегментированного распределения песка»:
На ранней стадии применяется фракционный жидкость низкой вязкости, которая транспортирует керамические пески мелкой фракции (0,1–0,3 мм) в глубь удалённых участков трещин, формируя базовую поддерживающую сеть;
В последующей стадии производится переключение на жидкость с высокой вязкостью; крупнозернистый керамзитовый песок (0,4–0,8 мм) осаждается вблизи ствола скважины, что позволяет за счёт динамической ширины трещин обеспечить более высокую проницаемость.
Такой способ укладки песка — сначала на дальних участках, затем на ближних, сначала мелкозернистого, затем крупнозернистого — позволяет повысить пропускную способность трещин более чем на 50%. Кроме того, появление покрытого смолой керамзитового песка позволило ещё раз преодолеть технологический барьер: благодаря нанесению на поверхность керамзита смолы или полимера его прочность возрастает на 20%, а также он выдерживает более высокое давление закрытия, что делает его пригодным для разработки сверхглубоких скважин (более 5000 м).
III. Сферы применения: полный охват — от традиционных до нетрадиционных углеводородов
Керамзитовый песок в качестве поддерживающего агента широко применяется при разработке различных нефтяных и газовых месторождений:
Традиционные нефтяные и газовые месторождения: в сверхглубоких скважинах Таримского бассейна трещины, поддерживаемые керамзитовым песком, позволили увеличить суточную добычу с 5 до 20 тонн на одну скважину, а коэффициент извлечения — на 15%.
Разработка сланцевого газа: в скважинах сланцевого газа Сычуаньского бассейна сочетание керамзитового песка с технологией химической временной блокировки и направленного гидроразрыва позволило многократно расширять трещины, а совокупная добыча одной скважины превысила 100 млн кубических метров.
Конденсированные нефтяные месторождения: в бассейне Ордос применение низкоплотного керамзитового песка (плотность < 1,5 г/см³) позволило сократить расход гидроразрывной жидкости на 30% и снизить эксплуатационные затраты на 25%.
IV. Перспективы отрасли: двойное воздействие — зелёного и высокой эффективности
По мере роста мирового спроса на энергию и реализации целей «двойной углеродной нейтральности» керамзитовый песок‑проппант развивается в направлении повышения эксплуатационных характеристик и экологической устойчивости. Например, использование промышленных твёрдых отходов — таких как марганцевые шлаки и угольные отвалы — для замещения части бокситов позволяет снизить затраты и одновременно обеспечить循环 использования ресурсов; наномодифицирующие технологии позволяют повысить проницаемость керамзитового песка свыше 100 D (Дарси), что отвечает требованиям разработки сверхнизкопроницаемых нефтяных месторождений. Согласно прогнозам рынка, к 2030 году объём глобального рынка высокопроизводительного керамзитового песка достигнет 5 млрд долларов США при среднегодовом темпе роста свыше 8%.
От глубоких скважин до сланцев, от традиционных кадров до нетрадиционных — керамический песчаный поддерживающий материал с помощью «маленьких гранул» открывает путь к «большой энергии». Он является не только ключевым элементом технологии гидроразрыва пласта, но и плодом человеческой мудрости, позволившим преодолеть геологические ограничения и осуществить экологически чистую разработку. В будущем, по мере глубокого взаимодействия материаловедения и технологий гидроразрыва, этот «керамический микрогранул» непременно придаст ещё более мощный импульс глобальной энергетической безопасности.
Связанные статьи
Свяжитесь с нами
Адрес: деревня Лунчжуан, город Цзючэн, уезд Пиндин, город Янцюань, провинция Шаньси




