蔡 克，薛 凱，陳奮華，靳 權(quán)，宋恩鵬，康紅勃

(1.中國石油集團工程材料研究院有限公司 陜西 西安 710077； 2.中國石油長慶油田分公司 陜西 西安 710016；3.西安高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)開發(fā)區(qū)環(huán)境保護局 陜西 西安 710065)

0 引 言

隨著人類能源需求持續(xù)增長和油氣儲量的逐漸減少，能源供需矛盾不斷加劇[1-2]，如何高效開采非常規(guī)儲層油氣成為解決問題的方法之一。非常規(guī)儲層油氣包括油砂、頁巖氣、頁巖油、煤層氣、致密油氣和天然氣水合物，它們具有孔隙率低、滲透率極低、連通性差和總有機物含量高的特點[3-5]。其中，頁巖氣是天然氣的重要來源之一[2-5]。有關(guān)報道表明，頁巖氣開采是一項改變了全球能源供需格局的能源革命，掀起了全球頁巖氣開發(fā)大潮[1-5]。然而，由于頁巖氣孔隙度較低(約為4%～12%)、孔喉狹窄(直徑約為10～15 μm)、滲透率低(6～12 μm2)，使油氣藏很難從儲層中開采出來。使用先進的開采技術(shù)，將低滲透油氣藏從儲層中“擠”出來，才能實現(xiàn)經(jīng)濟增產(chǎn)和增效[3-6]。

本文主要就近年來廣泛關(guān)注的油氣開采用功能壓裂支撐劑(以下簡稱功能支撐劑)進行論述，說明了功能支撐劑的合成方法，展望了功能支撐劑的應(yīng)用前景，指出了相關(guān)研究和應(yīng)用中有待解決的問題，以期對這一新興領(lǐng)域的發(fā)展有所啟示。

1 油氣開采用功能壓裂支撐劑的概況

近年來，研究者和石油工程師們發(fā)現(xiàn)，水力壓裂技術(shù)是開發(fā)頁巖氣的重要技術(shù)[4-6]。這項技術(shù)利用地面高壓泵組，通過井筒向儲層注入大排量、高粘度液體，由于流體產(chǎn)生的巨大壓力，造成儲層形成人工裂縫。進一步注入攜帶油氣壓裂用支撐劑(以下簡稱支撐劑)的液體，利用支撐劑的力學(xué)作用，形成具有一定尺寸的高導(dǎo)流能力的連通裂縫，進而使低滲透油氣順利通過裂縫流入井中，達到增產(chǎn)和增效的目的，如圖1所示[7]。因而，水力壓裂技術(shù)是提高油氣層中流體流動能力的儲層改造技術(shù)。

圖1 水力壓裂技術(shù)形成裂縫示意圖

研究表明[8]，支撐劑的物理和化學(xué)性質(zhì)在維持人工裂縫的傳導(dǎo)性、保證油氣產(chǎn)量方面起到了關(guān)鍵作用。使用支撐劑能夠保持裂縫尺寸和幾何形狀；未使用支撐劑的裂縫難以保持，通常會形成微裂縫或裂縫閉合，難以實現(xiàn)油氣導(dǎo)流[8-9]，如圖2所示。水力壓裂技術(shù)采用的支撐劑是一種小尺寸的固體材料[10]。按照種類可將支撐劑劃分為天然支撐劑、陶粒支撐劑和覆膜支撐劑。天然單晶和多晶產(chǎn)物可作為天然支撐劑，如沙子和碎石等，它們具有經(jīng)濟、密度低、便于施工等優(yōu)點，但其強度低、破碎率高、圓球度差，降低了其對油氣的導(dǎo)流能力[3,10]。采用鋁釩土等為主要原料的陶粒支撐劑，以其高強度、破碎率低、圓球度高、耐腐蝕和成本較低等優(yōu)勢，在油氣田應(yīng)用較為廣泛[11]。覆膜支撐劑是指在前兩種支撐劑表面涂覆有機物薄膜，形成復(fù)合支撐劑，這種支撐劑具有圓球度高、破碎率低、耐腐蝕性強和導(dǎo)流能力好等優(yōu)點，但因成本高、制備工藝復(fù)雜，其應(yīng)用受到了一定的限制[12]。

