RU2650149C1 - Шихта для изготовления легковесного кремнезёмистого проппанта и проппант - Google Patents
Шихта для изготовления легковесного кремнезёмистого проппанта и проппант Download PDFInfo
- Publication number
- RU2650149C1 RU2650149C1 RU2017106729A RU2017106729A RU2650149C1 RU 2650149 C1 RU2650149 C1 RU 2650149C1 RU 2017106729 A RU2017106729 A RU 2017106729A RU 2017106729 A RU2017106729 A RU 2017106729A RU 2650149 C1 RU2650149 C1 RU 2650149C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- proppant
- magnesium
- silica
- cement
- containing component
- Prior art date
Links
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 22
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 title 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 title 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 title 1
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 51
- 239000004568 cement Substances 0.000 claims abstract description 27
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 claims abstract description 17
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 15
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 claims abstract description 15
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 15
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 41
- HCWCAKKEBCNQJP-UHFFFAOYSA-N magnesium orthosilicate Chemical compound [Mg+2].[Mg+2].[O-][Si]([O-])([O-])[O-] HCWCAKKEBCNQJP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 17
- 239000000391 magnesium silicate Substances 0.000 claims description 15
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 claims description 13
- 235000019792 magnesium silicate Nutrition 0.000 claims description 13
- 229910052919 magnesium silicate Inorganic materials 0.000 claims description 13
- 238000001354 calcination Methods 0.000 claims description 4
- 229910052839 forsterite Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000002699 waste material Substances 0.000 claims description 4
- 239000011819 refractory material Substances 0.000 claims description 3
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 abstract description 23
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 7
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 4
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 abstract description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 3
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 abstract 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 24
- 239000008187 granular material Substances 0.000 description 14
- 239000004576 sand Substances 0.000 description 10
- 239000010433 feldspar Substances 0.000 description 8
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 8
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 description 8
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 7
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 6
- 238000010304 firing Methods 0.000 description 6
- CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N magnesium oxide Inorganic materials [Mg]=O CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000004927 clay Substances 0.000 description 5
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 5
- FKHIFSZMMVMEQY-UHFFFAOYSA-N talc Chemical compound [Mg+2].[O-][Si]([O-])=O FKHIFSZMMVMEQY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 5
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 4
- 239000000395 magnesium oxide Substances 0.000 description 4
- 238000000034 method Methods 0.000 description 4
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 4
- 238000005245 sintering Methods 0.000 description 4
- 230000009471 action Effects 0.000 description 3
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 3
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 3
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 3
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 3
- KZHJGOXRZJKJNY-UHFFFAOYSA-N dioxosilane;oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Si]=O.O=[Si]=O.O=[Al]O[Al]=O.O=[Al]O[Al]=O.O=[Al]O[Al]=O KZHJGOXRZJKJNY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 3
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 3
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 3
- AXZKOIWUVFPNLO-UHFFFAOYSA-N magnesium;oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[Mg+2] AXZKOIWUVFPNLO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 3
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 3
- 239000003921 oil Substances 0.000 description 3
- 239000011044 quartzite Substances 0.000 description 3
- 230000000087 stabilizing effect Effects 0.000 description 3
- 238000010561 standard procedure Methods 0.000 description 3
- 239000005995 Aluminium silicate Substances 0.000 description 2
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 2
- 150000007513 acids Chemical class 0.000 description 2
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 2
- 235000012211 aluminium silicate Nutrition 0.000 description 2
- 229910000323 aluminium silicate Inorganic materials 0.000 description 2
- NWXHSRDXUJENGJ-UHFFFAOYSA-N calcium;magnesium;dioxido(oxo)silane Chemical compound [Mg+2].[Ca+2].[O-][Si]([O-])=O.[O-][Si]([O-])=O NWXHSRDXUJENGJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910010293 ceramic material Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052637 diopside Inorganic materials 0.000 description 2
- HNPSIPDUKPIQMN-UHFFFAOYSA-N dioxosilane;oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Si]=O.O=[Al]O[Al]=O HNPSIPDUKPIQMN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 2
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 description 2
