EA043708B1 - Шихта для изготовления керамического проппанта и проппант - Google Patents

Шихта для изготовления керамического проппанта и проппант Download PDF

Info

Publication number
EA043708B1
EA043708B1 EA202291244 EA043708B1 EA 043708 B1 EA043708 B1 EA 043708B1 EA 202291244 EA202291244 EA 202291244 EA 043708 B1 EA043708 B1 EA 043708B1
Authority
EA
Eurasian Patent Office
Prior art keywords
proppant
quartz
charge
microcline
ceramic
Prior art date
Application number
EA202291244
Other languages
English (en)
Inventor
Сергей Федорович Шмотьев
Евгений Васильевич Рожков
Вячеслав Михайлович Сычев
Александр Сергеевич Плинер
Василий Александрович Плотников
Виктор Георгиевич Пейчев
Original Assignee
Общество с ограниченной ответственностью "Технокерамика"
Filing date
Publication date
Application filed by Общество с ограниченной ответственностью "Технокерамика" filed Critical Общество с ограниченной ответственностью "Технокерамика"
Publication of EA043708B1 publication Critical patent/EA043708B1/ru

Links

Description

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, а именно к производству керамических проппантов, в частности к составу шихты, предназначенной для изготовления среднеплотных магнезиально-кварцевых проппантов (керамических расклинивающих агентов) с насыпной плотностью
1,5-1,75 г/см3.
Проппанты - прочные сферические гранулы, удерживающие трещины гидроразрыва пласта (ГРП) от смыкания под большим давлением и обеспечивающие необходимую производительность нефтяных и газовых скважин путем создания в пласте проводящего канала. В качестве проппантов (расклинивателей) используются различные органические и неорганические материалы - скорлупа грецких орехов, песок, песок с полимерным покрытием, а также синтетические керамические гранулы. К основным эксплуатационным характеристикам проппантов относятся насыпная плотность, разрушаемость, проницаемость проппантной пачки и ее устойчивость к воздействию кислот.
Еще одним важнейшим показателем качества расклинивающих агентов является водопоглощение материала, характеризующее состояние поверхности гранул, а именно, количество и размер поверхностных пор и микротрещин. Наличие значительного количества микротрещин и крупных поверхностных пор (высокое водопоглощение) приводит к тому, что при эксплуатации, в результате проникновения жидких агрессивных сред в поверхностные дефекты гранул, происходит постепенная деградация прочностных характеристик расклинивающего агента. Применяемые в ГРП керамические проппанты подразделяются на высокоплотные, среднеплотные, легковесные и ультралегковесные. С учетом соотношения цена/качество среднеплотные проппанты в настоящее время являются наиболее востребованными. Представленные на российском рынке керамические проппанты производятся из алюмосиликатного или магнезиально-кварцевого сырья. Использование природного магнезиально-кварцевого сырья, являющегося доступным и не требующим значительных затрат на переработку, позволяет получать конкурентный в ценовом отношении продукт.
Известны составы шихты на основе смеси термообработанного серпентинита с кварцполевошпатным песком для изготовления легковесного проппанта (патенты РФ 2446200, 2547033). Указанные технические решения позволяют получать расклиниватели с насыпной плотностью менее 1,4 г/см3. Составы шихты для получения магнийсиликатного проппанта средней плотности на основе природных магнийсиликатов или их смесей с природным кварцполевошпатным песком изложены в патентах РФ 2463329, 2588634, евразийском патенте 024901. Известна также шихта для изготовления магнийсиликатного проппанта (патент РФ 2563853), содержащая измельченную до фракции менее 8 мкм смесь термообработанного серпентинита и кварцполевошпатного песка. В качестве указанного песка шихта содержит песок Южно-Ильинского месторождения фракции менее 2 мм состава, мас.%: диоксид кремния (кварц) - 90,091,0, оксид алюминия - 3,3-3,5, оксид кальция - 0,9-1,0, оксид железа - 1,6-1,8, оксид калия - 1,2-1,3, оксид натрия - 0,7-0,8, примеси - остальное, при следующем соотношении компонентов шихты, мас.%: указанный серпентинит - 61,0-67,0, указанный песок - 33,0-39,0. Магнийсиликатный проппант характеризуется тем, что он получен из указанной шихты.
Из уровня техники известна Сырьевая шихта для изготовления магнезиально-кварцевого проппанта по патенту ЕА 036797, характеризующаяся содержанием в своем составе 17-34 мас.% MgO и состоящая из измельченных магнийсиликатного компонента и природного кремнеземистого песка, причем магнийсиликатный компонент представляет собой горную породу на основе антигорита или смесь указной горной породы и предварительно обожженного серпентинита, взятых в соотношении от 1 до 99 мас.%.
Из уровня техники известно изобретение Керамический расклинивающий агент по патенту РФ 2744130, технической задачей которого является снижение водопоглощения керамического расклинивающего агента за счет оптимизации соотношения кристаллических фаз для обеспечения минимального количества микротрещин, образующихся на поверхности проппанта. Для изготовления керамического расклинивающего агента составляется шихта, представляющая собой смесь предварительно обожженного серпентинита и кварцевого песка.