圖2 使用和未使用支撐劑產(chǎn)生裂縫的對比示意圖

上述三種支撐劑(以下稱為傳統(tǒng)支撐劑)以其各自的優(yōu)勢和特點應(yīng)用在不同領(lǐng)域，然而隨著開采難度不斷增大，新的科學(xué)和技術(shù)問題不斷出現(xiàn)，支撐劑現(xiàn)有的結(jié)構(gòu)功能難以滿足需要。功能支撐劑是由傳統(tǒng)支撐劑發(fā)展起來的，具有特殊用途、應(yīng)用在特殊工況的一類支撐劑，包括減水支撐劑、可膨脹支撐劑、示蹤支撐劑和回流控制支撐劑等，這些支撐劑是具有特殊物理化學(xué)作用和功能的新型支撐劑，如疏水性、體積可變性、磁性、吸附性等，受到了研究者的關(guān)注[3-5]。

2 油氣開采用功能壓裂支撐劑的研究現(xiàn)狀和進展

2.1 減水支撐劑

減水支撐劑是具有排水、儲油和儲氣支撐劑的統(tǒng)稱[13-17]。對傳統(tǒng)支撐劑進行表面改性，控制其表面官能團種類、性質(zhì)和含量，獲得具有減水功能的功能支撐劑，如圖3所示。這種支撐劑具有減水、油氣增產(chǎn)的作用[15-17]。

圖3 減水支撐劑(藍色)和傳統(tǒng)支撐劑(棕色)

水力壓裂技術(shù)在使用過程中需要大量的水，在一個水平井中注水量超過5 000 t，由于吸水地層和小孔會產(chǎn)生毛細作用，注入水滯留在儲層中，且難以釋放和處理[13]。注入水的滯留作用影響了儲層內(nèi)支撐劑對油氣的有效傳導(dǎo)[14]。減水支撐劑的排水能力較強，從而提高油氣傳導(dǎo)率[15-16]。PALISCH等人利用表面改性法[15]，在陶粒支撐劑表面進行化學(xué)涂覆，獲得新型減水支撐劑，有效地減少了水在支撐劑中的滯留。該課題組現(xiàn)場已取得良好試驗效果，通過保持支撐劑表面化學(xué)涂層中性潤濕，即水接觸角為90°時，可以有效降低油水界面張力，從而增加支撐劑水滲透率，進而降低注入水量和壓力[15]。Bestaoui SPURR等人引入了另一種減水支撐劑[16]，除了能夠起到減水的功能，還能改善支撐劑的充填清潔度。采用表面修飾法，以二氧化硅支撐劑為原料，在其表面同時修飾疏水和疏油基團，使其具有疏水和疏油的雙重特性。聚合物可用于支撐劑修飾，利用聚合物對油氣的選擇傳導(dǎo)性，實現(xiàn)控制儲層流體從一個區(qū)域流向另一個區(qū)域[17]。例如，以共價鍵修飾酚羥基，與疏水但親油的聚合物反應(yīng)，獲得能夠除水儲油儲氣的支撐劑，從而提高了油氣的傳導(dǎo)率[17]。

2.2 可膨脹支撐劑

可膨脹支撐劑是指在外界條件作用下，如壓力、溫度和pH值等，能夠發(fā)生膨脹的支撐劑的統(tǒng)稱[18-20]。采用熱固性形狀記憶聚合物為原料制備具有膨脹功能的支撐劑，如圖4所示。這類支撐劑可以提高儲層滲透性和孔隙率，以實現(xiàn)增產(chǎn)和增效的目的[18]。

