RU2515280C2 - Method of magnesian-quartz proppant production - Google Patents
Method of magnesian-quartz proppant production Download PDFInfo
- Publication number
- RU2515280C2 RU2515280C2 RU2012131774/03A RU2012131774A RU2515280C2 RU 2515280 C2 RU2515280 C2 RU 2515280C2 RU 2012131774/03 A RU2012131774/03 A RU 2012131774/03A RU 2012131774 A RU2012131774 A RU 2012131774A RU 2515280 C2 RU2515280 C2 RU 2515280C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- grinding
- magnesian
- quartz
- grinding bodies
- proppants
- Prior art date
Links
Abstract
Description
Изобретение относится к производству керамических проппантов (расклинивателей) магнезиальнокварцевого состава, предназначенных для использования в нефтегазодобывающей промышленности в качестве расклинивающих агентов при добыче углеводородов методом гидравлического разрыва пласта (ГРП).The invention relates to the production of ceramic proppants (proppants) of magnesian-quartz composition, intended for use in the oil and gas industry as proppants in hydrocarbon production by hydraulic fracturing.
Проппанты - прочные сферические гранулы, удерживающие трещины ГРП от смыкания под большим давлением и обеспечивающие необходимую производительность нефтяных скважин путем обеспечения в пласте проводящего канала. В качестве проппантов используются различные органические и неорганические материалы, например скорлупа грецких орехов, песок, песок с полимерным покрытием и пр. Однако, в силу своих микроструктурных особенностей, наиболее применяемыми являются керамические проппанты, поскольку по основным техническим характеристикам, определяемым требованиями ISO 13503-2:2006(Е) (гранулометрическому составу, сферичности, округлости, сопротивлению раздавливанию, плотности, растворимости в кислотах и мутности смачивающей проппанты жидкости), они превосходят другие типы расклинивателей, применяемых для ГРП.Proppants are strong spherical granules that hold hydraulic fractures from closing under high pressure and provide the necessary productivity of oil wells by providing a conductive channel in the formation. Various organic and inorganic materials are used as proppants, for example, walnut shells, sand, polymer coated sand, etc. However, due to their microstructural features, ceramic proppants are the most used, since the main technical characteristics are determined by the requirements of ISO 13503-2 : 2006 (E) (granulometric composition, sphericity, roundness, crush resistance, density, acid solubility and turbidity of a proppant-wetting liquid), they are superior other types rasklinivateley used for hydraulic fracturing.
Среди керамических проппантов наиболее распространенными являются алюмосиликатные и магнезиальнокварцевые, в меньшей степени на рынке представлены кремнеземистые проппанты. Технологические схемы производства керамических проппантов в подавляющем большинстве случаев сходны и включают в себя подготовку шихты (как правило, смешение предварительно измельченных исходных компонентов в заданном соотношении или их совместный помол), грануляцию материала и высокотемпературный обжиг гранул, который производится для максимального уплотнения и оптимизации химического и фазового состава керамики. Сопротивление раздавливанию является одной из важнейших характеристик, определяющих потребительские свойства проппантов. Многочисленными исследованиями, проведенными заинтересованными организациями, установлено, что минимальной разрушаемостью под действием сжимающих нагрузок обладают гранулы, полученные из шихты, содержащей более 45 масс.% фракции менее 5 мкм, поскольку именно тонкие фракции обеспечивают полноту прохождения процесса спекания. В лабораторных условиях подобного фракционного состава добиваются при длительном сухом вибрационном измельчении или путем последовательного выполнения сначала сухого, а затем продолжительного мокрого помола. В условиях серийного крупнотоннажного производства достижение такой степени измельчения невозможно без существенного снижения производительности оборудования. В связи с этим предприятия-изготовители проппантов ведут интенсивные исследования, направленные на улучшение качества помола исходных мтериалов без потери производительности мельниц. Особенно остро эта проблема стоит при производстве магнезиальнокварцевых проппантов, производимых на основе физических смесей обожженного серпентинита и кварцполевопатных песков, поскольку из-за различной размолоспособности компонентов, шихта плохо поддается совместному измельчению, в результате чего проппант имеет недостаточно высокую прочность.Among ceramic proppants, the most common are aluminosilicate and magnesian-quartz, to a lesser extent, silica proppants are on the market. The technological schemes for the production of ceramic proppants in the vast majority of cases are similar and include the preparation of a mixture (as a rule, mixing pre-crushed initial components in a predetermined ratio or their joint grinding), granulation of the material and high-temperature firing of granules, which is performed to maximize compaction and optimization of chemical and phase composition of ceramics. Crush resistance is one of the most important characteristics determining the consumer properties of proppants. Numerous studies conducted by interested organizations have found that granules obtained from a mixture containing more than 45 wt.