RU2563853C1 - Шихта для изготовления магнийсиликатного проппанта и проппант - Google Patents
Шихта для изготовления магнийсиликатного проппанта и проппант Download PDFInfo
- Publication number
- RU2563853C1 RU2563853C1 RU2014132124/03A RU2014132124A RU2563853C1 RU 2563853 C1 RU2563853 C1 RU 2563853C1 RU 2014132124/03 A RU2014132124/03 A RU 2014132124/03A RU 2014132124 A RU2014132124 A RU 2014132124A RU 2563853 C1 RU2563853 C1 RU 2563853C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- proppant
- sand
- oxide
- charge
- magnesium
- Prior art date
Links
Landscapes
- Silicates, Zeolites, And Molecular Sieves (AREA)
- Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
Abstract
Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, а именно к технологии изготовления керамических проппантов, предназначенных для использования в качестве расклинивающих агентов при добыче нефти или газа методом гидравлического разрыва пласта - ГРП. Шихта для изготовления магнийсиликатного проппанта, содержащая измельченную до фракции менее 8 мм смесь термообработанного серпентинита и кварцполевошпатного песка, в качестве указанного песка содержит песок Южно-Ильинского месторождения фракции менее 2 мм, состава, мас.%: диоксид кремния 90,0 - 91,0, 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 получен из вышеуказанной шихты. 2 н.п. ф-лы, 1 пр., 1 табл.
Description
Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, а именно к технологии изготовления керамических проппантов, предназначенных для использования в качестве расклинивающих агентов при добыче нефти или газа методом гидравлического разрыва пласта - ГРП. Гидравлический разрыв пласта является процессом нагнетания жидкостей в нефтеносный или газоносный подземный пласт при достаточно высоких скоростях и давлениях, в результате чего пласт растрескивается. Для удерживания трещины в открытом состоянии после снятия давления разрыва применяется расклинивающий агент (проппант), который смешивается с нагнетаемой жидкостью. Применение ГРП увеличивает поток текучих сред из нефтяного или газового резервуара в скважину за счет увеличения общей площади контакта между резервуаром и скважиной, а также за счет того, что слой проппанта в трещине имеет более высокую проницаемость, чем проницаемость пласта.
Современные материалы, широко используемые для закрепления трещин в раскрытом состоянии, можно разделить на два вида - кварцевые пески и синтетические проппанты. К физическим характеристикам проппантов, которые влияют на проводимость трещины и дебит скважины, относятся такие параметры, как прочность, гранулометрический состав, форма гранул (сферичность и округлость) и плотность.
Первым и наиболее часто используемым материалом для закрепления трещин являются пески, плотность которых составляет приблизительно 2,65 г/см3. Пески обычно используются при гидроразрыве пластов, в которых напряжение сжатия не превышает 40 МПа. Для снижения разрушаемости материала и улучшения его эксплуатационных характеристик на зерна песка наносят специальное полимерное покрытие. В конце 70-х годов с созданием новых среднепрочных и высокопрочных синтетических проппантов начался подъем в области применения ГРП на газовых и нефтяных месторождениях, приуроченных к плотным песчаникам и известнякам, расположенным на больших глубинах.
Среднепрочными являются керамические проппанты плотностью 2,7 - 3,3 г/см3 используемые при напряжении сжатия до 69 МПа. Сверхпрочные проппанты с плотностью 3,3 - 3,8 г/см3, используются при напряжении сжатия до 100 МПа. Производятся и используются также облегченные проппанты с плотностью 2,55 г/см3 и менее. На протяжении длительного времени среди специалистов, работающих в сфере нефтедобычи, преобладало мнение, что основным параметром проппанта, обеспечивающим максимальный дебит скважины, является его прочность. В этой связи с увеличением глубины скважин применялся все более плотный и соответственно более прочный проппант. Однако в серии масштабных комплексных полевых испытаний, проведенных в 2011 - 2013 годах компанией Oxane Materials, было убедительно показано, что проппант с пониженной плотностью (среднеплотный или облегченный) и усовершенствованной поверхностью, не обладающий исключительными прочностными характеристиками, способен обеспечивать высокие дебиты как средних, так и глубоких скважин. Этот эффект достигается преимущественно за счет улучшения переноса и оптимизации расположения проппанта в трещинах при проведении операции ГРП с использованием жидкостей с низкой вязкостью, что является особенно актуальным при использовании технологии горизонтального бурения в сочетании с гидроразрывом (см. доклады компании Oxane Materials на конференции SPE Hydraulic Fracturing Technology в Woodlands, штат Техас, США, 4-6 февраля 2014 г.).