圖4 可膨脹支撐劑工作原理示意圖

天然裂縫儲層水力壓裂增產(chǎn)數(shù)值模擬表明，裂縫相交處的開口更容易產(chǎn)生較大的壓應(yīng)力，導(dǎo)致裂縫相交處容易發(fā)生閉合，降低了該處油氣傳導(dǎo)率[18]。為了避免發(fā)生這種問題，SANTO等人制備了可膨脹支撐劑用以延緩裂縫的閉合[19]，同時降低了支撐劑因應(yīng)力產(chǎn)生細粉的含量。研究表明，采用熱固性形狀記憶聚合物制備的支撐劑，當工作溫度為75～90 ℃，其膨脹率可達到10%～20%[18-19]。此外，可膨脹支撐劑具有價格便宜、易于加工、可生物降解、無毒無害、韌性好等優(yōu)點[20]。API斷裂滲透率測試試驗表明，這種支撐劑膨脹后，有機物滲透率提高了20%。然而，該試驗是在5～10 MPa低壓下完成的，缺少高壓測試數(shù)據(jù)，尚不能說明該材料在高壓下具有較好的韌性[20]。研究表明，優(yōu)化聚合物的組成有助于提高可膨脹支撐劑的機械強度。將熱固性形狀記憶聚合物與傳統(tǒng)支撐劑結(jié)合，通過調(diào)控組成生產(chǎn)合成低密度、高強度的可膨脹支撐劑。例如，在圓盤狀的陶粒支撐劑周圍涂覆熱固性形狀記憶聚合物，當儲層溫度升高時，聚合物發(fā)生膨脹，使支撐劑宏觀形貌從圓盤狀轉(zhuǎn)變?yōu)轭惽蛐涡蚊?，有助于起到穩(wěn)定裂縫的作用。另外，通常用于涂覆的聚合物因其具有較低的密度，所得可膨脹支撐劑具有低密度和高強度性能[20]。

審計人員必須持續(xù)更新知識、技能，始終保持職業(yè)水準的素質(zhì)和能力。推動審計職業(yè)化建設(shè)，需要建立與審計人員選拔、準入、履職等相配套的高質(zhì)量職業(yè)培訓(xùn)體系。一方面，有針對地開展業(yè)務(wù)知識技能培訓(xùn)，側(cè)重更新知識、提高能力的在職培訓(xùn)和專門的業(yè)務(wù)培訓(xùn)。另一方面，加強審計人員職業(yè)道德培訓(xùn)。促進審計人員能夠確立良好的品德素養(yǎng)和職業(yè)理想，培養(yǎng)良好的職業(yè)習慣，形成良好的職業(yè)操守。

2.3 示蹤支撐劑

示蹤支撐劑是用于監(jiān)測、檢測和定位儲層、裂縫及其狀態(tài)的功能支撐劑，具有能在復(fù)雜工況和遠場工作的特點[21-24]。研究者常采用涂覆、包覆、摻雜和復(fù)合等方法制備示蹤支撐劑[21]。示蹤支撐劑按種類分為化學(xué)示蹤支撐劑和物理示蹤支撐劑[21-23]。

化學(xué)示蹤支撐劑以特殊的化學(xué)物質(zhì)為示蹤物質(zhì)、傳統(tǒng)支撐劑為原料，按照一定的工藝流程進行制造。ZHAO等人將示蹤物質(zhì)羅丹明6G涂覆在天然支撐劑表面[21]，然后與甲基丙烯酸共聚物形成示蹤支撐劑。該課題組將該示蹤支撐劑置于儲層中，當溫度、pH值和鹽度發(fā)生變化時，羅丹明6G隨即釋放出來。因大多數(shù)儲層溫度和地層鹽度較高，外界溫度升高使羅丹明6G釋放。隨后，用紫外可見分光光度計檢測羅丹明6G的分布和含量，從而實現(xiàn)了示蹤的目的。然而，這種化學(xué)示蹤支撐劑尚未進行現(xiàn)場測試，技術(shù)可行性需要進一步論證。另外，該項目沒有討論羅丹明6G的紫外可見光譜檢測范圍，不能確定該方法是否適合近遠場支撐劑的檢測。