% Fractions of less than 5 μm have the minimum destructibility under compressive loads, since it is precisely the fine fractions that ensure the completion of the sintering process. In laboratory conditions, a similar fractional composition is achieved with long-term dry vibration grinding or by sequentially performing first dry and then continuous wet grinding. In the conditions of mass large-scale production, the achievement of such a degree of grinding is impossible without a significant reduction in equipment productivity. In this regard, proppant manufacturers are conducting intensive research aimed at improving the quality of grinding of the initial materials without loss of mill productivity. This problem is especially acute in the production of magnesian-quartz proppants, produced on the basis of physical mixtures of calcined serpentinite and quartz-field sand, since due to the different grinding ability of the components, the charge is difficult to grind together, as a result of which the proppant has insufficiently high strength.
Известен способ изготовления керамических расклинивателей (проппантов) нефтяных скважин (см. патент РФ №2235703) из магнийсиликатного материала на основе форстерита с содержанием последнего 55-80%, который последовательно измельчают, гранулируют и обжигают при температуре 1150-1350°C. Данный способ изготовления проппанта был реализован на предприятях ООО «ФОРЭС» (РФ, г. Екатеринбург) с использованием сухого помола.A known method of manufacturing ceramic proppants (proppants) of oil wells (see RF patent No. 2235703) from a magnesium silicate material based on forsterite with a content of the latter 55-80%, which is subsequently crushed, granulated and fired at a temperature of 1150-1350 ° C. This method of manufacturing proppant was implemented at the enterprises of LLC "FORES" (Russia, Yekaterinburg) using dry grinding.
Недостатком известного способа является то, что изготовленные таким способом проппанты имеют недостаточно высокие показатели прочности. Это объясняется несколькими причинами, в том числе и тем, что содержание фракции менее 5 мкм в молотой шихте не превышает 35-40 масс.%. В результате чего после спекания керамика содержит остаточную пористость в пределах 5-8 об.%, отрицательно влияющую на прочность материала.The disadvantage of this method is that the proppants made in this way have insufficiently high strength indicators. This is due to several reasons, including the fact that the content of the fraction of less than 5 microns in the ground mixture does not exceed 35-40 wt.%. As a result, after sintering, the ceramic contains a residual porosity in the range of 5-8 vol.%, Adversely affecting the strength of the material.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому решению является способ изготовления изделий из алюминиевых шлаков (патент РФ №2163227), в котором керамические расклиниватели нефтяных скважин получают из более дешевого глиноземсодержащего сырья. Способ включает в себя следующие операции: спекание исходного сырья, его измельчение, компактирование и обжиг полученных гранул. Спекание исходного сырья осуществляют в аглочаше при 1360-1650°C, а обжиг гранул ведут при 1180-1350°C. Измельчение осуществляют мокрым помолом в слабокислой среде при pH 4,5-6,0 до удельной поверхности более 12000 см2/г, а компактирование изделий осуществляется грануляцией из порошков, полученных распылительной сушкой шликера в башенном распылительном сушиле (БРС) в присутствии 0,01-0,3% гидрофобного ПАВ.The closest in technical essence to the claimed solution is a method of manufacturing products from aluminum slag (RF patent No. 2163227), in which ceramic oil well proppants are obtained from cheaper alumina-containing raw materials. The method includes the following operations: sintering of the feedstock, its grinding, compaction and firing of the obtained granules. Sintering of the feedstock is carried out in an agglomerate at 1360-1650 ° C, and granules are fired at 1180-1350 ° C. Grinding is carried out by wet grinding in a slightly acidic environment at pH 4.5-6.0 to a specific surface of more than 12000 cm 2 / g, and the products are compacted by granulation from powders obtained by spray drying of a slip in a tower spray dryer (BRS) in the presence of 0.01 -0.3% hydrophobic surfactant.