Транспортировка проппанта является результатом трех основных механизмов: гравитационного оседания (Закон Стокса), осаждения (образование дюн) и сальтации. Соответственно снижение плотности проппанта уменьшает скорость осаждения, а низкий коэффициент трения уменьшает высоту дюны, в результате чего расклинивающий агент проходит все дальше в трещину.
Трение является ключевым механизмом переноса в системах жидкости с низкой вязкостью. Поскольку гидравлические разрывы характеризуются значительной шероховатостью и извилистостью, каждый раз, когда частица проппанта сталкивается c поверхностью образования трещины или с соседней частицей проппанта, она теряет энергию переноса. Кроме того, доступная энергия для переноса (то есть скорость жидкости) быстро рассеивается по мере того, как разрыв стремится к распространению и по мере того, как жидкость, применяемая для ГРП, устремляется в направлении сопряженных разрывов. Причем, в начале ГРП проппант обязательно будет сконцентрирован в первичном разрыве, препятствуя продвижению следующих порций расклинивателя. Следовательно, в процессе роста гидроразрыва трение в гидравлической системе постоянно усиливается. Для гранулированных твердых веществ, сила трения может быть определена количественно с помощью угла естественного откоса, который зависит от коэффициента трения. Применительно к проппантам это означает, что материал с низким коэффициентом трения будет иметь небольшой угол естественного откоса, в результате чего образуется более широкая, но неглубокая пачка, поэтому следующим порциям проппанта легче перемещаться над неглубокой дюной, чем над крутой. В результате этого увеличивается расклиненная длина трещин. В системе гидравлического разрыва, этот фактор имеет прямое влияние на дебит скважины.
Уменьшения угла естественного откоса сыпучего материала можно добиться путем снижения его удельной плотности, а также путем придания частицам более гладкой поверхности.
Специалистам, работающим в области производства керамических проппантов, известны способы снижения удельной плотности расклинивателей. Например, путем введения в материал порообразующих добавок или использованием некоторых специальных технологических приемов, обеспечивающих создание в центре гранулы крупной единичной поры. Однако в этих случаях неизбежным становится значительное снижение прочности расклинивателя. Наиболее предпочтительным способом снижения удельной плотности материала является изменение состава исходной шихты с использованием природного сырья, взятого с конкретного месторождения.
Известен, например, проппант из каолина Нижне-Увельского месторождения и способ его применения (патент РФ №2521680), представляющий собой спеченные обожженные керамические гранулы со средним размером 0,15-2,0 мм, с насыпной плотностью 1,35-1,47 г/см3 и удельным весом 2,37-2,49 г/см3, состава, мас.%: оксид алюминия 17,00-29,00, диоксид кремния 65,00-77,00, оксид кальция 0,20-0,39, оксид хрома 0,03-0,0, оксид железа 1,80-4,20, оксид калия 0,40-0,95, оксид натрия 0,20-0,38, оксид титана 1,20-2,00, оксид магния 0,50-1,00, оксид марганца 0,00-0,01, пятиокись фосфора 0,00-0,01. В известном техническом решении снижение плотности проппанта алюмосиликатного состава достигается за счет формирования в грануле микропористой структуры, что приводит к снижению прочностных характеристик материала.
В последнее десятилетие все большее доверие потребителей завоевывают магнийсиликатные проппанты, производимые из природного сырья на основе серпентинита, оливинита, дунита как самостоятельно, так и в виде смеси с природным кварцполевошпатным песком. Указанные проппанты в силу физико-химических особенностей исходного сырья изначально обладают пониженной удельной плотностью.
Известна шихта для изготовления магнийсиликатного проппанта и проппант, полученный из этой шихты (патент РФ №2463329), где в качестве добавки используют смесь брусита, колеманита, кремнефтористого натрия и фаялита в количестве 0,4-3,0% от массы шихты на основе магнийсиликатного сырья, при следующем их соотношении, % от массы шихты: брусит 0,1-1,0, колеманит 0,1-0,6, кремнефтористый натрий 0,1-0,4, фаялит 0,1-1,0, при общем содержании MgO в шихте - 19-48 масс.%. Причем обжиг осуществляют при температуре 1150-1220°С, а в качестве основного компонента шихты используют природное магнийсиликатное сырье - серпентинит, оливинит, дунит как самостоятельно, так и в виде смеси с природным кварцполевошпатным песком.