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 description 2
- 229910001506 inorganic fluoride Inorganic materials 0.000 description 2
- NLYAJNPCOHFWQQ-UHFFFAOYSA-N kaolin Chemical compound O.O.O=[Al]O[Si](=O)O[Si](=O)O[Al]=O NLYAJNPCOHFWQQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 235000012243 magnesium silicates Nutrition 0.000 description 2
- 229910052863 mullite Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 2
- 238000000844 transformation Methods 0.000 description 2
- OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N Calcium Chemical compound [Ca] OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 240000007049 Juglans regia Species 0.000 description 1
- 235000009496 Juglans regia Nutrition 0.000 description 1
- 235000019738 Limestone Nutrition 0.000 description 1
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 229910001570 bauxite Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 1
- 229910052599 brucite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011575 calcium Substances 0.000 description 1
- 229910052791 calcium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 1
- 229910052906 cristobalite Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 238000005553 drilling Methods 0.000 description 1
- 238000005469 granulation Methods 0.000 description 1
- 230000003179 granulation Effects 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 1
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 1
- 229910010272 inorganic material Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011147 inorganic material Substances 0.000 description 1
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052816 inorganic phosphate Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 239000011859 microparticle Substances 0.000 description 1
- 239000011707 mineral Substances 0.000 description 1
- 235000010755 mineral Nutrition 0.000 description 1
- 239000011368 organic material Substances 0.000 description 1
- 239000008188 pellet Substances 0.000 description 1
- 230000035699 permeability Effects 0.000 description 1
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 description 1
- 238000004881 precipitation hardening Methods 0.000 description 1
- 230000001902 propagating effect Effects 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 238000001953 recrystallisation Methods 0.000 description 1
- 230000003014 reinforcing effect Effects 0.000 description 1
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 1
- -1 serpentinite Substances 0.000 description 1
- 238000007873 sieving Methods 0.000 description 1
- 239000007858 starting material Substances 0.000 description 1
- 238000005728 strengthening Methods 0.000 description 1
- 230000002195 synergetic effect Effects 0.000 description 1
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 1
- 239000000454 talc Substances 0.000 description 1
- 229910052623 talc Inorganic materials 0.000 description 1
- 235000020234 walnut Nutrition 0.000 description 1
- 210000002268 wool Anatomy 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/01—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics
- C04B35/14—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on silica
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/01—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics
- C04B35/16—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on silicates other than clay
- C04B35/20—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on silicates other than clay rich in magnesium oxide, e.g. forsterite
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
- C09K8/00—Compositions for drilling of boreholes or wells; Compositions for treating boreholes or wells, e.g. for completion or for remedial operations
- C09K8/60—Compositions for stimulating production by acting on the underground formation
- C09K8/80—Compositions for reinforcing fractures, e.g. compositions of proppants used to keep the fractures open
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
- E21B43/00—Methods or apparatus for obtaining oil, gas, water, soluble or meltable materials or a slurry of minerals from wells
- E21B43/25—Methods for stimulating production
- E21B43/26—Methods for stimulating production by forming crevices or fractures
- E21B43/267—Methods for stimulating production by forming crevices or fractures reinforcing fractures by propping
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Structural Engineering (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Geology (AREA)
- Mining & Mineral Resources (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Fluid Mechanics (AREA)
- Geochemistry & Mineralogy (AREA)
- Silicates, Zeolites, And Molecular Sieves (AREA)
Abstract
Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, а именно к технологии изготовления кремнеземистых легковесных керамических проппантов, предназначенных для использования в качестве расклинивающих агентов при добыче нефти или газа методом гидравлического разрыва пласта - ГРП. Шихта для изготовления легковесного кремнеземистого проппанта, включающая кремнеземсодержащий компонент, магнийсодержащий компонент, дополнительно содержит цемент и/или цементный клинкер при следующем соотношении компонентов, масс. %: магнийсодержащий компонент 0,1-10, цемент и/или цементный клинкер 0,1-10, кремнеземсодержащий компонент - остальное. Легковесный кремнеземистый проппант характеризуется тем, что получен из указанной шихты. Изобретение развито в зависимых пунктах формулы. Технический результат – снижение разрушаемости кремнеземистого проппанта с насыпной плотностью менее 1,4 г/см3 при нагрузке до 10 тыс. psi. 2 н. и 4 з.п. ф-лы, 4 табл., 3 пр.