Недостатком вышеуказанных изобретений является повышенное водопоглощение проппанта. Вероятно, это связано с тем, что на поверхности обожженного проппанта сохраняется некоторое количество остаточных микротрещин.
Наиболее близким аналогом является изобретение Сырьевая шихта для изготовления магнезиально-кварцевого проппанта по патенту РФ 2646910, содержащая измельченную смесь предварительно обожженного магнийсиликатного компонента с кремнеземистым компонентом. Шихта содержит 17-34 мас.% MgO, а кремнеземистый компонент представляет собой отходы обогащения натрий-калиевого полевого шпата Малышевского рудоуправления со следующим усредненным химическим составом, мас.% в пересчете на прокаленное вещество: SiO2 - 84, Al2O3 - 9, MgO - 0,7, Fe2O3 - 0,5, СаО - 0,3, K2O 3,5, Na2O - 2, а магнийсиликатный компонент представляет собой серпентинит, или дунит, или оливинит. Отходы обогащения натрий-калиевого полевого шпата Малышевского рудоуправления представляют собой высококремнеземистое сырье, содержащее оксид алюминия, представленный в материале легкоплавкими алюмосиликатами натрия/калия (остатки натрий - калиевого полевого шпата).
Недостатком данного изобретения является повышенное водопоглощение проппанта.
- 1 043708
Авторы изобретения провели эксперимент по определению водопоглощения проппанта, полученного из шихты по патенту РФ 2646910. Результат определения водопоглощения отражен во 2 сроке таблицы.
Технической задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является снижение водопоглощения керамического проппанта.
Указанная задача решается тем, что шихта для изготовления керамического проппанта, содержащая 17-35 мас.% MgO, состоит из магнийсиликатного компонента и кварца, причем шихта дополнительно содержит микроклин при следующем соотношении компонентов, мас.%:
микроклин 0,1-15 магнийсиликатный компонент и кварц - остальное.
Керамический проппант характеризуется тем, что получен из указанной шихты.
Микроклин, используемый в качестве одного из компонентов шихты, является одним из наиболее распространенных породообразующих минералов группы полевых шпатов. Среди полевых шпатов различают кальциевые, натриевые, калиевые и натрий-калиевые. Минералы являются легкоплавкими материалами и могут быть использованы в качестве добавок в шихту для изготовления керамики с целью снижения температуры спекания изделий. Снижение температуры спекания достигается за счет образования при обжиге жидкой фазы, способствующей уплотнению изделий при более низких температурах. В рамках заявляемого технического решения были проведены исследования влияния добавки калиевого полевого шпата - микроклина на водопоглощение керамического проппанта.
Микроклин представляет собой структурно упорядоченную низкотемпературную модификацию калиевых полевых шпатов. Температура плавления 1100-1300°С. Теоретический химический состав минерала, мас.%: K2O - 16,92; Al^ - 18,32; SiO2 - 64,76.
Микроклин имеет более низкую температуру плавления, а его расплав обладает меньшей вязкостью при высоких температурах и более коротким температурным интервалом вязкого состояния по сравнению с расплавами более высокотемпературных калиевых полевых шпатов - ортоклаза и санидина.
Авторами экспериментальным путем установлено, что присутствие в составе магнезиальнокварцевой шихты микроклина обеспечивает, при проведении спекающего обжига проппанта - сырца, закрытие пор и трещин на поверхности обжигаемых гранул. По всей вероятности это связано с тем, что жидкая фаза, образующаяся в присутствии микроклина, обладает пониженной вязкостью. В результате чего во время обжига подвижная жидкая (аморфная фаза) залечивает образовавшиеся дефекты. Поскольку во время спекающего обжига поверхность гранул проппанта имеет более высокую температуру, поверхностные дефекты залечиваются более интенсивно, снижая тем самым водопоглощение проппанта. Немаловажным фактором, способствующим решению поставленной технической задачи, является то обстоятельство, что температура плавления микроклина (1100-1300°С) находится в интервале температур спекающего обжига магнезиально-кварцевого проппанта - сырца (1080-1350°С, в зависимости от содержания MgO в шихте).
Вместе с тем необходимо подчеркнуть, что по результатам рентгенофазового анализа в обожженном проппанте микроклин не образует самостоятельной кристаллической фазы и полностью переходит в аморфную стеклофазу переменного состава, являющуюся продуктом взаимодействия диоксида кремния, расплавленного микроклина и стеклообразующих примесей, присутствующих в используемом магнийсиликате.
Для получения проппанта средней плотности, как правило, используют шихту, содержащую 17-35 мас.% MgO. Традиционно подготовка исходной шихты для изготовления магнийсиликатных проппантов производится путем смешивания нетермообработанного и/или термообработанного при температуре 750-1450°С природного магнийсиликата (серпентинита, дунита, оливинита, форстерита и пр.) и кварцсодержащего компонента (кварца, кварцита, кварцевого песка, кварцполевошпатного песка и т.д.). Последующего измельчения смеси до фракции менее 100 мкм. Далее полученная шихта подается на грануляцию. Гранулированный проппант - сырец подвергается высокотемпературному обжигу, который производится для максимального уплотнения керамики и оптимизации ее химического и фазового состава. При этом состав шихты является одним из определяющих факторов для получения проппанта с заданными техническими характеристиками.
