RU2655335C9 - Ceramic proppant - Google Patents
Ceramic proppant Download PDFInfo
- Publication number
- RU2655335C9 RU2655335C9 RU2016117899A RU2016117899A RU2655335C9 RU 2655335 C9 RU2655335 C9 RU 2655335C9 RU 2016117899 A RU2016117899 A RU 2016117899A RU 2016117899 A RU2016117899 A RU 2016117899A RU 2655335 C9 RU2655335 C9 RU 2655335C9
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- oxide
- proppant
- magnesium
- proppants
- calcium
- Prior art date
Links
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 title claims abstract description 17
- 239000008187 granular material Substances 0.000 claims abstract description 16
- UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N iron oxide Inorganic materials [Fe]=O UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 9
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 8
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 claims abstract description 8
- DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M Ilexoside XXIX Chemical compound C[C@@H]1CC[C@@]2(CC[C@@]3(C(=CC[C@H]4[C@]3(CC[C@@H]5[C@@]4(CC[C@@H](C5(C)C)OS(=O)(=O)[O-])C)C)[C@@H]2[C@]1(C)O)C)C(=O)O[C@H]6[C@@H]([C@H]([C@@H]([C@H](O6)CO)O)O)O.[Na+] DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M 0.000 claims abstract description 7
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 7
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 7
- 239000011734 sodium Substances 0.000 claims abstract description 7
- 229910052708 sodium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 7
- OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N Calcium Chemical compound [Ca] OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 6
- 229910052791 calcium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 6
- 239000011575 calcium Substances 0.000 claims abstract description 6
- ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N Potassium Chemical compound [K] ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 5
- 235000013980 iron oxide Nutrition 0.000 claims abstract description 5
- 239000011591 potassium Substances 0.000 claims abstract description 5
- 229910052700 potassium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 5
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 4
- WGLPBDUCMAPZCE-UHFFFAOYSA-N Trioxochromium Chemical compound O=[Cr](=O)=O WGLPBDUCMAPZCE-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 4
- BRPQOXSCLDDYGP-UHFFFAOYSA-N calcium oxide Chemical compound [O-2].[Ca+2] BRPQOXSCLDDYGP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 4
- 239000000292 calcium oxide Substances 0.000 claims abstract description 4
- ODINCKMPIJJUCX-UHFFFAOYSA-N calcium oxide Inorganic materials [Ca]=O ODINCKMPIJJUCX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 4
- 229910000423 chromium oxide Inorganic materials 0.000 claims abstract description 4
- CHWRSCGUEQEHOH-UHFFFAOYSA-N potassium oxide Chemical compound [O-2].[K+].[K+] CHWRSCGUEQEHOH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 4
- 229910001950 potassium oxide Inorganic materials 0.000 claims abstract description 4
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims abstract description 4
- KKCBUQHMOMHUOY-UHFFFAOYSA-N sodium oxide Chemical compound [O-2].[Na+].[Na+] KKCBUQHMOMHUOY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 4
- 229910001948 sodium oxide Inorganic materials 0.000 claims abstract description 4
- VBMVTYDPPZVILR-UHFFFAOYSA-N iron(2+);oxygen(2-) Chemical class [O-2].[Fe+2] VBMVTYDPPZVILR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 3
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 claims abstract description 3
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims abstract description 3
- UOUJSJZBMCDAEU-UHFFFAOYSA-N chromium(3+);oxygen(2-) Chemical class [O-2].[O-2].[O-2].[Cr+3].[Cr+3] UOUJSJZBMCDAEU-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 13
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims description 4
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 12
- 239000003921 oil Substances 0.000 abstract description 6
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 4
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 abstract description 2
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 2
- -1 0.1–2.0 Chemical compound 0.000 abstract 1
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract 1
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 17
- 239000000463 material Substances 0.000 description 11
- 238000012797 qualification Methods 0.000 description 11
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 11
- HCWCAKKEBCNQJP-UHFFFAOYSA-N magnesium orthosilicate Chemical compound [Mg+2].[Mg+2].[O-][Si]([O-])([O-])[O-] HCWCAKKEBCNQJP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N magnesium oxide Inorganic materials [Mg]=O CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- 239000000391 magnesium silicate Substances 0.000 description 10
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 10
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 9
- 235000019792 magnesium silicate Nutrition 0.000 description 9
- 229910052919 magnesium silicate Inorganic materials 0.000 description 9