Недостатком известного технического решения является повышенная удельная плотность проппанта (2,75 г/см3), обусловленная применением спекающей добавки.
Наиболее близкими по технической сущности к заявляемому техническому решению являются шихта для изготовления высокопрочного магнийсиликатного проппанта (патент РФ №2521989), содержащая кварцполевошпатный песок и магнийсиликатное сырье, где помол исходной шихты, содержащей 24-28 масс. % MgO, осуществляют до фракции 8 мкм и менее, а гранулирование производят на воде с добавлением натриевой или калиевой соли полиметиленнафта-линсульфокислоты или поликарбоксиметиленсульфокислоты в количестве 0,02-0,07% от массы шихты в пересчете на твердое вещество, и проппант, полученный из этой шихты. Полученный проппант, имея низкую разрушаемость, также обладает повышенной удельной плотностью (2,75-2,8 г/см3).
Технической задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является получение магнийсиликатного проппанта с удельной плотностью 2,5-2,7 г/см3 и углом естественного откоса 25-27°, при сохранении его прочностных характеристик, осуществляемое за счет используемого состава шихты.
Указанный результат достигается тем, что шихта для изготовления магнийсиликатного проппанта, содержащая измельченную до фракции менее 8 мкм смесь термообработанного серпентинита и кварцполевошпатного песка, в качестве указанного песка содержит песок Южно-Ильинского месторождения фракции менее 2 мм, состава, масс. %:
диоксид кремния | 90,0-91,0 |
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, масс.%:
указанный серпентинит - 61,0 - 67,0,
указанный песок - 33,0 - 39,0.
Указанный результат достигается также тем, что магнийсиликатный проппант получен из вышеуказанной шихты.
Масштабно применяемые в настоящее время проппанты помимо повышенной плотности имеют угол естественного откоса 28 - 30° (см. Разработка и полевые испытания усовершенствованного керамического проппанта. Марк Г. Мак и Крис Э. Кокер, Oxane Materials, Inc, Общество инженеров-нефтяников. Материалы к технической конференции SPE в Новом Орлеане, штат Луизиана, США, 30 сентября - 2 октября 2013 года), следовательно, обладают повышенным коэффициентом трения, что препятствует их рациональному размещению в трещинах ГРП и ведет к снижению дебита скважины. Таким образом, снижение угла естественного откоса в сочетании с уменьшением удельной плотности продукта представляется одним из направлений преодоления указанного недостатка.
Введение в состав заявляемой шихты кварцполевошпатного песка Южно-Ильинского месторождения (РФ, Свердловская обл.) позволяет в некоторой степени снизить удельную плотность проппанта, а также способствует остекловыванию поверхности гранул при спекающем обжиге без образования заметного количества спеков. Остеклованная поверхность вносит значительный вклад в уменьшение трения между гранулами даже в случае умеренных показателей сферичности/округлости продукта.
Авторами были проведены сравнительные испытания различных кварцполевошпатных песков близкого химического состава в качестве наполнителя в шихту для изготовления магнийсиликатного проппанта. Сырьем для изготовления проппанта была выбрана шихта, содержащая 24 - 28 масс.% MgO (по патенту РФ №2521989) с целью получения проппанта с высокой прочностью. В результате было установлено, что только песок Южно-Ильинского месторождения гарантирует одновременное снижение удельной плотности и остекловывание поверхности гранул без дополнительного введения стеклообразующих и спекающих добавок (см. таблицу 1). Вероятно, это связано с уникальным химическим и минералогическим составом керамики, формирующимся в процессе спекающего обжига. Оптимальное соотношение оксидов кремния, натрия, кальция и алюминия обеспечивает образование в керамике при температуре спекающего обжига вязкой стеклофазы. Экспериментальным путем было установлено, что проппант имеет лучшие характеристики при использовании заявляемого песка фракции менее 2 мм. Это объясняется более высокой размолоспособностью материала. Кроме того, применение мелкодисперсного песка позволяет снизить энергоемкость процесса измельчения.