物理示蹤支撐劑是以放射性元素和電磁性物質(zhì)等為示蹤物質(zhì)、傳統(tǒng)支撐劑為原料進行制造。物理示蹤支撐劑制造和使用比較成熟，采用這種支撐劑可以充分掌握油氣藏情況，能有效監(jiān)測井下斷裂和地震情況。放射性支撐劑作為最早采用的物理支撐劑，其示蹤原理是利用伽馬射線探測井下情況。由于放射性支撐劑半衰期短、使用壽命有限，且對環(huán)境污染嚴重，有必要開發(fā)新型環(huán)保物理示蹤支撐劑。DUENCKEL等人提出了利用高熱中子俘獲化合物支撐劑檢測裂縫幾何形狀的方法[22]。DAL等人采用了Duenckel的方法來檢測油氣田的裂縫幾何形狀[23]。該技術(shù)可以檢測頁巖層的地質(zhì)力學(xué)特性。但是，這種方法的主要問題是檢測深度有一定的局限性，不適用于遠場檢測。與前兩種示蹤支撐劑相比，磁性示蹤支撐劑表現(xiàn)出很高的磁敏性，可以用于繪制裂縫圖。LIU等人利用磁性示蹤支撐劑監(jiān)控裂縫產(chǎn)生前后的磁場變化[24]，從而可以發(fā)現(xiàn)裂縫出現(xiàn)的異常情況。雖然，磁性示蹤支撐劑是一種監(jiān)測井下裂縫的有效方法，但是其價格較高。研究表明，利用電場變化實現(xiàn)井下裂縫變化的檢測，如制造導(dǎo)電涂層示蹤支撐劑和介電示蹤支撐劑等[3]，導(dǎo)電涂層示蹤支撐劑的形貌如圖5所示。

圖5 電導(dǎo)示蹤支撐劑

2.4 回流控制支撐劑

回流控制支撐劑是能夠控制支撐劑自身返流、防止設(shè)備磨損與腐蝕的支撐劑[25-28]。其產(chǎn)生獨特功能的原理是利用快速聚合和固化防止支撐劑回流，可以簡化處理流程、起到降低成本的作用[25]。一般可以通過復(fù)合樹脂、表面改性、調(diào)控磁性與電位等方法制造回流控制支撐劑[25-28]。

回流控制支撐劑根據(jù)制造方法可以分為樹脂包覆回流控制支撐劑、表面改性回流控制支撐劑、磁性改性回流控制支撐劑和電位改性回流控制支撐劑[25-28]。在一定閉合應(yīng)力和地層地熱條件下，樹脂包覆回流控制支撐劑內(nèi)部晶粒粘結(jié)成簇、加劇固化，從而提高支撐劑強度、防止支撐劑回流。傳統(tǒng)支撐劑和回流控制支撐劑的形貌如圖6所示。研究表明，支撐劑固化時間對其強度有較大影響。當樹脂破裂前發(fā)生固化，容易造成支撐劑強度降低。因此，使用這種支撐劑要防止樹脂破裂前支撐劑的早期固化[25]。表面改性回流控制支撐劑是將樹脂包覆回流控制支撐劑進行表面改性，在其表面引入水和油不溶性官能團或樹脂，實現(xiàn)延緩支撐劑早期固化的目的[26]。然而，表面改性會增加經(jīng)濟成本，限制了這項技術(shù)的應(yīng)用。將磁化金屬和氧化物等磁性材料引入支撐劑中，可以獲得磁性改性回流控制支撐劑[27]。其原理是利用磁場作用以使支撐劑在空隙和通道中形成簇，實現(xiàn)支撐劑在地下條件可控固結(jié)的方法。但是，這項技術(shù)尚未報道現(xiàn)場使用結(jié)果。將低分子量聚合物與支撐劑封裝，制造電位改性回流控制支撐劑[28]。利用聚合物不同種類和分子量，調(diào)節(jié)支撐劑表面的Zeta電位至-20 mV和20 mV，可以有效促進支撐劑顆粒間的聚集?，F(xiàn)場應(yīng)用結(jié)果表明，經(jīng)Zeta電位調(diào)節(jié)后的支撐劑沒有出現(xiàn)支撐劑回流現(xiàn)象，從而提高了頁巖氣開采速率。TREYBIG等人對該支撐劑固結(jié)性能的研究表明[29]，較高和中等分子量的聚合物制備的支撐劑具有較好的固結(jié)性能。