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 8
- 238000005245 sintering Methods 0.000 description 7
- FKHIFSZMMVMEQY-UHFFFAOYSA-N talc Chemical compound [Mg+2].[O-][Si]([O-])=O FKHIFSZMMVMEQY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 238000010304 firing Methods 0.000 description 6
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000000395 magnesium oxide Substances 0.000 description 6
- 238000000034 method Methods 0.000 description 6
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 5
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 description 5
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000010433 feldspar Substances 0.000 description 4
- 229910017625 MgSiO Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000011651 chromium Substances 0.000 description 3
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 3
- AXZKOIWUVFPNLO-UHFFFAOYSA-N magnesium;oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[Mg+2] AXZKOIWUVFPNLO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 3
- 230000032683 aging Effects 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 239000004927 clay Substances 0.000 description 2
- 229910021540 colemanite Inorganic materials 0.000 description 2
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 2
- 238000007496 glass forming Methods 0.000 description 2
- 238000005469 granulation Methods 0.000 description 2
- 230000003179 granulation Effects 0.000 description 2
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 2
- 239000003129 oil well Substances 0.000 description 2
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 2
- 239000004576 sand Substances 0.000 description 2
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 2
- 230000035882 stress Effects 0.000 description 2
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 2
- 238000000844 transformation Methods 0.000 description 2
- 229910004283 SiO 4 Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000001154 acute effect Effects 0.000 description 1
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 1
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 description 1
- 230000003679 aging effect Effects 0.000 description 1
- 229910052788 barium Inorganic materials 0.000 description 1
- DSAJWYNOEDNPEQ-UHFFFAOYSA-N barium atom Chemical compound [Ba] DSAJWYNOEDNPEQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 229910052790 beryllium Inorganic materials 0.000 description 1
- ATBAMAFKBVZNFJ-UHFFFAOYSA-N beryllium atom Chemical compound [Be] ATBAMAFKBVZNFJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000001354 calcination Methods 0.000 description 1
- 235000012241 calcium silicate Nutrition 0.000 description 1
- 229910052918 calcium silicate Inorganic materials 0.000 description 1
- OYACROKNLOSFPA-UHFFFAOYSA-N calcium;dioxido(oxo)silane Chemical compound [Ca+2].[O-][Si]([O-])=O OYACROKNLOSFPA-UHFFFAOYSA-N 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
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 229910052906 cristobalite Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052839 forsterite Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000000762 glandular Effects 0.000 description 1
- 238000009499 grossing Methods 0.000 description 1
- 239000002440 industrial waste Substances 0.000 description 1
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 1
- 235000012243 magnesium silicates Nutrition 0.000 description 1
- 239000011859 microparticle Substances 0.000 description 1
- 229910052609 olivine Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010450 olivine Substances 0.000 description 1
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 1
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 1
- 230000008092 positive effect Effects 0.000 description 1
- 230000002269 spontaneous effect Effects 0.000 description 1
- 230000000087 stabilizing effect Effects 0.000 description 1
- 238000005728 strengthening Methods 0.000 description 1
- 150000003438 strontium compounds Chemical class 0.000 description 1
- 239000000454 talc Substances 0.000 description 1
- 229910052623 talc Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- 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
-
- 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
-
- 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
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Structural Engineering (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
- Silicates, Zeolites, And Molecular Sieves (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к магнийсодержащим керамическим проппантам (расклинивателям), предназначенным для использования в нефтедобывающей промышленности в качестве расклинивающих агентов при добыче нефти методом гидравлического разрыва пласта (ГРП). Проппанты - прочные сферические гранулы, удерживающие трещины ГРП от смыкания под большим давлением и обеспечивающие необходимую производительность нефтяных скважин путем обеспечения в пласте проводящего канала.The invention relates to magnesium-containing ceramic proppants (proppants), intended for use in the oil industry as proppants in oil production by hydraulic fracturing. 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.