Description
Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, а именно к технологии изготовления кремнеземистых легковесных керамических проппантов, предназначенных для использования в качестве расклинивающих агентов при добыче нефти или газа методом гидравлического разрыва пласта (ГРП).
Проппанты - прочные сферические гранулы, удерживающие трещины ГРП от смыкания под большим давлением и обеспечивающие необходимую производительность 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. Среди современных материалов, используемых в качестве расклинивающих агентов при ГРП, широкое применение нашли кварцевые пески и синтетические керамические проппанты, обладающие оптимальными физико-механическими характеристиками, обеспечивающими проводимость проппантной пачки, к числу которых относятся прочность, гранулометрический состав, растворимость в кислотах, форма гранул (сферичность /округлость) и плотность материала. Пески с насыпной плотностью более 1,6 г/см3 являются первым и наиболее часто используемым материалом для закрепления трещин при гидроразрыве пластов, в которых напряжение сжатия не превышает 40 МПа. При больших смыкающих усилиях применяется песок, зерна которого имеют на поверхности специальное полимерное покрытие, повышающее прочность и препятствующее выносу частиц проппанта из трещины. В конце 70-х годов с созданием синтетических керамических проппантов начался подъем в области применения ГРП на газовых и нефтяных месторождениях, приуроченных к плотным песчаникам и известнякам, расположенным на больших глубинах.
А в последние годы освоение и совершенствование горизонтального бурения в сочетании с множественным гидроразрывом сделало рентабельной добычу сланцевых углеводородов, относящихся к трудноизвлекаемым энергоносителям. В этой связи в ближайшее время прогнозируется устойчивый спрос на проппант с минимальной плотностью, поскольку именно плотность проппанта определяет перенос и расположение расклинивающего агента вдоль трещины. Легковесный проппант дольше поддерживается во взвешенном состоянии в транспортирующей его жидкости, поэтому может быть доставлен на более далекое расстояние вдоль крыльев трещины. Кроме того, использование низкоплотного проппанта уменьшает общую массу расклинивателя, подаваемого в скважину, а также позволяет применять более легкие жидкости при пониженных скоростях закачки. В свою очередь, использование минимального количества полимера при подготовке жидкости ГРП уменьшает загрязнение трещины остатками полимерной жидкости после завершения гидроразрыва. Таким образом, применение легковесного проппанта дает возможность не только увеличить дебит скважины, но и оптимизировать при этом общие затраты на проведение операции ГРП. Из всех известных видов проппантов, широко используемых сервисными компаниями, лишь синтетические керамические проппанты имеют необходимый технологический резерв для снижения насыпной плотности расклинивателя при сохранении достаточных прочностных характеристик гранул, в том числе и за счет подбора компонентов исходной шихты.
По виду сырья, используемого для изготовления керамических расклинивающих агентов, проппанты подразделяются на алюмосодержащие (алюмосиликатные/бокситовые), магнийсодержащие (магнийсиликатные) и кремнеземистые. По плотности применяемые в ГРП керамические проппанты подразделяются на высокоплотные, среднеплотные и легковесные. Несмотря на то, что указанная классификация носит условный характер и в значительной степени определяется характеристиками применяемых исходных материалов, по насыпной плотности керамические проппанты можно в первом приближении охарактеризовать так: высокоплотные проппанты имеют насыпную плотность более 1,8 г/см3, среднеплотные - 1,6-1,8 г/см3, легковесные - менее 1,6 г/см3. Технологии изготовления керамических проппантов различного химического состава близки и включают в себя приготовление шихты, ее измельчение, гранулирование, высокотемпературный обжиг гранул и их последующий рассев на товарные фракции. При этом основные потребительские характеристики продукта (плотность гранул, разрушаемость, проводимость/проницаемость проппантной пачки) находятся в прямой зависимости от состава исходной шихты. В особенности это касается плотности расклинивающего агента. Так, например, широко представленные на рынке РФ среднеплотные алюмосодержащие (алюмосиликатные) проппанты имеют насыпную плотность более 1,7 г/см3, а среднеплотные магнийсодержащие расклиниватели - менее 1,6 г/см3 (см. рекламные материалы компаний АО БКО (РФ), ООО «ФОРЭС» (РФ)). Кремнеземистые проппанты занимают особое место в ряду керамических расклинивающих агентов, поскольку использование в качестве основного компонента шихты для их производства природных песков и/или кварцитов обеспечивает получение проппанта с насыпной плотностью менее 1,4 г/см3 без дополнительного введения в состав материала различных добавок, увеличивающих пористость керамики, однако снижающих при этом прочностные характеристики продукта.