Известный способ изготовления проппанта также был реализован на предприятиях ООО «ФОРЭС» (РФ, г. Екатеринбург) с использованием предварительного сухого и окончательного мокрого измельчения. Применение мокрого помола в некоторой степени улучшает прочностные характеристики проппанта, однако содержание фракции менее 5 мкм остается недостаточно высоким (в пределах 40-45 масс.%), кроме того в измельченной шихте, поступающей в БРС и далее на грануляцию резко возрастает содержание намолотого железа, которое при обжиге нарушает микро- и макроструктуру керамики. Оба перечисленных фактора отрицательно сказываются на прочностных характеристиках материала.The known method of manufacturing proppant was also implemented at the enterprises of LLC "FORES" (Russia, Yekaterinburg) using preliminary dry and final wet grinding. The use of wet grinding to some extent improves the strength characteristics of the proppant, however, the fraction content of less than 5 μm remains not high enough (within 40-45 wt.%), In addition, the content of ground iron sharply increases in the crushed mixture entering the BRS and further to granulation, which, when fired, violates the micro- and macrostructure of ceramics. Both of these factors adversely affect the strength characteristics of the material.
Технической задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является снижение разрушаемости гранул проппанта за счет улучшения качества помола шихты, достигаемого путем повышения количества тонкодисперсной (менее 5 мкм) фракции свыше 50 масс.%, а также за счет снижения общего количества намолотого железа.The technical problem to which the claimed invention is directed is to reduce the breakability of the proppant granules by improving the quality of the charge grinding, achieved by increasing the amount of finely dispersed (less than 5 microns) fraction over 50 wt.%, As well as by reducing the total amount of ground iron.
Указанный результат достигается тем, что в известном способе изготовления магнезиальнокварцевого проппанта, включающем подготовку шихты, сухой и мокрый помол, грануляцию и обжиг гранул, мокрый помол осуществляют в шаровой мельнице, загруженной смесью металлических и керамических мелющих тел, при следующем их соотношении, масс.%:This result is achieved by the fact that in the known method of manufacturing magnesian-quartz proppant, including the preparation of the mixture, dry and wet grinding, granulation and firing of granules, wet grinding is carried out in a ball mill loaded with a mixture of metal and ceramic grinding media, in the following ratio, wt.% :
причем керамические мелющие тела изготовлены из шихты, используемой при производстве указанного проппанта, а коэффициент заполнения мельницы составляет 0,48-0,55. Кроме того, размер керамических мелющих тел не превышает размера металлических мелющих тел.moreover, the ceramic grinding bodies are made of a mixture used in the production of the specified proppant, and the fill factor of the mill is 0.48-0.55. In addition, the size of ceramic grinding media does not exceed the size of metallic grinding media.