Магнийсиликатные расклинивающие агенты в силу высоких прочностных характеристик в сочетании с пониженной плотностью пользуются стабильным спросом среди нефтедобывающих компаний и занимают все большую долю российского рынка. Основным сырьем для их производства являются природные материалы - носители оксида магния и кварцполевошпатные пески. Способы изготовления магнийсиликатных проппантов, сырьевые компоненты, применяемые для их производства, а также составы шихты достаточно хорошо изучены и защищены патентами РФ (см., например, патенты №2235703, №2437913, №2446200, №2476477). Вместе с тем, остается недостаточно исследованным вопрос сохранения прочностных характеристик обожженного гранулированного продукта, поскольку многолетний практический опыт производства магнийсодержащих проппантов показал, что с течением времени отмечается некоторое снижение прочностных характеристик проппанта. Это связано с технологическими особенностями переработки исходного сырья, включающей совместный помол и предварительный обжиг исходных сырьевых компонентов, их повторный тонкий помол, грануляцию и обжиг гранул. Материал, получаемый в результате предварительного обжига измельченных исходных сырьевых компонентов и поступающий затем на грануляцию, состоит в основном из метасиликата магния (MgSiO3), свободного SiO2 и некоторого количества форстерита (Mg2SiO4). Во время спекающего обжига гранул проппанта - сырца и их последующего охлаждения MgSiO3 и SiO2 претерпевают ряд полиморфных превращений. В конечном итоге фазовый состав обожженного проппанта представлен преимущественно метасиликатом магния в виде протоэнстатита и клиноэнстатита, а также кварцем, кристобалитом и рядом железистых соединений. Специалистам, работающим в области производства магнийсиликатной керамики, известно, что протоэнстатит является метастабильной при комнатной температуре фазой, способной с течением времени самопроизвольно превращаться в клиноэнстатит с увеличением объема, что вызывает снижение прочности керамических изделий (эффект «старения керамики»). При производстве стеатитовой керамики протоэнстатит стабилизируют введением в шихту соединений бария, бериллия, стронция (см., например, А.С. СССР №250012 «Способ изготовления шихты для стеатитовых изделий»). Однако в производстве проппанта, носящем крупнотоннажный характер, использование указанных редких и дорогостоящих соединений нецелесообразно. Кроме того, применительно к магнийсиликатному проппанту, имеющему в своем составе свободный SiO2, на эффект старения, связанный с полиморфизмом протоэнстатита, накладываются объемные деформации диоксида кремния, происходящие при спекающем обжиге и охлаждении, вследствие чего формируются гранулы, имеющие дополнительные внутренние напряжения. В этой связи с особой остротой встает вопрос подбора доступных материалов, способных в результате спекающего обжига создать вокруг микрочастиц, слагающих керамику, необходимое количество вязкой стеклофазы, стабилизирующей не только MgSiO3 (протоэнстатит), но и SiO2 и препятствующей «старению» керамики. Необходимо особо отметить тот факт, что стабилизированный протоэнстатит является упрочняющей фазой в составе магнийсиликатной керамики, в то время как «свободные» частицы протоэнстатита или частицы протоэнстатита, окруженные маловязкой стеклофазой, способны к самопроизвольному полиморфному переходу в клиноэнстатит, сопровождающемуся снижением прочности материала.Magnesium silicate proppants, due to their high strength characteristics and low density, are in stable demand among oil producers and occupy an increasing share of the Russian market. The main raw materials for their production are natural materials - carriers of magnesium oxide and quartz-feldspar sands. Methods of manufacturing magnesium silicate proppants, the raw materials used for their production, as well as the composition of the charge are well studied and protected by patents of the Russian Federation (see, for example, patents No. 2235703, No. 2437913, No. 2446200, No. 2476477). At the same time, the question of preserving the strength characteristics of the calcined granular product remains insufficiently studied, since many years of practical experience in the production of magnesium-containing proppants has shown that over time, a slight decrease in the strength characteristics of proppant is noted. This is due to the technological features of the processing of raw