Известен патент РФ №2445339, в котором в качестве шихты для изготовления кремнеземистого проппанта используют природный высококремнеземистый песок или его смесь с кварцитом в количестве 1-25% от массы смеси при содержании Si02 в шихте не менее 87 масс. %. Указанную шихту последовательно измельчают и гранулируют, а полученные гранулы обжигают. Помол шихты осуществляют до размера частиц не более 10 мкм при содержании фракции не более 5 мкм, составляющем не менее 50 масс. %, а обжиг гранул ведут при 1120-1300°С со скоростью нагрева 1000-2500°С/ч и скоростью охлаждения 1000-2000°С/ч. Кремнеземистый проппант характеризуется тем, что он получен вышеуказанным способом, причем содержание кристобалита в обожженных гранулах не превышает 10 объемных %. Недостатком известного решения является то, что проппант, полученный из природных высококремнеземистых материалов не обладает достаточно высокими прочностными характеристиками. Тот факт, что с понижением плотности проппанта увеличивается его разрушаемость, хорошо известен специалистам, работающим в области производства керамических расклинивателей. Вместе с тем, проведенные в последние годы исследования принесли обнадеживающие результаты, показывающие возможность улучшения эксплуатационных характеристик легковесных кремнеземистых проппантов за счет введения в состав шихты для их производства различных модифицирующих добавок - огнеупорной глины/каолина, солей минеральных кислот, неорганических фторидов, каолиновой ваты, диатомита (см. патенты РФ №2425084, №2500713, №2535540, №2547033, патент Канады №2717640). Эффективное упрочняющее воздействие на кремнеземистую керамику оказывает введение в состав шихты некоторого количества магнийсодержащего вещества. Известна, например, шихта для изготовления легковесного магнийсиликатного проппанта, содержащая (в пересчете на прокаленное вещество), масс. %: SiO2 - 64-72, MgO -11-18, природные примеси - остальное (патент РФ №2437913, патент США №8785536, патент Канады 2735643), а также легковесный магнийсиликатный проппант, изготовленный из указанной шихты. Недостатком известного решения является повышенная насыпная плотность продукта - 1,42 г/см3, обусловленная наличием в материале значительного количества оксида магния.