Включение в состав загрузки мельницы смеси металлических и керамических мелющих тел обусловлено необходимостью совмещения ударного измельчения материала и его истирания. Металлические мелющие тела обеспечивают ударное измельчение, а керамические работают на истирание. Поскольку используемые керамические мелющие тела имеют меньшую плотность по сравнению с металлическими, загрузка мельницы мокрого помола мелющими телами в заявляемом соотношении обеспечивает коэффициент заполнения в интервале 0,48-0,55, в результате чего при помоле шихта полностью закрыта мелющими телами, а измельченный материал содержит свыше 50 масс.% фракции менее 5 мкм. Использование для изготовления керамических мелющих тел шихты того же состава, что и измельчаемый материал не привносит дополнительных примесей в шихту, а также обеспечивает снижение общего количества намолотого железа, что благоприятно отражается на микро - и макроструктуре спеченной керамики и, в конечном итоге, на ее прочностных характеристиках. Уменьшение коэффициента заполнения мельницы ниже 0,48 (при одинаковой загрузке измельчаемого материала) снижает производительность оборудования, увеличение коэффициента заполнения свыше 0,55 снижает интенсивность помола и приводит к тому, что материал остается недоизмельченным. Дополнительно необходимо отметить, что замена части металлических мелющих тел керамическими снижает себестоимость продукции за счет уменьшения нетто-энергии помола и увеличения ресурса работы помольного оборудования. Загрузка керамических мелющих тел в количестве менее 10 масс.% не обеспечивает необходимого количества тонких фракций, а увеличение загрузки керамических мелющих свыше 50 масс.% приводит к тому, что измельченный материал содержит значительные количества более крупных фракций, ухудшающих спекаемость керамики. С целью улучшения истирающего эффекта при помоле предпочтительно, чтобы размер керамических мелющих тел не превышал размера металлических.The inclusion of a mixture of metal and ceramic grinding media in the mill loading is due to the need to combine impact grinding of the material and its abrasion. Metal grinding bodies provide impact grinding, and ceramic grinding work. Since the used ceramic grinding bodies have a lower density compared to metal, the loading of the wet grinding mill with grinding bodies in the claimed ratio provides a fill factor in the range of 0.48-0.55, as a result of which, when grinding, the charge is completely closed by grinding bodies, and the crushed material contains over 50 wt.% fractions less than 5 microns. The use of a mixture of the same composition as the material to be ground for the manufacture of ceramic grinding bodies does not introduce additional impurities into the mixture, and also reduces the total amount of ground iron, which favorably affects the micro- and macrostructure of sintered ceramics and, ultimately, its strength characteristics. A decrease in the mill fill factor below 0.48 (with the same load of the crushed material) reduces the productivity of the equipment, an increase in the fill factor above 0.55 reduces the grinding intensity and leads to the fact that the material remains underfinished. In addition, it should be noted that replacing a portion of metal grinding media with ceramic reduces the cost of production by reducing the net grinding energy and increasing the life of the grinding equipment. A loading of ceramic grinding media in an amount of less than 10 wt.% Does not provide the required amount of fine fractions, and an increase in the loading of ceramic grinding media over 50 wt.% Leads to the fact that the crushed material contains significant amounts of larger fractions that impair the sintering ability of the ceramic. In order to improve the abrasion effect during grinding, it is preferable that the size of the ceramic grinding media does not exceed the size of the metal.
Пример осуществления изобретения.An example embodiment of the invention.
