压裂石英砂检测

压裂支撑剂核心材料：石英砂的全面检测指南

石英砂作为水力压裂中最广泛应用的支撑剂，其性能优劣直接决定了裂缝导流能力的持久性与油气增产效果。为确保压裂施工的成功与效率，对入井石英砂进行系统、严格的检测至关重要。以下是关键检测维度的详细解析：

一、 基础物理属性检测：质量的根基

1. 粒径分布与规格：
   • 目的： 确保砂粒尺寸符合设计要求（如40/70目、100目），以有效支撑裂缝宽度并优化导流能力。
   • 方法： 标准筛析法，使用符合ASTM或ISO规范的系列标准筛进行分级筛分。
   • 关键指标： 主要粒径区间占比（如40/70目砂中40-70目颗粒比例）、细粉含量（通过最小筛号的颗粒百分比）、均匀度系数。
2. 球度与圆度：
   • 目的： 评估颗粒形状。高球度、高圆度的砂粒能紧密均匀堆积，形成高渗透率、高强度的支撑裂缝网络，降低嵌入地层风险。
   • 方法： 光学显微镜结合图像分析软件，依据API RP 19C/ISO 13503-2标准进行定量测量（常用Krumbein图表法）。颗粒轮廓越接近球形得分越高。
3. 表观密度与体积密度：
   • 目的： 衡量单位体积砂的重量，直接影响压裂液悬浮能力和施工中砂浓度的计算、运输及储存成本。
   • 方法： 标准体积容器称重法（如API RP 19C/ISO 13503-2）。
   • 计算： 表观密度（颗粒自身密度）、体积密度（包括颗粒间空隙）。

二、 关键力学性能检测：抵抗闭合应力的保障

1. 抗压（破碎）强度：
   • 目的： 评估石英砂在模拟地层闭合压力下抵抗破碎的能力。破碎率高会导致支撑裂缝渗透率急剧下降。
   • 方法： 导流室测试或单颗粒强度测试。将砂样置于闭合压力下（如5000 psi, 10000 psi等），加压后筛分出破碎形成的细粉并计算破碎率。
   • 关键指标： 不同闭合压力下的质量破碎率（%）。低破碎率是高品质石英砂的核心指标。

三、 化学特性与洁净度检测：保障储层与液体兼容性

1. 酸溶解度：
   • 目的： 评价石英砂在特定酸性环境（模拟地层酸液或压裂液残酸）下的化学稳定性。高溶解度意味着矿物杂质多或易溶成分多，可能导致支撑剂失效或堵塞孔隙。
   • 方法： 将砂样浸泡在规定浓度（常用12:3 HCl:HF）的酸液中特定时间与温度，测量溶解损失的质量百分比（API RP 19C/ISO 13503-2）。
   • 要求： 优质石英砂酸溶解度通常要求≤2%或更低。
2. 浊度：
   • 目的： 间接反映砂中可溶性杂质（如粘土、细粉）的含量。高浊度液体注入可能损害储层渗透率。
   • 方法： 将砂样与水混合搅拌、静置后，测量上层清液的浊度值（NTU）。浊度越低，洁净度越高。
3. 水份含量：
   • 目的： 控制砂的干燥程度，防止结块、影响混合与泵送，并准确计算干砂添加量。
   • 方法： 烘箱干燥称重法。

四、 应用导向的性能验证：模拟真实服役环境

1. 导流能力测试：
   • 目的： 最直接评估支撑剂性能的核心测试。模拟地层条件（闭合压力、温度、流体），测量支撑剂充填层在长期应力下的渗透率及其保持能力。
   • 方法： API标准导流室（如API RP 19D/ISO 13503-5），在设定的闭合压力、温度下，用特定流体测量流过砂层的压差和流量，计算导流能力（md-ft 或 md-cm）。
   • 核心价值： 综合反映粒径、圆度、强度、长期稳定性对裂缝导流效果的影响，是选砂的最终依据。

五、 质量控制与验收流程

健全的石英砂检测应融入严格的质量控制体系：

1. 批次管理： 确保每批入厂/入井砂都有明确标识和可追溯性。
2. 取样规范： 遵循统计学原理，在卸货过程或仓库中多点、分层取样，保证样品代表性。
3. 标准化检测： 所有检测严格依据公认标准（API、ISO、国标SY/T）进行，确保结果可比性与准确性。
4. 关键指标门槛： 设定核心指标（如破碎率、酸溶度、主要粒径占比）的强制验收下限。
5. 数据记录与存档： 完整记录原始数据、检测条件、结果及判定，形成质量档案。

结论

对压裂用石英砂进行多维度、标准化的严格检测，是保障压裂施工效果、最大化油气井产能和经济效益的必要环节。从基础的物理规格、形状到关键的力学强度、化学惰性，再到最终体现应用价值的导流能力，每一步检测都为选择合适的支撑剂和优化压裂设计提供了坚实的科学依据。持续完善检测流程、严格把控质量标准，是确保石英砂在复杂严苛的地下环境中有效发挥支撑裂缝、提升导流能力这一核心作用的关键所在。