破砕は石油とガスの生産量を増やすための重要な手段であり、特に低浸透性および超深度の石油とガスの井戸の開発にとって重要です。破砕プロパントは、石油とガスの破砕生産の中心的な製品であり、石油とガスの貯留層の変換における人工破砕をサポートするための重要な材料であり、破砕の成功率と変換効果を向上させるための鍵です。
プロパントは、特定の粒子サイズ、強度、球形度、等級を持つ天然砂または人工の高強度セラミック固体粒子です。業界で使用されるプロパントには、天然石英砂、人工セラミック粒子、コーティングされたプロパントの 3 つの主な種類があります。
石英砂プロパント
天然石英砂の主成分はSiO2で、他にAl2O3、Fe2O3、K2O、Na2O、CaO、MgOなどの成分も少量含まれています。石英砂の主な鉱物成分は石英で、通常は80％以上で、高品質の石英砂では98.5％以上に達することもあります。
- 石英砂は硬く、耐摩耗性があり、化学的に安定しています。フッ化水素酸にのみ溶け、他の酸には溶けません。
- 石英砂は資源が豊富で、安価で、密度が低く（約2.65g•cm-3）、汲み上げやすく、粉砕後も良好な導電性を維持するため、閉鎖圧力が低い石油およびガス井の生産量を増やすのに一定の効果があります。
- 石英砂プロパントはコストが低く、操作が簡単で、河川水で洗浄された後も表面が比較的滑らかになります。
これらの特性により、石英砂は水圧破砕用プロパントとして広く使用されています。石油プロパントとして使用される石英砂の粒子サイズは、通常 0.1mm ～ 2mm で、破砕用プロパントまたは破砕用砂とも呼ばれます。
- 石英砂は脆く、強度が低いため、亀裂閉鎖圧力が高いと破損しやすく、亀裂の有効支持面積が大幅に減少し、石油とガスの増加の目的を達成できません。
- 石英砂の表面粗さは良くなく、亀裂の浸透性を高めるのに役立ちません。
- 石英砂は熱膨張係数が大きいため、井戸が深く温度が高い場合には急激に膨張する恐れがあります。
これらの欠点により、天然石英砂は、深部の低浸透性の石油・ガス開発における水圧破砕のニーズを満たすことができません。
石英砂プロパントの強度は高密閉圧力の石油・ガス井の要件を満たすのに不十分であるため、研究者は人工セラムサイトプロパントを発明しました。
セラミックプロパントは、ボーキサイトなどの鉱物を主原料とし、各種鉱物添加剤を加えて無加圧雰囲気で焼結したものが多く、焼結後の嵩密度と見かけ密度の違いにより、低密度、中密度、高密度の3種類に分けられます。
石英砂プロパントと比較して、セラミックプロパントは球形度が高く、表面が滑らかで、流動性が良く、圧縮強度が高く、破砕率が低いという特徴があります。実践では、油井の破砕にセラミックプロパントを使用すると、生産量が 30-50% 増加し、油井とガス井の耐用年数が延びることがわかっています。
ただし、セラミックプロパントには次のような欠点があります。
（１）粒子密度が大きく、沈降速度が速いため、揚水条件や破砕流体の性能に対する要求が高くなり、コストが増加する。
（２）ボーキサイト資源は分散しており、加工・採掘が限られており、原材料に対する要求が厳しく、資源の利用が限られている。
コーティングされたプロパント
コーティングされたプロパントは、プロパントの強度と耐酸性および耐アルカリ性を向上させます。樹脂コーティングされたプロパントとも呼ばれます。通常、2 つの部分で構成され、内側の部分は一定の強度を持つ骨材で構成され、外側の部分はコーティングとして樹脂でコーティングされています。
- 樹脂コーティングされたプロパントは、密度が低く、圧縮強度が高いという特徴があります。
- コーティングされたプロパントは表面が滑らかで、水の伝導性が良く、持ち運びや輸送が容易です。
- 樹脂コーティングされたプロパントは、破砕用プロパントとして使用されるだけでなく、破砕流体の逆流中にプロパントの逆流、表面の剥離、地層の研磨を効果的に防止することもできます。
- 樹脂コーティングされたプロパントの各粒子は均一で強靭な樹脂シェルを持ち、また一定の重合効果により粒子同士が結合しているため、高温安定性と酸腐食耐性に優れています。
樹脂コーティングされたプロパントの欠点は、コストが高いこと、化学的安定性が低いこと、高い閉鎖応力下で接着しやすいこと、導電性が大幅に低下することです。