圖6 傳統(tǒng)支撐劑與回流控制支撐劑外觀形貌

2.5 水處理支撐劑

水力壓裂技術(shù)雖然能起到增產(chǎn)的作用，但會引起地下水污染。循環(huán)水含有用于水力壓裂處理的化學(xué)物質(zhì)和自然產(chǎn)生的濃鹽水，以及少量的放射性物質(zhì)，如Ra-226、Ra-228、Th-232和U-238等。為了避免環(huán)境污染，需要對循環(huán)水做進一步的處理[30-32]。研究人員發(fā)現(xiàn)，通過合成水處理支撐劑可以解決這一問題。這類支撐劑通過復(fù)合放射性物質(zhì)吸收劑、危險化學(xué)試劑吸收劑的方式，對循環(huán)水做無害化處理[31]。

GUSA等人將SrCO3沉淀在支撐劑表面[30]，利用SrCO3對Ra-226等吸收作用，有效處理了循環(huán)水中的放射性元素。結(jié)果表明，在室溫下該支撐劑對Ra-226的去除率可達到80%。GOYAL等人制造了BaSO4和SrSO4為添加劑的水處理支撐劑[31]，并進一步研究樣品處理放射性元素的性能。結(jié)果表明，循環(huán)水的鹽濃度會影響支撐劑對放射性元素的去除率。特別是當二價陽離子存在且濃度較高時，會降低支撐劑對放射性元素處理效率。硫酸鹽和鈦酸鹽為添加劑所得水處理支撐劑對Ra-226的吸附等溫線如圖7所示。

圖7 硫酸鹽和鈦酸鹽為添加劑所得水處理支撐劑對Ra-226的吸附等溫線

眾所周知，微生物作用會導(dǎo)致硫酸鹽被還原為H2S。當H2S溶解于循環(huán)水，會加劇設(shè)備和管道的腐蝕。為了避免發(fā)生這種問題，研究人員制造了能夠去除循環(huán)水中H2S的水處理支撐劑[31]。實驗室研究表明，采用ZnO作為H2S處理劑，可以在濃度為100 mg/L H2S的循環(huán)水中吸收66%～100%的H2S，有效去除了水中的H2S。BOGACKI等人指出，使用具有磁性的水處理支撐劑，如NiZn和MnZn鐵氧體的磁性殘留物可用于循環(huán)水中有機物的處理[32]。這是因為鐵氧體可以作為有機分解的催化劑，通過均相和非均相催化反應(yīng)，將循環(huán)水中有機污染物降低。

2.6 自懸浮支撐劑

支撐劑周圍包覆低密度粘性液體樹脂后，在其表面會產(chǎn)生類似于壓裂液的懸浮液，使支撐劑具有懸浮性質(zhì)[7,33]。GOL等人利用3-氨丙基三乙氧基硅烷對二氧化硅表面進行硅烷化[33]，然后將聚乙二醇二丙烯酸酯聚包覆在其表面，再進行紫外線輔助接枝獲得自懸浮支撐劑。所得樣品的相對密度降低了33%，將沉降速度從12.3 cm/s降低到10.9 cm/s。ZHANG等人的試驗表明[7]，當支撐劑與水比例為40%時，采用聚丙烯酰胺包覆的支撐劑懸浮時間超過3 h。未包覆的支撐劑不具有自懸浮能力。由于聚丙烯酰胺在120 ℃以上存在不穩(wěn)定性，作者建議在低于100 ℃的溫度范圍內(nèi)使用該支撐劑。ROBERT等人在用丙烯酰胺和丙烯酸共聚物對砂進行了功能化[34]。沉降測試表明，未功能化的砂沉降時間為10 s，所得自懸浮支撐劑沉降時間為60 s。研究表明，沉降時間可通過共聚物的厚度和濃度調(diào)節(jié)。另一類自懸浮支撐劑是利用具有密度較小的水凝膠，將水凝膠包覆在支撐劑表面，使其在水中發(fā)生膨脹，從而擴大其體積并降低支撐劑的密度[33]。通過水凝膠控制支撐劑對水的親和力，可以制備不同懸浮能力的支撐劑[33]。