Известна также кремнеземистая шихта для изготовления легковесного проппанта (патент РФ №2446200), содержащая материал - источник диоксида кремния в виде кварцполевошпатного песка и/или кварцита, которая дополнительно содержит материал - источник оксида магния с размером частиц 5 мкм и менее при следующем соотношении компонентов (в пересчете на прокаленное вещество), масс. %: SiO2 - 88-94, MgO - 0,3-9, природные примеси - остальное. В качестве материала - источника оксида магния, используют серпентинит, тальк, брусит, каустический магнезит или их смеси. Материал - источник диоксида кремния, имеет размер частиц 10 мкм и менее. Проппант, получаемый заявляемым способом, имеет уникально низкую для материалов данного класса плотность, однако демонстрирует при этом недостаточную прочность, особенно при высоких (свыше 7500 psi) сжимающих нагрузках. Это связано с тем, что дополнительное упрочнение достигается преимущественно за счет структурного сжатия керамики в результате термообработки. Вклад трансформационного упрочнения является недостаточным из-за низкого содержания в керамике метасиликата магния, а другие упрочняющие кристаллические фазы, например муллит, в материале отсутствуют. Другими исследованиями установлено, что комплексные многокомпонентные модифицирующие добавки, вводимые в состав известной шихты, оказывают более выраженное воздействие на прочностные характеристики кремнеземистого проппанта при высоких (свыше 7500 psi) пластовых давлениях.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому решению является шихта для изготовления легковесного высококремнеземистого магнийсодержащего проппанта для добычи сланцевых углеводородов, состоящая из природного кварцполевошпатного песка и серпентинита, которая дополнительно содержит предварительно высушенную при температуре 200-400°С легкоплавкую красножгущуюся глину при следующем соотношении компонентов, масс. %: кварцполевошпатный песок - 70-90, серпентинит - 5-15, красножгущаяся глина - 5-15. Причем указанная шихта в качестве спекающей и стабилизирующей стеклофазу добавки содержит неорганический фторид и неорганический фосфат (см. патент РФ №2513792). Увеличение прочности, по мнению авторов, объясняется синергетическим действием трех дополнительных механизмов упрочнения керамики. Во-первых, упрочнение достигается за счет структурного сжатия керамики в результате термообработки, обусловленного тем, что основу шихты составляет тонкоизмельченный кварцполевошпатный материал, испытывающий при обжиге и охлаждении ряд известных полиморфных превращений. Во-вторых, прочность материала увеличивается благодаря наличию в составе обожженных гранул мелкодисперсных частиц метасиликата магния (клиноэнстатита), которые при приложении внешней нагрузки претерпевают трансформационное превращение, поглощая часть энергии развивающейся трещины, в результате чего возрастает сопротивляемость материала действию разрушающей нагрузки. В-третьих, присутствие в составе исходной шихты легкоплавкой красножгущейся глины позволяет задействовать дисперсионный механизм упрочнения керамики, реализуемый за счет выделения в керамической матрице в процессе обжига мелкокристаллических форм первичного муллита, при огибании которых трещина рассеивает часть своей энергии. Проппант, изготовленный из известной шихты, имеет насыпную плотность менее 1,4 г/см3.
Недостатком известного технического решения являются повышенные показатели разрушаемости расклинивающего агента при давлении до 10000 psi.
Технической задачей, на решение которой направлено заявляемое техническое решение является снижение разрушаемости кремнеземистого проппанта с насыпной плотностью менее 1,4 г/см3 при разрушающей нагрузке до 100000 psi.
Указанная задача решается тем, что шихта для изготовления легковесного кремнеземистого проппанта, включающая кремнеземсодержащий компонент, магнийсодержащий компонент, дополнительно содержит цемент и/или цементный клинкер при следующем соотношении компонентов, масс. %:
| магнийсодержащий компонент | 0,1-10 |
| цемент и/или цементный клинкер | 0,1-10 |
| кремнеземсодержащий компонент | остальное |
Причем магнийсодержащий компонент представляет собой природный магнийсиликат, а кремнеземсодержащий компонент содержит не менее 80 масс. % SiO2. Природный магнийсиликат может быть предварительно обожженым или представлять собой отходы обжига магнийсиликатного проппанта или лом форстеритовых огнеупоров. Легковесный кремнеземистый проппант, характеризуется тем, что он получен из указанной шихты.