materials, including joint grinding and preliminary firing of the raw material components, their repeated fine grinding, granulation and firing of granules. The material obtained as a result of preliminary calcination of the crushed initial raw materials and then fed to granulation consists mainly of magnesium metasilicate (MgSiO 3 ), free SiO 2 and some amount of forsterite (Mg 2 SiO 4 ). During sintering roasting of raw proppant granules and their subsequent cooling, MgSiO 3 and SiO 2 undergo a series of polymorphic transformations. Ultimately, the phase composition of the calcined proppant is predominantly represented by magnesium metasilicate in the form of protoenstatite and clinoenstatite, as well as quartz, cristobalite and a number of glandular compounds. Professionals working in the field of production of magnesium silicate ceramics are aware that protoenstatite is a metastable phase at room temperature that can spontaneously turn into clinoenstatite with increasing volume over time, which causes a decrease in the strength of ceramic products (the effect of “aging of ceramics”). In the manufacture of steatite ceramics, protoenstatite is stabilized by introducing barium, beryllium, and strontium compounds into the charge (see, for example, AS USSR No. 250012 “Method for the manufacture of a charge for steatite products”). However, in the production of proppant, which has a large-tonnage character, the use of these rare and expensive compounds is impractical. In addition, with respect to the magnesium silicate proppant, which contains free SiO 2 , the aging effect associated with protoenstatite polymorphism is superimposed on the bulk deformations of silicon dioxide occurring during sintering firing and cooling, resulting in the formation of granules with additional internal stresses. In this connection, the issue of selection of available materials that can, as a result of sintering firing, create around the microparticles forming ceramics the necessary amount of viscous glass phase stabilizing not only MgSiO 3 (protoenstatite), but also SiO 2 and preventing the aging of ceramics, is especially acute. It should be specially noted that stabilized protoenstatite is a strengthening phase in the composition of magnesium silicate ceramics, while "free" particles of protoenstatite or particles of protoenstatite surrounded by a low-viscosity glass phase are capable of spontaneous polymorphic transition to clinoenstatite, accompanied by a decrease in the strength of the material.
Известен композиционный магнийсиликатный проппант из железосодержащего сырья с содержанием железа в пересчете на Fe2O3 не менее 4 масс. % (см. патент РФ №2476477). При этом шихта для изготовления проппанта содержит смесь кремнефтористого натрия и колеманита, измельченную до размера не более 2 мкм, в количестве 0,12-0,6% от массы шихты при следующем содержании указанных компонентов, масс. %: колеманит - 0,02-0,2, кремнефтористый натрий - 0,1-0,4. Указанный проппант обожжен при температуре ниже температуры инверсии Fe3O4 ↔ Fe2O3 при спекании в окислительной атмосфере или при температуре ниже температуры инверсии Fe3O4 ↔ FeO при спекании в восстановительной атмосфере. В качестве железосодержащего магнийсиликатного сырья используют серпентинит и/или оливинит как самостоятельно, так и в смеси с природным кварцполевошпатным песком. Также известный проппант может иметь поверхностное полимерное покрытие.Known composite magnesium silicate proppant from iron-containing raw materials with an iron content in terms of Fe 2 O 3 not less than 4 mass. % (see RF patent No. 2476477). Moreover, the mixture for the manufacture of proppant contains a mixture of sodium silicofluoride and colemanite, crushed to a size of not more than 2 microns, in an amount of 0.12-0.6% by weight of the mixture in the following contents of these components, mass. %: colemanite - 0.02-0.2, sodium silicofluoride - 0.1-0.4. The specified proppant was calcined at a temperature below the inversion temperature of Fe 3 O 4 ↔ Fe 2 O 3 during sintering in an oxidizing atmosphere or at a temperature below the inversion temperature of Fe 3 O 4 ↔ FeO during sintering in a reducing atmosphere. Serpentinite and / or olivinite both independently and mixed with natural quartz feldspar sand are used as iron-containing magnesium silicate raw materials. Also known proppant may have a surface polymer coating.
