DE19532844C1 - Stützmittelgranulat und Verfahren zu seiner Herstellung - Google Patents
Stützmittelgranulat und Verfahren zu seiner HerstellungInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Stützmittelgranulat aus einem keramischen Werkstoff, wie es in
der Erdöl- und Erdgasförderung verwendet wird, um die Ausbeute dieser Rohstoffe zu ver
bessern, indem es in die Bohrlöcher unter Druck eingegeben wird und dadurch erdöl- und/oder
erdgasführende Gesteinsspalten ausfüllt, wie sein Name bereits besagt, abstützt und
für die genannten fluiden Rohstoffe durchlässig hält. (In der englischsprachigen und mitunter
auch in der deutschsprachigen Literatur sind dafür auch die Begriffe "proppant" oder
"propping agent" gebräuchlich).
Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Herstellung solcher keramischen Stütz
mittelgranulate.
Neben der recht grobkörnigen Granulatform in der Größenordnung des Korndurchmessers
um einen Millimeter sind, wie leicht einzusehen ist, zwei weitere Eigenschaften für diese Er
zeugnisse von großer Bedeutung:
Da in großen Mengen eingesetzt, müssen das Stützmittelgranulat und damit auch die zu sei ner Herstellung eingesetzten Keramikrohstoffe so preiswert sein, daß sich ein wirtschaftlich interessantes Verhältnis zur damit erzielbaren zusätzlichen Ausbeute an Kohlenwasserstoffen ergibt.
Da in großen Mengen eingesetzt, müssen das Stützmittelgranulat und damit auch die zu sei ner Herstellung eingesetzten Keramikrohstoffe so preiswert sein, daß sich ein wirtschaftlich interessantes Verhältnis zur damit erzielbaren zusätzlichen Ausbeute an Kohlenwasserstoffen ergibt.
Ebenso wichtig sind die technischen Anforderungen an das Stützmittelgranulat, die sich in
der Weise zusammenfassen lassen, daß die Granalien möglichst fest sein müssen, um als
Funktion wachsenden Gesteindrucks möglichst wenig an ihrer Durchlässigkeit für Fluide ein
zubüßen, d. h. die Druckfestigkeit des Einzelkorns, das in Punktberührung mit anderen Ein
zelkörnern steht, ist ein Maß für die Eignung als Stützmittel.
Aus der US-Patentschrift 4.068.718, insbesondere aus der einzigen Zeichnung dersel
ben, ist es bekannt, daß Glaskügelchen der Körnung 8. . .12 "mesh" (1,4. . .2,4 mm) als
nicht keramische Alternative oberhalb einer Gesteins-Druckbelastung von etwa 5500 psi
(38 MPa) ziemlich sprunghaft ihre Durchlässigkeit verlieren. Bei der Verwendung von Quarz
sand oder Schmelzkorund gleicher Körnung, wobei letzterer eine recht teure Variante wäre,
verläuft diese Kurve stetiger, aber immer noch unerwünscht steil, d. h. mit steigendem Druck
gehen zu viele Körner zu Bruch; die Durchlässigkeit für Fluide nimmt zu stark ab.
Aus dieser Veröffentlichung ist es schließlich bekannt, daß ohne weitere Zusätze gesinterter
Bauxit mit einer Sinterdichte über 3,4 g/cm³ den gewünschten flachen Abfall der Durchläs
sigkeit für Fluide als Funktion des Drucks aufweist.
Die weitere technische Entwicklung hat sich demzufolge darauf konzentriert, ausgehend von
Bauxit als natürlichen Rohstoff mit der offensichtlich ausreichende Festigkeit gebenden
Hauptkomponente Aluminiumoxid das Granulier- und Sinterverhalten zu verbessern.
So hat man einen natürlich vorkommenden Bauxit mit hohem Tongehalt ("Arkansas-Bauxit-Ton")
lediglich mit temporären Bindemitteln (US 4.668.645, entspricht EP 0 169 412 A1) oder
einen solchen mit hohem Gehalt an Kaolinit auch ohne temporäre Bindemittel
(US 4.713.203, entspricht DE 36 17 340 A1) granuliert und nach üblichen keramischen Verfahren
weiterverarbeitet.
Um ein zu starkes Aufblähen beim Sintern und damit hohe Porosität und geringe Druckfe
stigkeit des Korns zu verhindern, ist es bekannt, eine Kombination von Bauxit mit drei bei
unterschiedlichen Temperaturen durch Kristallwasserabgabe bzw. Carbonatzersetzung zer
fallenden erdalkalihaltigen Flußmitteln zu verarbeiten (EP 0 112 350 A1).
Schließlich sind Stützmittelgranulate bekannt geworden, die aus Bauxit und einem alumini
umoxidreichen Ton hergestellt werden und bei geringer Sinterdichte, vorzugsweise
3,0. . .3,2 g/cm³, eine ausreichende Festigkeit aufweisen sollen. Sie enthalten auch 2. . .10 Masse%
Fe₂O₃ und bis zu 4 Masse% TiO₂. Trotz dieser als Flußmittel wirkenden Zusätze sind rela
tiv hohe Sintertemperaturen von 1500°C erforderlich (EP 0 101 855 A1).