Поскольку природные магнийсиликаты содержат различное количество MgO и SiO2, контроль соотношения магнийсиликата и кварца в шихте рационально вести по содержанию оксида магния. Авторы подтверждают, что в рамках заявляемого изобретения исследовались составы шихты, содержащие 0,1-15 мас.% микроклина при содержании MgO в шихте от 17 до 35 мас.%.
Примеры осуществления изобретения
Пример 1.
Шихту с содержанием MgO в пересчете на прокаленное вещество приблизительно 31 мас.% получали путем смешивания 8,5 кг термообработанного при температуре 1150°С серпентинита, 2,489 кг дробленого кварца и 0,011 кг (0,1 мас.%) микроклина. Смесь измельчали до фракции менее 40 мкм и гранулировали на лабораторном тарельчатом грануляторе. Полученные гранулы обжигали в лабораторной
- 2 043708 печи при температуре 1260°С. Аналогичным образом готовили составы шихт с содержанием MgO от 17 до 35 мас.% с различным соотношением серпентинита, кварца и микроклина. Полученный гранулированный проппант - сырец обжигали при температурах, достаточных для получения проппанта по прочностным характеристикам соответствующим требованиям ГОСТ Р 54571-2011. Пропанты магнезиальнокварцевые. У обожженных гранул фракции 16/30 меш проводили измерение водопоглощения согласно требованиям ГОСТ 18847-84 Огнеупоры неформованные сыпучие. Методы определения водопоглощения, кажущейся плотности и открытой пористости зернистых материалов. Характеристики проппанта по приведенному примеру осуществления изобретения приведены в 3 строке таблицы.
Пример 2.
Шихту с содержанием MgO в пересчете на прокаленное вещество приблизительно 28 мас.% получали путем смешивания 5 кг предварительно синтезированного форстерита (2MgO-SiO2), 4,2 кг дробленого кварца и 0,8 кг (8 мас.%) микроклина. Смесь измельчали до фракции менее 40 мкм и гранулировали на лабораторном тарельчатом грануляторе. Полученные гранулы обжигали в лабораторной печи при температуре 1260°С. Полученный гранулированный проппант - сырец обжигали при температурах, достаточных для получения проппанта по прочностным характеристикам соответствующим требованиям ГОСТ Р 54571-2011. Пропанты магнезиально-кварцевые. У обожженных гранул фракции 16/30 меш проводили измерение водопоглощения согласно требованиям ГОСТ 18847-84 Огнеупоры неформованные сыпучие. Методы определения водопоглощения, кажущейся плотности и открытой пористости зернистых материалов. Характеристики проппанта по приведенному примеру осуществления изобретения приведены в 7 строке таблицы.
Пример 3.
Шихту с содержанием MgO в пересчете на прокаленное вещество приблизительно 28 мас.% получали путем смешивания 4 кг предварительно синтезированного форстерита (2MgO-SiO2), 1 кг нетермообработанного (ПМПП « 10 мас.%) антигорита (Mg6(Si4O10)(OH)8) Горнощитского месторождения (РФ, Свердловская обл.), 4,2 кг дробленого кварца и 0,8 кг (8 мас.%) микроклина. Смесь измельчали до фракции менее 40 мкм и гранулировали на лабораторном тарельчатом грануляторе. Полученные гранулы обжигали в лабораторной печи при температуре 1260°С. Полученный гранулированный проппант - сырец обжигали при температурах, достаточных для получения проппанта по прочностным характеристикам соответствующим требованиям ГОСТ Р 54571-2011. Пропанты магнезиально-кварцевые. У обожженных гранул фракции 16/30 меш проводили измерение водопоглощения согласно требованиям ГОСТ 18847-84 Огнеупоры неформованные сыпучие. Методы определения водопоглощения, кажущейся плотности и открытой пористости зернистых материалов. Характеристики проппанта по приведенному примеру осуществления изобретения приведены в 8 строке таблицы.
Анализ данных таблицы показывает, что заявляемая шихта позволяет получать керамический проппант, обладающий более низким водопоглощением в сравнении с известными техническими решениями.
Характеристики керамического проппанта
№ п/п Состав шихты, масс.% Содержание MgO, масс.% Водопоглощение масс.%>
1. Патент РФ 2744130 (пример 8) Обожженный серпентинит + кварцевый песок 100 31 2,1
2. патент РФ 2646910 (пример 2) Обожженный серпентинит + отходы обогащения натрий-калиевого полевого шпата 100 17 2,3
3. Пример 1 в описании Микроклин 0,1 Серпентинит + кварц - остальное (99,9) 31 1,8
4. Микроклин 5,0 Серпентинит + кварц - остальное (95,0) 17 1,7
5. Микроклин 8,0 Серпентинит + кварц - остальное (92,0) 28 1,7
6. Микроклин 15,0 Серпентинит + кварц - остальное (85,0) 35 1,6
7. Пример 2 в описании Микроклин 8,0 Форстерит + кварц - остальное (92,0) 28 1,7
8. Пример 3 в описании Микроклин 8,0 Форстерит + антигорит + кварц - остальное (92,0) 28 1,7
9. Микроклин 10,0 Серпентинит + кварц - остальное (90,0) 35 1,6
10. Микроклин 2,0 Серпентинит + кварц - остальное (98,0) 30 1,8