懸浮性能是評價自懸浮支撐劑的重要指標，GOLDSTEIN等人綜述了壓裂液質(zhì)量、井底溫度、支撐劑濃度和壓裂液溫度對懸浮支撐劑性能的影響[35]。傳統(tǒng)支撐劑與自懸浮支撐劑對比情況如圖8所示。當壓裂液質(zhì)量相同時，由于陰離子水凝膠與壓裂液帶正電的陽離子發(fā)生相互作用，二價陽離子(Ca2+和Mg2+)和一價陽離子(Na+和K+)的存在會限制自懸浮支撐劑的溶脹能力。隨著陽離子濃度的增加，溶脹能力降低。

圖8 傳統(tǒng)支撐劑與自懸浮支撐劑對比圖

2.7 原位支撐劑

原位支撐劑是指在儲層經(jīng)過物理化學(xué)變化自生成的支撐劑[36]。其合成原理是：當外界條件改變時，如溫度、壓力和pH值等，利用液相的相變反應(yīng)，即液體從液相轉(zhuǎn)變?yōu)楣滔噙^程中，在自由能作用下，能夠自發(fā)形成球狀形貌的支撐劑[36-38]。這種方法制造的支撐劑具有使用方便、施工簡單的優(yōu)點[36]。

CHANG等人利用原位支撐劑保持儲層裂縫暢通[36]，在油氣增產(chǎn)方面取得較好的效果。作者指出通過控制液相到固相的轉(zhuǎn)變時間，可以調(diào)節(jié)原位支撐劑的宏觀直徑和硬度，如圖9所示。在施加96 MPa壓力下，該支撐劑顯示出較高的韌性，未發(fā)現(xiàn)細屑產(chǎn)生和壓碎現(xiàn)象。相反，在同樣的壓力下，傳統(tǒng)鋁礬土支撐劑顯示出明顯的脆性斷裂[36]。ZHAO等人利用兩種不互溶的壓裂液為原料[21]，且其中一種為相變液體、另一種為非相變液體，經(jīng)過一定比例混合，在目標儲層中一定溫度下原位形成了支撐劑，為油氣流通提供了通道。其中，相變液體功能包括：在儲層中由液相轉(zhuǎn)變?yōu)楣滔?，識別和檢測外部微裂紋，能夠長時間承受閉合壓力，在另一種液相中發(fā)生沉淀反應(yīng)提高裂縫傳導(dǎo)性。該方法的特點是兩種不同液體應(yīng)具有不同的溶解性，且在室溫下兩者均為液相、不具有相溶性[21]。

圖9 原位支撐劑宏觀尺寸隨相轉(zhuǎn)變時間變化情況

對相變液體的物理性質(zhì)和電導(dǎo)率研究表明，通過調(diào)整相變液體單體比例，可以合成不同種類的原位支撐劑[37]。抽氣速率越大所得支撐劑宏觀尺寸越小。支撐劑的電導(dǎo)率隨著閉合應(yīng)力增加而降低，電導(dǎo)率隨支撐劑尺寸增大而增大。由于原位支撐劑需要用壓裂液，其成本需要進一步降低。此外，壓裂液對溫度敏感，需要嚴格的儲存條件[37]。

在ZHANG等人的報道中，使用一種壓裂液合成原位支撐劑更方便[7]。在壓裂操作中，根據(jù)需要將壓裂液原位轉(zhuǎn)化為微尺寸支撐劑。例如，可以將樹脂壓裂液、固化劑、表面活性劑和水按照配方混合，就能得到原位支撐劑的前驅(qū)體。隨后，控制原位反應(yīng)條件，包括溫度、壓力、混合強度、表面活性劑濃度和添加劑種類等，在30～90 °C下，前驅(qū)體幾乎完全轉(zhuǎn)化為微尺寸支撐劑，且不會造成前驅(qū)體流失，有效地提高了原位支撐劑的轉(zhuǎn)化效率。

