ISO 13503-82025 包括低碳能源在内的石油和天然气工业 完井液和材料 第8部分水力压裂用涂层支撑剂性能的测量标准立项发展报告

水力压裂用涂层支撑剂性能测量标准立项发展报告StandardizationDevelopmentReport:MeasurementofPropertiesofCoatedProppantsUsedinHydraulicFracturing标准编号：ISO13503-8:2025摘要随着全球能源结构加速向低碳方向转型，油气行业中非常规资源的高效开发对水力压裂技术提出了更高要求。涂层支撑剂作为水力压裂作业中的关键材料，其性能直接关系到压裂改造效果和油气井产能。为统一全球范围内涂层支撑剂性能的测试方法与评价体系，国际标准化组织（ISO）于2025年6月正式发布了ISO13503-8:2025《包括低碳能源在内的石油和天然气工业完井液和材料第8部分：水力压裂用涂层支撑剂性能的测量》。本报告从标准立项背景出发，系统阐述了该标准在技术内容框架、核心测试方法及评价指标维度上的系统性安排，深入分析了其在支撑剂质量控制、压裂施工设计优化、行业技术贸易规则统一以及低碳能源转型适应等方面的重要价值。报告指出，该标准的发布填补了涂层支撑剂专项国际标准空白，实现了从原材料评价向功能化产品全性能验证的跨越，对推动全球压裂技术规范化发展、促进新型涂层材料研发应用具有里程碑式意义。未来，随着智能化测试技术的发展和低碳压裂需求的深化，该标准有望在数字化方向持续迭代完善。关键词：水力压裂；涂层支撑剂；ISO13503-8；性能测试；低碳能源Keywords:HydraulicFracturing;CoatedProppant;ISO13503-8;PerformanceMeasurement;LowerCarbonEnergy一、引言1.1研究背景在全球能源消费格局深度调整和碳达峰碳中和目标持续推进的时代背景下，油气行业正经历着前所未有的技术变革与产业升级。非常规油气资源——包括页岩油气、致密砂岩气、煤层气等——的规模化高效开发，已成为保障全球能源安全供给的重要战略方向。水力压裂技术作为开启非常规油气资源宝库的关键钥匙，其施工效果直接决定了单井产量与最终采收率。在压裂作业中，支撑剂承担着"撑开裂缝、构建导流通道"的核心功能——压裂液将支撑剂携带至地层裂缝中，待压力释放后，支撑剂颗粒在裂缝内形成具有足够导流能力的充填层，从而为油气从储层深部向井筒的流动提供持久、稳定的通道。然而，常规石英砂和陶粒支撑剂在应对深井、高温、高压、复杂应力等苛刻工况时，面临嵌入、破碎、返排、细粉迁移等突出问题，严重制约了压裂改造效果的长期稳定性。涂层支撑剂——通过在支撑剂颗粒表面包覆一层或多层有机或无机涂层材料（如酚醛树脂、环氧树脂、聚氨酯等）——显著改善了支撑剂的力学性能、化学稳定性和表面特性，可有效降低颗粒破碎率、减少地层嵌入、抑制细粉产生、并可在特定条件下实现固结防返排功能。近年来，随着涂层材料科学与制备工艺的不断进步，各类新型涂层支撑剂（如可固化树脂涂层支撑剂、耐高温改性涂层支撑剂、疏水疏油双疏涂层支撑剂等）相继投入现场应用，成为深层超深层压裂、大规模体积压裂等复杂作业场景中的优选材料。1.2标准立项必要性然而，涂层支撑剂的性能评价长期缺乏统一的国际标准规范。不同制造商采用各自的测试方法和评价指标，导致产品性能数据可比性差、质量判定依据不一致，给油气运营商的选型决策、压裂设计参数优化以及国际贸易中的质量仲裁带来了显著困扰。各油气生产国和大型油服公司虽各自建立了一定的内部测试规范或行业推荐作法，但方法原理、实验条件、数据处理方式等差异较大，跨区域、跨企业间的结果互认面临实质性障碍。在此背景下，国际标准化组织石油和天然气工业技术委员会（ISO/TC67）统筹启动了ISO13503系列标准的扩展工作，立项制定专门针对涂层支撑剂性能测试的标准文件，旨在建立一套科学、统一、可操作的国际测试方法体系，为全球油气行业提供涂层支撑剂质量评价的共同技术语言。二、标准主要内容2.1适用范围与总体框架ISO13503-8:2025规定了用于水力压裂作业的涂层支撑剂关键性能参数的测试与测量方法。该标准适用于各种类型的涂层支撑剂产品，涵盖以石英砂、陶粒、人造颗粒等为基体、表面经有机或无机材料包覆处理的所有支撑剂类别。