Zweifelsohne steigt die benötigte Einzelkornfestigkeit mit dem Aluminiumoxidgehalt eines
dichtgesinterten Keramikwerkstoffs. Zugleich steigen aber auch der Preis der Rohstoffe
(Aufbereitung des Kaolins bzw. Anreicherung des Aluminiumoxids), die Sintertemperatur
und mit der Sinterdichte nochmals der Rohstoffpreis pro Volumeneinheit. Auch ist die Plasti
fizierung zur Formgebung solcher Werkstoffsysteme problematisch.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein in der Hauptsache aus Bauxit herstellbares
Stützmittelgranulat mit einer hinsichtlich Verarbeitbarkeit, Sintertemperatur, Sinterdichte und
Druckfestigkeit optimalen Flußmittelzusammensetzung und ein Verfahren zu
seiner Herstellung zu schaffen.
Diese Aufgabe wird durch die in den Patentanspruch 1 und 4 beschriebene Erfindung gelöst.
Die erfindungsgemäße Lösung weist folgende Vorteile auf: Die verwendete Flußmittelkom
bination aus natürlichen Rohstoffen führt zu einem breiten Sinterintervall und vermag die
Auswirkungen der unvermeidlichen Zusammensetzungsschwankungen natürlicher Rohstoffe
auf das Verarbeitungs- und Sinterverhalten, beispielsweise gegenüber Stützmittelgranulaten,
die ausschließlich aus Sinterbauxit bestehen, auszuschalten.
Die Erfindung wird nachstehend an zwei Ausführungsbeispielen näher erläutert:
Es werden folgende Versätze (jeweils in Masse%) aufbereitet:
Unter Berücksichtigung der Bestandteile des Bauxits neben dem Aluminiumoxid ergibt sich
folgende chemische Analyse der Versätze (ebenfalls in Masse%):
Die Versätze werden, nachdem der Bauxit über 1 Stunde bei 750°C kalziniert und in einer
Schlagstiftmühle zerkleinert worden ist, in einer Trommelmühle 20 Stunden lang mit der
massemäßig der gleichen Menge Wasser und ebenfalls massemäßig 160% Mahlkörpern naß
gemahlen. Nach der üblichen keramischen Fertigungstechnik werden sie sodann unter Zusatz
üblicher temporärer Bindemittel auf einem Tellergranulierer zu einem Granulat mit etwa
1 mm Korndurchmesser granuliert und bei 1350 bis 1425 bzw. im Falle von Versatz 2 bei
1450°C mit einer Stunde Haltezeit dicht gesintert.
Das erhaltene Stützmittelgranulat hat folgende, für den Anwendungsfall wesentliche Eigen
schaften:
Claims (5)
1. Stützmittelgranulat für die Erdöl- und Erdgasförderung aus einem Keramikwerkstoff mit
über 75 Masse% Al₂O₃, bis zu 10 Masse% SiO₂ sowie beim Einsatz mineralischer Roh
stoffe unvermeidlichen Gehalten an Alkalien und Erdalkalien, gekennzeichnet durch eine als
Flußmittel wirkende Kombination aus bezogen auf die Gesamtmasse über 3 Ma.% TiO₂, Fe₂O₃ und
MnO.
2. Stützmittelgranulat nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Zusammensetzung von
78. . .85 Ma.% Al₂O₃
7,5. . .10 Ma.% SiO₂
bis 1 Ma.% Erdalkalien
bis 0,5 Ma.% Alkalien
3,5. . .5 Ma.% TiO₂
1. . .2 Ma.% Fe₂O₃
2. . .3,5 Ma.% MnO₂.
7,5. . .10 Ma.% SiO₂
bis 1 Ma.% Erdalkalien
bis 0,5 Ma.% Alkalien
3,5. . .5 Ma.% TiO₂
1. . .2 Ma.% Fe₂O₃
2. . .3,5 Ma.% MnO₂.
3. Stützmittelgranulat nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine Sinterdichte von
mindestens 3,4 g/cm³.
4. Verfahren zur Herstellung eines Stützmittelgranulats nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge
kennzeichnet, daß ein Gemisch aus
90. . .97 Ma.% Bauxit
0,8. . .4 Ma.% eines tonartigen Bindemittelssowie eine Flußmittelkombination aus, bezogen auf die Gesamtmasse2. . .3,5 Ma.% MnO₂
0,5. . .1 Ma.% TiO₂
0,2. . .0,5 Ma.% Fe₂O₃nach an sich bekannten keramischen Verfahren aufbereitet, granuliert und bei 1350 bis 1450°C gesintert wird.
0,8. . .4 Ma.% eines tonartigen Bindemittelssowie eine Flußmittelkombination aus, bezogen auf die Gesamtmasse2. . .3,5 Ma.% MnO₂
0,5. . .1 Ma.% TiO₂
0,2. . .0,5 Ma.% Fe₂O₃nach an sich bekannten keramischen Verfahren aufbereitet, granuliert und bei 1350 bis 1450°C gesintert wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Gemisch weiterhin 1. . .5 Masse%
Ilmenit mit überwiegendem TiO₂-Gehalt als Lieferant der TiO₂- und Fe₂O₃-Be
standteile der Flußmittelkombination enthält.
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| DE (1) | DE19532844C1 (de) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105331356A (zh) * | 2015-12-07 | 2016-02-17 | 新密市万力实业发展有限公司 | 一种超高密度、超高强度石油支撑剂及其制备方法 |
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-
1995
- 1995-09-06 DE DE1995132844 patent/DE19532844C1/de not_active Expired - Fee Related
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