Claims (2)

  1. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
    1. Шихта для изготовления керамического проппанта, содержащая 17-35 мас.% MgO и состоящая из магнийсиликатного компонента и кварца, отличающаяся тем, что дополнительно содержит микроклин при следующем соотношении компонентов, мас.%:
    микроклин - 0,1-15;
    магнийсиликатный компонент и кварц - остальное.
  2. 2. Керамический проппант, характеризующийся тем, что получен из шихты по п.1.
EA202291244 2022-05-13 Шихта для изготовления керамического проппанта и проппант EA043708B1 (ru)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EA043708B1 true EA043708B1 (ru) 2023-06-15

Family

ID=

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4668645A (en) Sintered low density gas and oil well proppants from a low cost unblended clay material of selected composition
US20080073083A1 (en) Precursor compositions for ceramic proppants
RU2694363C1 (ru) Керамический расклинивающий агент и его способ получения
RU2742891C2 (ru) Способ изготовления магнийсиликатного проппанта средней плотности и проппант
RU2588634C9 (ru) Способ получения керамического расклинивающего агента (варианты)
RU2394063C1 (ru) Способ изготовления проппанта из глиноземсодержащего сырья
El-Fadaly Characterization of porcelain stoneware tiles based on solid ceramic wastes
RU2619603C1 (ru) Проппант и способ получения проппанта
CN106242504B (zh) 一种强化骨质日用瓷及其制备方法
RU2374206C1 (ru) Сырьевая смесь и способ изготовления керамических изделий
TW201741265A (zh) 大型陶瓷板及其製造方法
JP4966596B2 (ja) セラミック用素地及びセラミック焼成体
RU2739180C1 (ru) Способ получения магнийсиликатного проппанта и проппант
RU2211198C2 (ru) Шихта для изготовления огнеупорных высокопрочных сферических гранул и способ их производства
RU2728300C1 (ru) Способ получения проппанта - сырца из природного магнийсиликатного сырья
EA043708B1 (ru) Шихта для изготовления керамического проппанта и проппант
RU2781688C1 (ru) Шихта для изготовления керамического проппанта и проппант
RU2668599C1 (ru) Композиционная керамическая смесь
Etukudoh et al. Characterization of Ezzodo clay deposit for its industrial potentials
Darweesh Ceramic wall and floor tiles containing local waste of cement kiln dust—part II: dry and firing shrinkage as well as mechanical properties
Vakalova et al. Alumosilicate ceramic proppants based on natural refractory raw materials
Alimdzhanova et al. The effect of quartz-pyrophyllite raw material on porcelain structure formation
RU2755191C2 (ru) Способ изготовления проппанта и проппант
Peck Changes in the Constitution and Microstructure of Andalusite, Cyanite, and Sillimanite at High Temperatures and their Significance in Industrial Practice
Najim Synthesis of industrial ceramic (cordierite) from Iraqi raw materials through solid-state sintering method