标准充分考虑了包括页岩油气、致密气、煤层气等在内的各类非常规储层压裂施工场景，同时兼顾了低碳能源开发中地热储层改造、CO₂驱油与封存等新兴应用领域的技术需求。其"includinglowercarbonenergy"（包括低碳能源）的适用范围表述，反映了ISO/TC67近年来对能源转型趋势的积极响应与前瞻性布局。2.2核心测试项目与方法标准围绕涂层支撑剂的关键服役性能，系统性地规定了以下几大测试类别的试验方法：（1）物理性能测试。涵盖涂层支撑剂的粒度分布、圆度/球度、表观密度、体积密度、酸溶解度等基础物性参数的测定方法。针对涂层支撑剂的特殊性，标准特别规定了涂层厚度与涂层完整性的评估方法，明确了涂层均匀性对支撑剂综合性能的重要影响。（2）力学性能测试。明确规定了涂层支撑剂抗破碎能力的测试方法和评价指标。与常规支撑剂相比，涂层支撑剂的破碎行为具有涂层先行损伤、基体随后破坏的两阶段特征，标准据此细化了破碎压力加载方案、破碎产物筛分方法和破碎率计算规则，并提出了涂层剥落率的评价要求。（3）导流能力测试。规定了不同闭合应力条件下涂层支撑剂充填层的导流能力测试方法。标准推荐了适用于涂层支撑剂的测试流体、测试温度和测试时长参数，特别增加了长期导流能力（测试时间延长至120小时以上）的评价方案，以及模拟地层水、压裂液滤液等实际流体环境下的导流能力保持率测试方法。（4）固化性能测试。针对可固化涂层支撑剂，规定了固化强度、固化时间、固化温度范围等的测试方法。标准明确了固结试件的制作方法、养护条件和抗压强度测试方案，为评价涂层支撑剂在地下环境中的固结防返排效果提供了规范化的测试路径。（5）化学稳定性测试。规定了涂层支撑剂在典型储层温度条件下抵抗酸液、盐水、氧化剂等化学介质侵蚀的能力测试方法，包括浸泡试验、高温高压釜试验等，通过测试处理前后支撑剂的质量变化、强度变化和导流能力变化来综合评价其化学稳定性。2.3测试条件与数据处理为保证测试结果的重复性和可比性，标准对试验条件进行了严格规定，包括试验温度与压力精度控制要求、测试流体配制与使用规范、试验设备校准要求等。在数据处理方面，标准明确规定了平行试验次数要求、有效数据取舍判据、结果修约规则和测量不确定度的评定方法，确保各实验室间的数据可比性。三、标准的意义与影响3.1对行业技术发展的推动作用ISO13503-8:2025的发布，为全球涂层支撑剂产业建立了一套技术性能的"度量衡"。该标准系统性地构建了涂层支撑剂性能评价的方法体系，不仅涵盖了支撑剂最为核心的导流能力、破碎率等服役性能指标，还将涂层附着力、固化特性、化学稳定性等涂层特有性能纳入规范化的测试框架。这一体系化的方法框架有力地推动了行业从"经验判断"走向"数据驱动"，促使支撑剂制造商更加注重产品性能的系统性提升，而非仅仅关注单一指标。标准明确了涂层支撑剂区别于常规支撑剂的特殊测试要求，也引导了行业对涂层失效机理、长期服役行为等深层次问题的关注，推动涂层支撑剂产品从"能用"向"好用、耐用"的方向发展。3.2对国际贸易和市场规范的促进当前，涂层支撑剂已成为国际油气压裂材料市场的重要贸易品类。在ISO13503-8发布之前，涂层支撑剂的国际贸易主要依据供需双方签署的技术协议进行质量确认，不仅交易成本高、周期长，且一旦出现质量争议，缺乏公认的第三方仲裁依据。ISO13503-8的统一测试方法和明确评价指标，为国际贸易合同中的技术条款提供了权威参考，为供需双方提供了共同遵循的技术准则，有效降低了交易成本和技术壁垒。对于油气运营商而言，依据该标准进行产品选型和质量验收，可大幅提升采购效率，保障入井材料的质量可靠性。3.3对低碳能源转型的支撑作用该标准在适用范围中明确纳入了"包括低碳能源"的表述，体现了国际标准化工作对全球能源转型趋势的积极回应。地热能开发中的储层改造、CO₂驱油与地质封存等低碳能源技术同样高度依赖水力压裂和支撑剂技术。在CO₂注入和封存场景中，支撑剂长期处于酸性流体（碳化水）环境中，其化学稳定性和长期导流能力至关重要。ISO13503-8规定的化学稳定性测试和长期导流能力测试方法，为评估支撑剂在CO₂环境中的适用性提供了标准化的测试工具，有助于为碳封存项目选择可靠的支撑材料和优化注入方案提供技术支持。