Пример осуществления изобретения. 6,5 кг серпентинита, термообработанного при температуре 1000°C и 3,5 кг высококремнеземистого песка Южно-Ильинского месторождения, содержащего:
диоксид кремния | 90,0 |
оксид алюминия | 3,3 |
оксид кальция | 0,9 |
оксид железа | 1,6 |
оксид калия | 1,2 |
оксид натрия | 0,7 |
примеси | остальное |
Фракции менее 2 мм в качестве кварцполевошпатного наполнителя, высушенного при температуре 150°C в течение 1 часа, подвергали совместному помолу до фракции менее 8 мкм. Контроль фракционного состава проводили на анализаторе размера частиц Horiba LA - 300. Полученный материал гранулировали на лабораторном тарельчатом грануляторе. Гранулят обжигали при температуре, достаточной для максимального упрочнения керамики - 1240°C. Пробу обожженных проппантов фракции 30/60 меш направляли на определение удельного веса и разрушаемости по общепринятой методике ISO 13503 - 2:2006, а
также угла естественного откоса на приборе УВТ-3М. Подобным образом были изготовлены пробы с использованием в качестве кварцполевошпатного наполнителя песков различных месторождений Среднего и Южного Урала РФ. Также была испытана проба песка Южно-Ильинского месторождения фракции 2 и более мм. Результаты измерений представлены в таблице 1.
Использование высококремнеземистого песка Южно-Ильинского месторождения с другим химическим составом, находящимся в рамках заявляемого интервала, позволяет получать магнийсиликатный проппант с характеристиками, соответствующими примерам 4-6 таблицы 1. Это объясняется тем, что природные пески каждого отдельно взятого месторождения обладают естественными незначительными колебаниями химического состава, не оказывающими определяющего влияния на свойства магнийсиликатного проппанта.
Таблица 1 - свойства магнийсиликатного проппанта
* - песок Южно-Ильинского месторождения фракции 2 и более мм.
Claims (3)
-
- 1. Шихта для изготовления магнийсиликатного проппанта, содержащая измельченную до фракции менее 8 мм смесь термообработанного серпентинита и кварцполевошпатного песка, отличающаяся тем, что она в качестве указанного песка содержит песок Южно-Ильинского месторождения фракции менее 2 мм, состава, мас.%:
диоксид кремния 90,0 - 91,0 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 - 2. Магнийсиликатный проппант, характеризующийся тем, что он получен
из шихты по п.1.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014132124A RU2563853C9 (ru) | 2014-08-05 | 2014-08-05 | Шихта для изготовления магнийсиликатного проппанта и проппант |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014132124A RU2563853C9 (ru) | 2014-08-05 | 2014-08-05 | Шихта для изготовления магнийсиликатного проппанта и проппант |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2563853C1 true RU2563853C1 (ru) | 2015-09-20 |
RU2563853C9 RU2563853C9 (ru) | 2021-03-18 |
Family
ID=54147994
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2014132124A RU2563853C9 (ru) | 2014-08-05 | 2014-08-05 | Шихта для изготовления магнийсиликатного проппанта и проппант |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2563853C9 (ru) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2617853C1 (ru) * | 2016-01-11 | 2017-04-28 | Сергей Фёдорович Шмотьев | Способ изготовления магнезиально-кварцевой сырьевой шихты, используемой при производстве проппантов |
RU2646910C1 (ru) * | 2017-02-16 | 2018-03-12 | Сергей Фёдорович Шмотьев | Сырьевая шихта для изготовления магнизиально-кварцевого проппанта |
RU2615563C9 (ru) * | 2016-02-19 | 2018-10-16 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Ника-Петротэк" | Керамический расклинивающий агент и его способ получения |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2342420C1 (ru) * | 2007-05-16 | 2008-12-27 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Форэс" | Способ изготовления магнийсиликатных проппантов |
US7521389B2 (en) * | 2006-08-04 | 2009-04-21 | Ilem Research And Development Establishment | Ceramic proppant with low specific weight |
RU2437913C1 (ru) * | 2010-06-03 | 2011-12-27 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Форэс" | Способ изготовления легковесного магнийсиликатного проппанта и проппант |
RU2463329C1 (ru) * | 2011-05-06 | 2012-10-10 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Форэс" | Способ изготовления магнийсиликатного проппанта и проппант |
RU2521989C1 (ru) * | 2013-03-05 | 2014-07-10 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Форэс" | Способ изготовления высокопрочного магнийсиликатного проппанта |