2.8 木質(zhì)支撐劑

木質(zhì)支撐劑是以含有木質(zhì)素的天然材料為原料，包括胡桃顆粒、酸棗粉和果殼等，經(jīng)過常壓干燥、篩分、覆膜得到的一類超低密度支撐劑。木質(zhì)支撐劑通常密度小于1 g/cm3，可懸浮在水(壓裂液)面上，可增加油氣儲層裂縫的導(dǎo)流能力，從而達到油氣增產(chǎn)的目的[38-42]。

為了說明木質(zhì)支撐劑的支撐性能，研究者對比了木質(zhì)支撐劑(低密度果殼)與石英砂支撐劑的物理和化學(xué)指標[38-42]。結(jié)果表明：1)由于是天然材料，木質(zhì)支撐劑圓球度較差。2)天然材料因具有多孔結(jié)構(gòu)，且化學(xué)成分多為密度接近于1 g/cm3的木質(zhì)素，使其具有超低密度的特點。3)木質(zhì)支撐劑更易進入深層裂縫和裂縫網(wǎng)絡(luò)分支，具有更好的覆蓋性和增產(chǎn)能力。4)在相同的測試條件下，包括鋪砂濃度和閉合壓力，由于木質(zhì)支撐劑破碎率較高，造成其導(dǎo)流能力較低，但是在較高閉合壓力下，兩者導(dǎo)流能力比較相似，如圖10所示。

圖10 不同閉合壓力下支撐劑導(dǎo)流能力對比

魏偉選取Y40井山西組2號煤層[42]，采用木質(zhì)支撐劑(低密度堅果殼)和水力壓裂為壓裂施工技術(shù)，對煤層氣進行了現(xiàn)場壓裂試驗。經(jīng)過兩段壓裂施工，第一段采用石英砂支撐劑完成降濾作業(yè)，第二段以木質(zhì)支撐劑間歇式完成嵌入作業(yè)。利用兩段壓裂增加支撐裂縫寬度與長度、溝通煤層割理裂隙，從而增大儲層流體的滲流面積、提高儲層的滲流能力，進而實現(xiàn)增加煤層產(chǎn)氣量的目標。

3 油氣開采用功能壓裂支撐劑匯總分析

功能支撐劑是由傳統(tǒng)支撐劑發(fā)展而來，具有傳統(tǒng)支撐劑不能替代的功能，功能支撐劑的種類、功能、優(yōu)點、缺點和適用工況情況見表1。

表1 功能支撐劑的綜合情況

表1中的各種功能支撐劑在未來油氣智能化開采、油氣開采在線實時監(jiān)測、儲層裂縫成像、油田及周邊環(huán)境保護等方面，具有廣闊的應(yīng)用前景[3,43-48]。然而，如何在更低成本下生產(chǎn)合成大批量的功能支撐劑，需要進一步地進行研究開發(fā)[48]。

4 結(jié)束語

功能支撐劑是由傳統(tǒng)支撐劑發(fā)展而來的，具有傳統(tǒng)支撐劑難以替代的功能，為非常規(guī)儲層油氣開采提供了理論和技術(shù)支持，為緩解能源供需矛盾提供了思路。但這一領(lǐng)域仍存在著一些問題，包括：如何將減水支撐劑和水處理支撐劑功能結(jié)合，實現(xiàn)既能減少水力壓裂過程中的用水量，又能處理污染物，如放射性元素、有害有機物、有害金屬元素等；如何進一步提高原位支撐劑的力學(xué)性能，特別是提高其硬度，從而使其兼具高韌性、高硬度；在功能支撐劑性能表征方面，如何開發(fā)新的仿真試驗，以及科學(xué)評價現(xiàn)場使用情況，有待進一步研究。

目前，對功能支撐劑的合成機理研究不多。因此，功能支撐劑的結(jié)構(gòu)和性能關(guān)系也有待深入研究，涉及且不限于微觀形貌、晶粒尺寸、相組成等對性能的影響規(guī)律。這些工作對進一步提高功能支撐劑的性能、開發(fā)新的功能支撐劑和應(yīng)用領(lǐng)域具有重要的意義。