此外，标准对支撑剂质量的严格规范也有助于减少压裂作业中的材料浪费和返工频率，从材料端支撑油气行业的绿色低碳发展。四、标准实施与推广应用4.1国际层面的实施ISO13503-8:2025发布后，各成员国可通过本国标准化机构将其采纳为国家标准或行业推荐标准。对于油气工业发达的国家和地区——如美国（ANSI）、中国（SAC）、加拿大（SCC）等——该标准预计将迅速被纳入本国油气行业标准体系，成为监管部门、行业协会和企业共同遵循的技术依据。标准发布后，ISO/TC67也将定期组织对各成员国的标准应用情况进行评估和反馈收集，为后续的修订和完善提供依据。4.2中国企业应用建议五、主要起草单位介绍ISO13503-8:2025的制定工作由ISO/TC67（石油和天然气工业技术委员会）下设的WG-4工作组（完井液和材料工作组）具体负责组织推进。来自美国、中国、加拿大、挪威、英国、法国、沙特阿拉伯等多个成员国的技术专家参与了标准草案的讨论与完善工作。其中，美国石油工程师协会（SPE）及其下属的支撑剂性能测试专业委员会在标准框架的搭建和核心技术参数的确定过程中发挥了重要的组织协调作用。SPE作为全球最大的石油天然气行业学术组织之一，在支撑剂性能评价方法研究方面积累了数十年的技术经验和行业共识。由SPE主导制定的APIRP19D（支撑剂导流能力测试推荐作法）等文件，为ISO13503-8中相关测试方法的制定提供了重要的技术基础和参考框架。此外，来自中国石油集团工程技术研究院有限公司的专家也深度参与了该标准的起草工作。该院长期从事压裂材料与工艺技术研究，建有完善的支撑剂性能检测评价实验室，在涂层支撑剂的制备工艺、性能评价和现场应用方面积累了丰富的实践经验。中国专家在标准制定过程中积极贡献了涂层支撑剂在高温高压条件下的性能测试数据和应用案例，特别是在深层超深层压裂场景下涂层支撑剂的性能评价需求方面的技术输入，推动了标准在高温高压测试条件设置方面的完善，提升了标准对复杂工况的适应性。六、结论与展望6.1总结ISO13503-8:2025的发布实施，是国际油气行业标准化工作在压裂材料领域的一项重要里程碑。该标准以系统化的方法框架和科学的评价指标体系，填补了涂层支撑剂性能测试国际标准的空白，为全球水力压裂用涂层支撑剂的质量评价和行业监管提供了统一的技术依据。标准的出台不仅促进了涂层支撑剂产品的质量提升和技术进步，也为支撑剂材料领域的国际贸易和工程应用提供了基于共识的技术保障。更重要的是，标准将低碳能源应用场景纳入适用范围，展现了国际标准化工作对能源转型趋势的积极顺应和主动引领。6.2展望展望未来，随着新材料技术的持续进步和行业需求的不断演变，ISO13503-8标准也将面临持续的修订与完善需求。在技术层面，智能化、自动化测试设备的引入有望大幅提升测试效率和测试精度，机器学习辅助的数据分析方法有望从大量测试数据中挖掘出更加精细的性能-服役关系模型，这些进展均有可能在未来标准修订中有所体现。在应用层面，随着深层超深层压裂技术的快速发展，更高温度（超过200℃）、更高闭合应力（超过100MPa）条件下的支撑剂性能测试需求将日益迫切，标准测试条件的扩展势在必行。在绿色低碳方向，随着CO₂驱油与封存、地热开发等低碳能源技术的规模化推进，支撑剂在酸性环境、长期注采循环等特殊工况下的性能评价方法也需要进一步完善。参考文献[1]ISO13503-8:2025,Oilandgasindustriesincludinglowercarbonenergy—Completionfluidsandmaterials—Part8:Measurementofpropertiesofcoatedproppantsusedinhydraulicfracturing[S].Geneva:InternationalOrganizationforStandardization,2025.[2]ISO/TC67,Petroleum,petrochemicalandnaturalgasindustries—Materials,equipmentandoffshorestructures[S/OL]./committee/47428.html.[3]APIRP19D,MeasuringtheLong-termConductivityofProppants[S].Washington,D