Для проведения исследования был выбрана предварительно измельченная до фракции менее 30 мкм магнезиальнокварцевая шихта, представляющая собой физическую смесь обожженного серпентинита и кварцполевошпатного песка следующего химического состава, масс.%: MgO - 27,9, SiO2 - 58,3, Fe2O3 - 8,1, примеси - остальное в количестве 2,5 т. Для мокрого измельчения использовалась промышленная мельница мокрого помола МШМП - 17 (диаметр 1,7 м, длина - 2,0 м), в которую загружали стальные мелющие тела (диаметр 20 мм) в количестве 75 масс.% (6 т) и керамические мелющие тела (диаметр 15-18 мм), изготовленные из вышеприведенной шихты, в количестве 25 масс.% (2 т). Шихта измельчалась в течение 2,5 часов, при скорости вращения мельницы 28 об/мин. У измельченной шихты на фотоседиментографе Horiba LA - 300 определяли фракционный состав и подавали ее на грануляцию и обжиг. Обожженные гранулы фракции 20/40 меш тестировались на разрушаемость согласно требованиям ISO 13503-2:2006(Е). На той же мельнице при аналогичной загрузке и параметрах работы производились помолы материала с различным соотношением металлических и керамических мелющих тел. Дополнительно был произведен помол указанной шихты только металлическими мелющими телами (по аналогии с патентами РФ №2163227 и №2235703). Результаты исследований представлены в таблице.To conduct the study, a pre-crushed magnesian-quartz charge, which is a physical mixture of calcined serpentinite and quartz-feldspar sand of the following chemical composition, wt.%: MgO - 27.9, SiO 2 - 58.3, Fe 2 O 3 - 8.1, impurities - the rest in the amount of 2.5 tons. For wet grinding, an MSMMP - 17 industrial wet grinding mill was used (diameter 1.7 m, length 2.0 m), into which steel grinding bodies were loaded (diameter 20 mm ) in an amount of 75 wt.% (6 t) and ceramic grinding media (diameter 15-18 mm) made of the above mixture in an amount of 25 wt.% (2 t). The mixture was crushed for 2.5 hours, with a mill rotation speed of 28 rpm. The fractional composition was determined on a crushed charge on a Horiba LA-300 photosedimentograph and fed to granulation and firing. The fired granules of the 20/40 mesh fraction were tested for destructibility according to the requirements of ISO 13503-2: 2006 (E). At the same mill with the same loading and operating parameters, the material was ground with a different ratio of metal and ceramic grinding media. Additionally, the specified charge was milled only with metal grinding bodies (by analogy with Russian patents No. 2163227 and No. 2235703). The research results are presented in the table.
5-10 мкм -40
10-30 мкм -20<5 μm -40
5-10 microns -40
10-30 microns -20
5-10 мкм -40
10-30 мкм -15<5 μm -45
5-10 microns -40
10-30 microns -15
5-10 мкм -40
10-30 мкм -10<5 μm -50
5-10 microns -40
10-30 μm -10
5-10 мкм -40
10-30 мкм -5<5 μm -55
5-10 microns -40
10-30 microns -5
5-10 мкм -35
10-30 мкм -10<5 μm -55
5-10 μm -35
10-30 μm -10
5-10 мкм -30
10-30 мкм -25<5 μm -45
5-10 microns -30
10-30 microns -25
5-10 мкм -40
10-30 мкм -15<5 μm -45
5-10 microns -40
10-30 microns -15
Анализ данных таблицы показывает, что магнезиальнокварцевый проппант (примеры 3-5), полученный заявляемым способом, обладает более высокой прочностью, чем известные аналоги.Analysis of the data in the table shows that magnesian-quartz proppant (examples 3-5) obtained by the claimed method has a higher strength than the known analogues.
Claims (3)
причем коэффициент заполнения мельницы составляет 0,48-0,55.1. A method of manufacturing magnesian-quartz proppant, including the preparation of the mixture, its wet grinding, granulation and firing of granules, characterized in that the wet grinding of the material is carried out in a ball mill loaded with a mixture of metal grinding media and grinding media made from a mixture used to produce the specified magnesian-quartz proppant, in the following ratio of loading components, wt.%:
moreover, the fill factor of the mill is 0.48-0.55.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012131774/03A RU2515280C2 (en) | 2012-07-24 | 2012-07-24 | Method of magnesian-quartz proppant production |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012131774/03A RU2515280C2 (en) | 2012-07-24 | 2012-07-24 | Method of magnesian-quartz proppant production |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2012131774A RU2012131774A (en) | 2014-01-27 |
RU2515280C2 true RU2515280C2 (en) | 2014-05-10 |
Family
ID=49957055
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2012131774/03A RU2515280C2 (en) | 2012-07-24 | 2012-07-24 | Method of magnesian-quartz proppant production |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2515280C2 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2559266C1 (en) * | 2014-08-05 | 2015-08-10 | Открытое акционерное общество "Боровичский комбинат огнеупоров" | Proppant and production method of proppant |