RU2521680C1 (ru) * | 2013-02-05 | 2014-07-10 | Карбо Керамикс Инк. | Проппант и способ его применения |
-
2014
- 2014-08-05 RU RU2014132124A patent/RU2563853C9/ru active
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7521389B2 (en) * | 2006-08-04 | 2009-04-21 | Ilem Research And Development Establishment | Ceramic proppant with low specific weight |
RU2342420C1 (ru) * | 2007-05-16 | 2008-12-27 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Форэс" | Способ изготовления магнийсиликатных проппантов |
RU2437913C1 (ru) * | 2010-06-03 | 2011-12-27 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Форэс" | Способ изготовления легковесного магнийсиликатного проппанта и проппант |
RU2463329C1 (ru) * | 2011-05-06 | 2012-10-10 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Форэс" | Способ изготовления магнийсиликатного проппанта и проппант |
RU2521680C1 (ru) * | 2013-02-05 | 2014-07-10 | Карбо Керамикс Инк. | Проппант и способ его применения |
RU2521989C1 (ru) * | 2013-03-05 | 2014-07-10 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Форэс" | Способ изготовления высокопрочного магнийсиликатного проппанта |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2617853C1 (ru) * | 2016-01-11 | 2017-04-28 | Сергей Фёдорович Шмотьев | Способ изготовления магнезиально-кварцевой сырьевой шихты, используемой при производстве проппантов |
RU2615563C9 (ru) * | 2016-02-19 | 2018-10-16 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Ника-Петротэк" | Керамический расклинивающий агент и его способ получения |
RU2694363C1 (ru) * | 2016-02-19 | 2019-07-12 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Ника-Петротэк" | Керамический расклинивающий агент и его способ получения |
RU2646910C1 (ru) * | 2017-02-16 | 2018-03-12 | Сергей Фёдорович Шмотьев | Сырьевая шихта для изготовления магнизиально-кварцевого проппанта |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2563853C9 (ru) | 2021-03-18 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US11732184B2 (en) | Method of manufacture and using rod-shaped proppants and anti-flowback additives | |
RU2540695C2 (ru) | Композиция и способ приготовления сверхлегкого керамического расклинивающего наполнителя | |
RU2344155C2 (ru) | Проппант на основе алюмосиликатов, способ его получения и способ его применения | |
US8420578B2 (en) | Low-density ceramic proppant and its production method | |
RU2377272C2 (ru) | Расклинивающие наполнители и способы их получения | |
RU2344156C2 (ru) | Проппант и способ повышения производительности скважины | |
US20100087342A1 (en) | Rod-shaped proppant and anti-flowback additive, method of manufacture, and method of use | |
RU2694363C1 (ru) | Керамический расклинивающий агент и его способ получения | |
US20070204992A1 (en) | Polyurethane proppant particle and use thereof | |
RU2613676C1 (ru) | Способ изготовления магнийсиликатного проппанта и проппант | |
RU2463329C1 (ru) | Способ изготовления магнийсиликатного проппанта и проппант | |
RU2563853C1 (ru) | Шихта для изготовления магнийсиликатного проппанта и проппант | |
CA2875500C (en) | Proppants and anti-flowback additives comprising flash calcined clay, methods of manufacture, and methods of use | |
Wu et al. | Effect of TiO2 content on the acid resistance of a ceramic proppant | |
CN102575515A (zh) | 一种超轻密度陶粒支撑剂及其制造方法 | |
Wu et al. | Corrosion resistance of ceramic proppant in BaO–CaO–P2O5–Al2O3 system | |
WO2016044688A1 (en) | Addition of mineral-containing slurry for proppant formation | |
RU2521989C1 (ru) | Способ изготовления высокопрочного магнийсиликатного проппанта | |
US20170198209A1 (en) | Proppant-based chemical delivery system | |
RU2521680C1 (ru) | Проппант и способ его применения | |
RU2623751C1 (ru) | Способ изготовления легковесного кремнезёмистого проппанта и проппант | |
RU2501831C1 (ru) | Способ изготовления магнийсиликатного проппанта | |
RU2755191C2 (ru) | Способ изготовления проппанта и проппант | |
EA036797B1 (ru) | Сырьевая шихта для изготовления магнезиально-кварцевого проппанта | |
EP3165513A1 (en) | Sintered spheres, process for their production and use thereof |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PD4A | Correction of name of patent owner | ||
TC4A | Change in inventorship |
Effective date: 20160118 |
|
TH4A | Reissue of patent specification | ||
HE4A | Change of address of a patent owner |
Effective date: 20210722 |