Авторами экспериментальным путем установлено, что применение заявляемой шихты обеспечивает увеличение прочностных характеристик проппанта в сравнении с прототипом при пластовых давлениях до 10000 psi. Снижение разрушаемости проппанта, полученного из заявляемой шихты, по мнению авторов, достигается за счет структурного сжатия керамики в результате термообработки, обусловленного тем, что основу шихты составляет тонкоизмельченный кремнеземистый материал, испытывающий при обжиге и охлаждении ряд известных полиморфных превращений, а также вследствие наличия в составе обожженных гранул мелкодисперсных частиц метасиликата магния (клиноэнстатита), которые при приложении внешней нагрузки претерпевают трансформационное превращение, поглощающее часть энергии распространяющейся трещины, в результате чего возрастает сопротивляемость материала действию разрушающей нагрузки. Кроме того, в процессе спекающего обжига при участии кальциевой составляющей цемента в материале происходит синтез диопсида - CaMg-Si2O6, который, по всей вероятности, оказывает более заметное упрочняющее воздействие, чем мелкокристаллический муллит, выступающий в качестве упрочняющей фазы у прототипа. В зависимости от соотношения компонентов шихты на первый план выходит тот или иной механизм упрочнения керамического материала. Помимо этого, наличие в составе шихты цемента и/или цементного клинкера обеспечивает снижение температуры обжига проппанта - сырца и оказывает стабилизирующее воздействие на образующуюся при спекании гранул стеклофазу, что, в свою очередь, позволяет отказаться от дополнительного введения в материал других добавок аналогичного действия. Наличие в составе шихты природного магнийсиликата и цемента и/или цементного клинкера в количестве менее 0,1 масс. % не оказывает заметного влияния на разрушаемость проппанта, увеличение содержания указанных компонентов выше 10 масс. % вызывает рост насыпной плотности материала. В качестве кремнеземсодержащего компонента, используемого для реализации заявляемого технического решения, могут применяться природные кварцевые, кварцполевошпатные пески, кварцит или их смеси, предпочтительно содержащие 80 и более масс. % SiO2, поскольку высокое содержание в песках неконтролируемых примесей не позволяет управлять структурой и фазовым составом керамики. Кроме того, при меньшем содержании диоксида кремния возможен рост плотности обожженного керамического материала. В качестве магнийсодержащего компонента в рамках заявляемого технического решения могут быть использованы близкие по химическому составу природные магнийсиликаты: серпентиниты, дуниты, оливиниты или их смеси. Поскольку указанные материалы, вводимые в состав шихты в заявляемом количестве, не вызывают значительных изменений в химическом и фазовом составе готового продукта, при проведении исследований не было выявлено резких колебаний насыпной плотности и прочностных характеристик проппантов. Авторы заявляют, что в качестве магнийсодержащего компонента также могут выступать предварительно обожженные природные магнийсиликаты, отходы обжига магнийсиликатного проппанта или лом форстеритовых огнеупоров. Установлено также, что цемент и цементный клинкер обладают более высокой размолоспособностью в сравнении с другими компонентами шихты при их совместном помоле. Вследствие чего в измельченной шихте частицы цемента и цементного клинкера имеют наименьший размер, что обеспечивает при изготовлении проппанта достаточную полноту синтеза диопсида, усиливает стабилизирующее влияние добавки на стеклофазу и оптимизирует температуру обжига, а кроме того, позволяет интенсифицировать процесс спекания керамики и замедлить тем самым рекристаллизацию микрочастиц SiO2.
Примеры осуществления изобретения
Пример 1. 4,5 кг (90 масс. %) природного кварцполевошпатового песка с содержанием SiO2 - 80 масс. %, 0,25 кг (5 масс. %) серпентинита, 0,25 кг (5 масс. %) цемента измельчали в лабораторной вибромельнице в течение 3 часов, полученный материал гранулировали и обжигали при температуре, обеспечивающей минимальную разрушаемость гранул. Подобным образом были подготовлены пробы проппанта фракции 30/50 меш с различным соотношением компонентов шихты при использовании песков, содержащих разное количество SiO2. Кроме того, была изготовлена проба проппанта с использованием предварительно обожженного при температуре 1150°С серпентинита. У проппанта измеряли насыпную плотность и разрушаемость по общепринятой методике согласно требованиям ISO 13503-2:2006. Результаты измерений представлены в таблице 1.
Пример 2. 4,75 кг (95 масс. %) природного кварцполевошпатового песка с содержанием SiO2 - 85 масс. %, 0,125 кг (2,5 масс. %) дунита, 0,125 кг (2,5 масс. %) цементного клинкера измельчали в лабораторной вибромельнице в течение 3 часов, полученный материал гранулировали и обжигали при температуре, обеспечивающей минимальную разрушаемость гранул. Подобным образом были подготовлены пробы проппанта фракции 30/50 меш с использованием в качестве компонентов шихты смеси цемента и цементного клинкера при использовании песков, содержащих разное количество SiO2. У проппанта измеряли насыпную плотность и разрушаемость по общепринятой методике согласно требованиям ISO 13503-2:2006. Результаты измерений представлены в таблице 2.
