[00884810]利用工矿固体废弃物制备高性能油气压裂支撑剂关键技术及产业化

石油压裂陶粒支撑剂是一种铝硅酸盐陶瓷微球，属于无机非金属材料领域。中国页岩气可采资源量约为36万亿m³，居世界首位，开发页岩气资源是中国的重要能源战略。页岩气是以吸附或游离状态存在于泥岩、页岩及粉砂质岩类夹层中的非常规天然气，不采用水力压裂技术，页岩气就无法开采。由于页岩气的储存特点，水力压裂过程则要求低密度高强度的支撑剂。然而，低密高强支撑剂的生产技术和市场都被西方发达国家所占领。为了打破国外垄断，满足中国页岩气行业的迫切需求，该项目以工矿固体废弃物为主要原料，通过技术创新，研制生产了低成本高性能石油压裂支撑剂。该项目的主要创新性成果包括：1)发明了以焦宝石尾矿、煤矸石、废氧化铝吸附剂等固体废弃物为主要原料的系列石油压裂支撑剂配方体系，通过提高支撑剂中针状莫来石晶粒含量，解决了制备低密高强支撑剂的关键技术。2)自主开发了低质原料的均化、粉体制备和成球工艺，并通过回转窑结构和自动进料系统设计，解决了利用固体废弃物产业化生产的工艺技术难题。3)自主设计建造了吨级均化料仓、具有吸尘机构的成球机、筛分设备和烘干-烧成一体化回转窑等支撑剂专业化生产设备，设计建设了8条生产线，实现自动化清洁生产。经美国Stim-Lab、中石化工程检测中心和中石油勘探开发研究院测试，技术指标均达到并优于石油天然气行业标准(SY/T5108-2014)要求。其中，体积密度1.40-1.55g/cm³产品，在69MPa闭合压力下的破碎率和长期导流能力分别为1.7-4.4%、913-1511md-ft。鉴定意见认为：项目成果整体技术达到国际先进水平，其中部分低密度压裂支撑剂的抗破碎和长期导流能力达到国际领先水平。该项目低密高强支撑剂在压裂技术中应用，可大幅提高压裂液的携砂能力，从而提高压裂效率和油气产量；同时会减少对储层的伤害，提高压裂液的二次使用效率，减少压裂液的环保处理费用。该项目支撑剂可与低粘度清洁型压裂液配合使用，在相同压裂压力下可极大提高造缝能力，有利于页岩气的开采。该项目已获得授权国家发明专利8项、实用新型专利4项、计算机软件著作权1件。项目实施以来，实现销售收入10.3亿元，利税4.5亿元。产品在江汉、胜利、中原油田等大型油气田场得到规模化应用。在江汉油田137口井常规水力压裂应用的统计数据表明，在同等造缝规模下，单井压裂液用量降低35m³，成功率提高1.6%，砂比提高2.7%，单井年增油264吨。在涪陵国家级页岩气开发示范区的应用结果表明，单井的页岩气产量提升40%以上。项目产品已在美国斯伦贝谢、利伯特、哈里伯顿等公司、阿根廷玛丽莎公司以及墨西哥国家石油公司的油气开采中应用。该项目促进了固体废弃物的资源化利用，降低了生产成本，解决了固体废弃物堆积占地和污染环境问题，节约资源，促进循环经济发展，具有显著的社会效益。项目产品产业化生产和装备自主制造，打破了国外技术封锁和市场垄断，对中国支撑剂制造业和页岩气、石油行业的技术进步具有极大的促进作用。