RU2651680C1 (en) * | 2016-11-15 | 2018-04-23 | Общество с ограниченной ответственностью "Красноярский Завод Проппантов" | Method for manufacture of lightweight magnesia-quartz proppant |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2163227C1 (en) * | 2000-07-11 | 2001-02-20 | Шмотьев Сергей Федорович | Method of manufacturing ceramic products from aluminum slags |
RU2235703C1 (en) * | 2003-05-12 | 2004-09-10 | Шмотьев Сергей Федорович | Method of manufacturing ceramic disjoining members for oil wells |
RU2437913C1 (en) * | 2010-06-03 | 2011-12-27 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Форэс" | Procedure for preparation of light-weight magnesium-silicate propping agent and propping agent |
-
2012
- 2012-07-24 RU RU2012131774/03A patent/RU2515280C2/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2163227C1 (en) * | 2000-07-11 | 2001-02-20 | Шмотьев Сергей Федорович | Method of manufacturing ceramic products from aluminum slags |
RU2235703C1 (en) * | 2003-05-12 | 2004-09-10 | Шмотьев Сергей Федорович | Method of manufacturing ceramic disjoining members for oil wells |
RU2437913C1 (en) * | 2010-06-03 | 2011-12-27 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Форэс" | Procedure for preparation of light-weight magnesium-silicate propping agent and propping agent |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2559266C1 (en) * | 2014-08-05 | 2015-08-10 | Открытое акционерное общество "Боровичский комбинат огнеупоров" | Proppant and production method of proppant |
RU2651680C1 (en) * | 2016-11-15 | 2018-04-23 | Общество с ограниченной ответственностью "Красноярский Завод Проппантов" | Method for manufacture of lightweight magnesia-quartz proppant |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2012131774A (en) | 2014-01-27 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US8785356B2 (en) | Method for the production of a lightweight magnesium silicate proppant and a proppant | |
RU2463329C1 (en) | Method of producing silicon-magnesium proppant, and proppant | |
US9234127B2 (en) | Angular abrasive proppant, process for the preparation thereof and process for hydraulic fracturing of oil and gas wells | |
RU2615563C9 (en) | Ceramic proppant and its production method | |
RU2742891C2 (en) | Method for producing medium-density magnesium silicate proppant and proppant | |
US20160053162A1 (en) | Method of manufacturing of light ceramic proppants and light ceramic proppants | |
US10093849B2 (en) | Proppants and anti-flowback additives comprising flash calcined clay, methods of manufacture, and methods of use | |
CN107699225A (en) | A kind of petroleum fracturing propping agent and production technology and purposes | |
AU2018200659A1 (en) | Proppant Material Incorporating Fly Ash and Method of Manufacture | |
AU2015259045A1 (en) | Ultra-light ultra-strong proppants | |
CN113046052B (en) | Ceramsite proppant and preparation method thereof | |
RU2515280C2 (en) | Method of magnesian-quartz proppant production | |
RU2476476C2 (en) | Manufacturing method of ceramic proppant, and proppant itself | |
US20170275209A1 (en) | Addition of mineral-containing slurry for proppant formation | |
CN102942368A (en) | Method for preparing high-strength petroleum fracturing propping agent from low-grade bauxite | |
RU2389710C1 (en) | Method of making aluminosilicate proppant and composition for making said proppant | |
US20160194554A1 (en) | Ceramic proppants of medium strength and a method for manufacturing thereof | |
US20180305610A1 (en) | Method for preparing bauxite and/or kaolin for use in ceramic proppants | |
De Moraes et al. | Laboratory study of an organic binder for pelletization of a magnetite concentrate | |
RU2521989C1 (en) | High-strength magnesium silicate proppant obtaining method | |
CN103468240A (en) | Ultralow-density ceramsite proppant with flint clay tailings as raw materials and preparation method of ultralow-density ceramsite proppant | |
CN102676151B (en) | Ultra-low-density ceramic proppant taking pebbles as main additive and preparation method thereof | |
RU2534553C1 (en) | Method of producing expanded pearlite-based microspherical filler | |
CN104355597A (en) | Low-density moderate-strength ceramsite and preparation method thereof | |
CN103242819A (en) | Ultrahigh-density ceramsite proppant and preparation method thereof |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20200725 |