Пример 3. 4,75 кг (95 масс. %) природного кварцполевошпатового песка с содержанием SiO2 - 90 масс. %о, 0,125 кг (2,5 масс. %) отходов обжига магнийсиликатного проппанта, 0,125 кг (2,5 масс. %) смеси цементного клинкера и цемента в соотношении 1:1 помещали в лабораторную вибромельницу и мололи в течение 3 часов, полученный материал гранулировали и обжигали при температуре, обеспечивающей минимальную разрушаемость гранул. Подобным образом были подготовлены пробы проппанта фракции 30/50 меш с применением в качестве магнийсодержащего компонента шихты лома форстеритовых огнеупоров, при использовании песков, содержащих разное количество SiO2. У проппанта измеряли насыпную плотность и разрушаемость по общепринятой методике согласно требованиям ISO 13503-2:2006. Результаты измерений представлены в таблицах 3 и 4.
Анализ данных таблиц показывает, что шихта заявляемого состава позволяет получать легковесный кремнеземистый проппант, обладающий более низкими показателями разрушаемости в сравнении с прототипом (примеры 1-4, 8-10 таблиц 1, 2; примеры 1-3, 7-9 таблиц 3, 4). Авторы полагают, что в обозримом будущем проппант, изготовленный из заявляемой шихты, займет достойное место в ряду расклинивающих агентов, масштабно применяемых в операциях гидроразрыва пласта.
Claims (7)
1. Шихта для изготовления легковесного кремнеземистого проппанта, включающая кремнеземсодержащий компонент, магнийсодержащий компонент, отличающаяся тем, что дополнительно содержит цемент и/или цементный клинкер при следующем соотношении компонентов, масс. %:
2. Шихта по п. 1, отличающаяся тем, что магнийсодержащий компонент представляет собой природный магнийсиликат.
3. Шихта по п. 1, отличающаяся тем, что кремнеземсодержащий компонент содержит не менее 80 масс. % SiO2.
4. Шихта по п. 1, 2, отличающаяся тем, что природный магнийсиликат предварительно обожжен.
5. Шихта по п. 4, отличающаяся тем, что предварительно обожженный природный магнийсиликат представляет собой отходы обжига магнийсиликатного проппанта или лом форстеритовых огнеупоров.
6. Легковесный кремнеземистый проппант, характеризующийся тем, что он получен из шихты по п. 1.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017106729A RU2650149C1 (ru) | 2017-02-28 | 2017-02-28 | Шихта для изготовления легковесного кремнезёмистого проппанта и проппант |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017106729A RU2650149C1 (ru) | 2017-02-28 | 2017-02-28 | Шихта для изготовления легковесного кремнезёмистого проппанта и проппант |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2650149C1 true RU2650149C1 (ru) | 2018-04-09 |
Family
ID=61867209
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2017106729A RU2650149C1 (ru) | 2017-02-28 | 2017-02-28 | Шихта для изготовления легковесного кремнезёмистого проппанта и проппант |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2650149C1 (ru) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2761424C1 (ru) * | 2020-12-29 | 2021-12-08 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Ника-Петротэк" | Сырьевая смесь для изготовления магнезиально-силикатного проппанта |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2437913C1 (ru) * | 2010-06-03 | 2011-12-27 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Форэс" | Способ изготовления легковесного магнийсиликатного проппанта и проппант |
| RU2445339C1 (ru) * | 2010-08-10 | 2012-03-20 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Форэс" | Способ изготовления кремнеземистого проппанта и проппант |
| RU2446200C1 (ru) * | 2010-10-05 | 2012-03-27 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Форэс" | Способ изготовления легковесного кремнеземистого проппанта и проппант |
| RU2513792C1 (ru) * | 2012-11-29 | 2014-04-20 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Форэс" | Способ изготовления легковесного высококремнеземистого магнийсодержащего проппанта для добычи сланцевых углеводородов |
