石英砂必须追求高纯度才能卖上好价钱吗？高纯石英砂乃至硅微粉都是纯度越高，价钱越高，厂家为效益也是苦心钻研如何提纯，找矿、上设备、寻技术…为了提纯，日日夜夜，费尽了心思。但市场真的对普通石英砂不屑一顾吗？

成都理工大学的汪灵教授在接受粉体网采访时讲到，“美国有一半甚至超过一半的石英砂用在了压裂支撑剂。”事实确实如此，70年代中期到80年代初，国外水力压裂技术的迅速发展促使压裂支撑剂需求量急速增加，从而石英砂供不应求，国外也开始了对压裂支撑剂的研究。

石英砂如何在石油行业大发神威？

在油气领域，美国人咋就这么爱用石英砂？要回答这个问题，就要了解什么叫压裂。

在石油领域，压裂是指采油或采气过程中，利用水力作用，使油气层形成裂缝的一种方法，又称水力压裂。

水力压裂技术指的是在高压情况下，将压裂液泵入油井中，导致井底产生高压，当该压力足以压裂岩层时，地层就会生成裂缝并向前扩展出一定空间。为了使裂缝保持张开，在岩层压裂后需在裂缝中随压裂液填入支撑剂。输送完支撑剂后，降低压裂液粘性并使之回流，这样导流率高的裂缝就产生了。

目前国内外使用的石油压裂支撑剂一般分为三类：石英砂、陶粒支撑剂和覆膜支撑剂。

近年来，油气价格的持续低迷，降本增效已成为页岩气开发的主旋律。北美除钻完井提速增效外，极大减少了陶粒用量，同时增加石英砂在压裂施工中所占比例，甚至不用陶粒，大幅降低了压裂材料的费用，实现了低油气价下的页岩气效益开发。

在北美页岩气压裂施工中，陶粒支撑剂的使用比例在逐渐降低。考虑压裂成本与经济效果，目前石英砂支撑剂在应用中占主导地位。

据《石油蓝皮书：中国石油产业发展报告（2018）》披露，2017年中国成品油市场需求侧有所改善，表观消费达3.2亿吨，同比增长2.8%。

中国石油资源分布图

我国石油支撑剂行业尚处于起步阶段，企业数量不少，但是各企业规模都非常小，每个企业占据的市场份额都非常有限，行业集中度还比较低。

2018年，中国石油集团压裂用石英砂需求量同比增长60%。其中长庆油田2018年计划新增钻井6000口以上，压裂用石英砂需求量约为900万吨。2018年，美国石油压裂用石英砂需求量1亿吨，缺口4000万吨。

随着世界油气开采工业的迅猛发展，开采难度正在逐步加大，油气井的深度越来越深，低渗透型矿床越来越多，对高强度压裂支撑剂产品的需求量也逐步增大。由于树脂覆膜支撑剂（预固化树脂覆膜石英砂）具有强度高、耐腐蚀性强、导流能力好的特点，其市场需求将不断扩大，未来拥有广阔的发展空间。

压裂石英砂的性能指标

石英砂是一种分布广、硬度大的天然的稳定性矿物，其主要化学成分为二氧化硅(SiO₂)。石英砂多为石英砂岩经过水力冲刷、风化剥蚀等作用形成的颗粒，因此主产于河滩、沙漠、沿海地带。

我国压裂用石英砂主要产于甘肃兰州、湖北蒲圻、江西永修、湖南岳阳、山东荣城、吉林农安、福建福州、河北承德、新疆和丰等地。

石英砂中的主要矿物成分SiO₂的含量高低与其粒度密切相关，通常粒度越大，SiO₂含量越高。在中国，作为支撑用的石英砂中，SiO₂含量通常在80%左右，并且砂中会含有少量长石、燧石及其它喷出岩及变质岩等岩屑。国外使用的优质石英砂中石英含量高达98%以上。

但因为使用用途的不同，压裂石英砂其实并不怎么看重二氧化硅的含量。在石油行业，对好的压裂砂自有另一套评判的标准。如果你的压裂砂能做到以下5点，那么恭喜，你和你的压裂砂会受到石油人的热烈欢迎。

