压裂石英砂检测技术要点及核心检测项目分析

一、检测目的

1. 确保力学性能：承受地层闭合压力，避免破碎导致裂缝堵塞。
2. 优化导流能力：通过粒径和圆度控制，形成高渗透性支撑层。
3. 耐腐蚀与稳定性：抵抗压裂液腐蚀及高温高压环境下的性能退化。

二、核心检测项目及标准

1. 物理性能检测

• • 检测方法：激光粒度分析仪（依据ISO 13320-1标准）。
  • 要求：主粒径范围（如40/70目、20/40目）需符合设计要求，分布集中度（不均匀系数≤3）。
  • 意义：粒径分布影响导流能力，过细颗粒易迁移堵塞裂缝。
• • 检测标准：API RP19C/ISO 13503-2。
  • 方法：在设定压力（如55MPa、69MPa）下加载样品，测定破碎率。
  • 要求：闭合压力下破碎率≤10%（高品位砂需≤5%）。
• • 检测仪器：图像分析系统（Krumbein & Sloss球形度标准）。
  • 要求：球度≥0.6，圆度≥0.7（高导流砂需≥0.8）。
  • 意义：高圆度砂减少颗粒间摩擦，提高导流能力。
• • 检测方法：气体置换法（GB/T 7702.10）。
  • 意义：影响砂粒在压裂液中的悬浮性及单位体积支撑能力。

2. 化学成分检测

• • 检测方法：X射线荧光光谱（XRF）或化学滴定法（GB/T 3521）。
  • 要求：≥98%（高品质砂≥99%），杂质（Fe₂O₃、Al₂O₃等）含量需严控。
• • 检测标准：API RP56（12% HCl + 3% HF，30℃下反应30min）。
  • 要求：溶解度≤5%（优质砂≤2%），高溶解度会降低支撑剂寿命。
• • 检测方法：浊度仪测试悬浮液透明度。
  • 意义：反映杂质含量，高浊度砂易堵塞压裂液泵送系统。

3. 微观结构分析

• • 目的：观察表面形貌、裂纹及孔隙结构。
  • 应用：鉴别天然砂与人造陶粒砂的差异。
• • 用途：分析晶相组成，确认石英结晶度及杂质矿物类型。

4. 功能性测试

• • 标准：API RP61（模拟地层条件，测定支撑剂层的渗透率）。
  • 关键参数：导流能力（md·ft）需与地层闭合压力匹配。
• • 方法：高温高压（如150℃、60MPa）环境下持续加载，评估性能衰减。

5. 环保及安全性检测

• （1）放射性检测
  • 标准：GB 6566-2010，天然砂需满足内照射指数≤1.0。
• （2）粉尘含量
  • 检测方法：重量法测定悬浮粉尘比例。
  • 要求：≤0.1%（避免危害作业人员健康）。

三、质量控制关键节点

1. 原料筛选：矿区取样检测SiO₂纯度及杂质。
2. 加工过程：破碎、筛分后复检粒径及圆度。
3. 成品抽检：按批次测试抗破碎率及酸溶解度。
4. 储存运输：湿度控制（含水量≤0.5%），避免结块。

四、国内外标准对比

• API标准（美国石油学会）：侧重导流能力与实际工况模拟。
• 国标GB/T：强调化学成分与放射性安全。
• 企业标准：通常严于行业标准，如陶粒砂抗破碎率要求≤3%。

五、常见不合格项及改进措施

1. 破碎率超标：优化热处理工艺或选择高纯度矿源。
2. 圆度不足：改进磨圆设备或增加风选工序。
3. 酸溶度过高：通过酸洗预处理降低碳酸盐杂质。

六、

1. API RP19C: Measurement of Properties of Proppants Used in Hydraulic Fracturing.
2. GB/T 3521-2023 压裂用石英砂技术规范.
3. ISO 13503-2: Procedures for Testing Proppants Used in Hydraulic Fracturing.