| RU2535540C1 (ru) * | 2013-08-15 | 2014-12-20 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Форэс" | Способ изготовления ультралегковесного кремнезёмистого магнийсодержащего проппанта |
| US20150337620A1 (en) * | 2014-05-21 | 2015-11-26 | Shell Oil Company | Methods of making and using cement coated substrate |
-
2017
- 2017-02-28 RU RU2017106729A patent/RU2650149C1/ru active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2437913C1 (ru) * | 2010-06-03 | 2011-12-27 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Форэс" | Способ изготовления легковесного магнийсиликатного проппанта и проппант |
| RU2445339C1 (ru) * | 2010-08-10 | 2012-03-20 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Форэс" | Способ изготовления кремнеземистого проппанта и проппант |
| RU2446200C1 (ru) * | 2010-10-05 | 2012-03-27 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Форэс" | Способ изготовления легковесного кремнеземистого проппанта и проппант |
| RU2513792C1 (ru) * | 2012-11-29 | 2014-04-20 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Форэс" | Способ изготовления легковесного высококремнеземистого магнийсодержащего проппанта для добычи сланцевых углеводородов |
| RU2535540C1 (ru) * | 2013-08-15 | 2014-12-20 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Форэс" | Способ изготовления ультралегковесного кремнезёмистого магнийсодержащего проппанта |
| US20150337620A1 (en) * | 2014-05-21 | 2015-11-26 | Shell Oil Company | Methods of making and using cement coated substrate |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2761424C1 (ru) * | 2020-12-29 | 2021-12-08 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Ника-Петротэк" | Сырьевая смесь для изготовления магнезиально-силикатного проппанта |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US8685902B2 (en) | Proppant, proppant production method and use of proppant | |
| US7648934B2 (en) | Precursor compositions for ceramic products | |
| RU2344155C2 (ru) | Проппант на основе алюмосиликатов, способ его получения и способ его применения | |
| RU2694363C1 (ru) | Керамический расклинивающий агент и его способ получения | |
| RU2446200C1 (ru) | Способ изготовления легковесного кремнеземистого проппанта и проппант | |
| RU2445339C1 (ru) | Способ изготовления кремнеземистого проппанта и проппант | |
| US9234127B2 (en) | Angular abrasive proppant, process for the preparation thereof and process for hydraulic fracturing of oil and gas wells | |
| US10093849B2 (en) | Proppants and anti-flowback additives comprising flash calcined clay, methods of manufacture, and methods of use | |
| US20160053162A1 (en) | Method of manufacturing of light ceramic proppants and light ceramic proppants | |
| US20170275209A1 (en) | Addition of mineral-containing slurry for proppant formation | |
| US20180282222A1 (en) | Sintered spheres, process for their production and use thereof | |
| Vakalova et al. | Phase formation, structure and properties of light-weight aluminosilicate proppants based on clay-diabase and clay-granite binary mixes | |
| WO2015047116A1 (en) | Ceramic proppants of medium strength and a method for manufacturing thereof | |
| RU2650149C1 (ru) | Шихта для изготовления легковесного кремнезёмистого проппанта и проппант | |
| Vakalova et al. | Alumosilicate ceramic proppants based on natural refractory raw materials | |
| WO2014011066A1 (en) | Light ceramic proppants and a method of manufacturing of light ceramic proppants | |
| RU2623751C1 (ru) | Способ изготовления легковесного кремнезёмистого проппанта и проппант | |
| US20180258343A1 (en) | Proppants having fine, narrow particle size distribution and related methods | |
| RU2653200C1 (ru) | Шихта для изготовления легковесного кремнезёмистого проппанта и проппант | |
| RU2646910C1 (ru) | Сырьевая шихта для изготовления магнизиально-кварцевого проппанта | |
| CA2717640A1 (en) | Siliceous proppant process of manufacture |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| HE4A | Change of address of a patent owner |
Effective date: 20210722 |