1.球度与圆度

球度，很好理解，指的是压裂支撑剂（即石英砂）接近球形的程度。

圆度在科普中国中的解释为工件的横截面接近理论圆的程度。

在不熟悉的人看来，圆度的概念有点抽象，其实简单来讲圆度可以理解为“圆润度”，颗粒棱角越多越尖锐则圆度越差；反之棱角圆滑，圆度就好。

天然石英砂的球度与圆度应不低于0.6。实际检测中，用支撑剂球度、圆度图版进行支撑剂球度与圆度的测试，见下图。

圆度与球度指标

在被测试的支撑剂样品中任意取出20粒~30粒支撑剂，放在实体显微镜下观察，或拍下显微照片，根据图版确定每粒支撑剂的球度，计算出这批支撑剂样品的平均球度、圆度。

2.酸溶解度

酸溶解度是指在规定的酸溶液及反应条件下，一定质量的支撑剂被酸溶解的质量与总支撑剂质量的百分比。

耐酸性是压裂支撑剂的重要指标，有良好耐酸性的支撑剂可以在酸性岩层中工作更长时间，并保持良好的导流能力。

各种粒径规格支撑剂允许的酸溶解度值见表1。值得注意的是，石英砂和陶粒支撑剂的酸溶解度指标相同。

表1 酸溶解度指标

3.浊度

支撑剂的浊度为在规定体积的蒸馏水中加入一定质量的支撑剂，经摇动并放置一定时间后液体的浑浊程度，单位是福氏浊度单位（FTU）。

浊度主要表征了支撑剂表面光洁度，体现其表面所沾微粒的多少与大小。按照规定，压裂用石英砂的浊度应不高于100FTU。

4..抗破碎能力

对一定量的石英砂支撑剂，在额定压力下进行承压测试所确定的破碎率，表征了支撑剂抗破碎能力。影响破碎率的主要因素是石英砂支撑剂圆度、球度、表面光洁度、显微结构等。

石英砂支撑剂的破碎率影响着裂缝导流能力。天然石英砂支撑剂的抗破碎能力测试应使用规定尺寸范围的破碎室，见下图。

破碎室示意图

其适用的粒径规格、规定闭合压力与破碎率指标见表2。

表2 抗破碎测试压力及指标

5.体积密度与视密度

石英砂支撑剂的体积密度为单位堆积体积的支撑剂质量（单位g/cm³）反映支撑剂堆积体的整体密度。影响体积密度的主要因素为样品视密度、圆度、球度、表面光洁度等等。

支撑剂的视密度为单位颗粒体积的支撑剂质量（单位g/cm³）。其与体积密度的区别为，计算视密度时的体积不包括颗粒之间的空隙体积。影响支撑剂视密度的主要因素为样品物相成分、结构与气孔率。

对于不同密度的压裂支撑剂，采用的测试指标不同。总结来讲，对压裂用石英砂，有如下要求：粒径均匀，密度小；强度大，破碎率小；圆度和球度高；杂质含量少；来源广，价廉。

结语

久在石英砂行业的人都曾记得，在2012年前由于板材砂价格的一路高涨，带动着大大小小的石英矿价格也一路走高。乃至于，个别的省份地区出现了只要投资板材石英砂，就一定赚钱的现象。于是，懂行的不懂行的，大家一窝蜂的涌入，都杀进了这个本就竞争激烈的行业，造成石英砂行业开始进入了一种无序混乱的发展状态。

如今，这种混乱且无序的时代将一去不复返了。在环保风暴和价格战双重夹击下，国内石英砂行业更新迭代迅速进行，局面的快速洗牌淘汰了一大批跟不上的企业。在今后数年内，石英砂行业的发展将出现两极分化，一方面是高纯石英砂的高端市场，另一方面是低纯石英砂的货多走量。

有远见的企业家懂得一个道理，越是行业的冬天，越是要坚定信心，耐得住性子，熬过去就能遇见春暖花开。未来的石英砂行业，留下的一定是那些能登高望远的企业家们。

参考来源

刘让杰等.水力压裂支撑剂现状及展望

刘军.生产工艺对压裂支撑剂性的影响

高新平等. 页岩气压裂用石英砂替代陶粒导流实验研究

 SY/T 5108-2006 压裂支撑剂性能指标及测试推荐方法

石英石网、粉体网、科普中国

（中国粉体网编辑/漫道）

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