Недостатком известного технического решения является некоторое снижение прочностных характеристик проппанта с течением времени. Это обусловлено тем, что стеклофаза, образующаяся в объеме гранул при проведении спекающего обжига, является недостаточно вязкой.A disadvantage of the known technical solution is a slight decrease in the strength characteristics of proppant over time. This is due to the fact that the glass phase formed in the volume of the granules during sintering roasting is not sufficiently viscous.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому решению является патент РФ №2235702, в котором керамические расклиниватели нефтяных скважин представляют собой прочные, обожженные при температуре 1215-1290°С, гранулы на основе оксидов магния, кремния, кальция (метасиликата магния и/или метасиликата кальция). В одном из примеров осуществления изобретения расклиниватель получен из метасиликата магния (MgSiO3), который был предварительно измельчен, смешан со спекающей добавкой - глиной (глины, как правило, являются железосодержащими материалами), сгранулирован и обожжен при температуре 1215°С.The closest in technical essence to the claimed solution is RF patent No. 2235702, in which ceramic oil well proppants are durable, calcined at a temperature of 1215-1290 ° C, granules based on oxides of magnesium, silicon, calcium (magnesium metasilicate and / or calcium metasilicate ) In one embodiment of the invention, the proppant is obtained from magnesium metasilicate (MgSiO 3 ), which has been pre-crushed, mixed with a sintering additive - clay (clays are typically iron-containing materials), granulated and calcined at a temperature of 1215 ° C.
Недостатком известного технического решения также является снижение прочностных характеристик расклинивателя с течением времени.A disadvantage of the known technical solution is also a decrease in the strength characteristics of the proppant over time.
Технической задачей, на решение которой направлено изобретение, является создание проппанта, в меньшей степени теряющего прочность с течением времени.The technical problem to which the invention is directed is the creation of a proppant, to a lesser extent losing strength over time.
Указанная задача решается тем, что керамический проппант, представляющий собой прочные обожженные гранулы на основе оксидов магния, кремния и железа при любом соотношении компонентов, в своем составе дополнительно содержит комбинацию оксидов алюминия, калия, натрия, кальция, хрома при следующем их содержании, масс. %:This problem is solved in that the ceramic proppant, which is a solid fired granules based on oxides of magnesium, silicon and iron at any ratio of components, additionally contains a combination of oxides of aluminum, potassium, sodium, calcium, chromium at their next content, mass. %:
Традиционными видами сырья для изготовления магнийсиликатного проппанта являются природные железосодержащие магнийсиликаты - серпентинит, дунит, оливин, реже тальк, а также природные кварцполевошпатные пески. Однако проппанты. изготовленные из указанного сырья, демонстрируют некоторое падение прочности с течением времени (разрушаемость материала увеличивается на 2-4% в зависимости от вида сырья и способа его переработки). Отсюда следует, что наличие в керамике оксидов железа не оказывает достаточного сглаживающего влияния на последствия полиморфных превращений в материале. Экспериментальным путем установлено, что присутствие в обожженном магнийсиликатном проппанте комбинации стеклообразующих оксидов алюминия, калия, натрия, кальция, хрома в заявляемом количестве уменьшает деградацию прочности керамики. Это объясняется тем, что в результате обжига и последующего охлаждения по границам зерен, слагающих керамику, образуется вязкая стеклофаза, компенсирующая внутренние напряжения. Более того, заявляемая композиция оказывает благоприятное воздействие на долговременную прочность проппанта при любом соотношении MgO/SiO2 в спеченных гранулах, поскольку позитивное влияние композиции распространяется как на MgSiO3 (протоэнстатит), так и на SiO2. Вещества, входящие в состав комбинации не являются дефицитными и могут быть введены в состав исходной шихты с природными материалами или с техногенными отходами различных производств. Общее количество стеклообразующих оксидов определяется соотношением MgO/SiO2 в исходной шихте и уменьшается с увеличением доли SiO2. Вместе с тем, при содержании заявляемых оксидов в проппанте менее нижнего предела их действие малозаметно, при увеличении содержания указанных оксидов вышезаявляемого верхнего предела в проппанте при обжиге образуется большое количество стеклофазы и появляется значительное количество спеков.The traditional types of raw materials for the manufacture of magnesium silicate proppant are natural iron-containing magnesium silicates - serpentinite, dunite, olivine, less often talc, as well as natural quartz-feldspar sands. However, proppants. made from the specified raw materials, show some decrease in strength over time (the destructibility of the material increases by 2-4% depending on the type of raw material and the method of its processing). It follows that the presence of iron oxides in ceramics does not have a sufficient smoothing effect on the consequences of polymorphic transformations in the material. It was established experimentally that the presence in the calcined magnesium silicate proppant of a combination of glass-forming oxides of aluminum, potassium, sodium, calcium, chromium in the claimed amount reduces the degradation of the strength of ceramics. This is due to the fact that as a result of firing and subsequent cooling along the grain boundaries composing the ceramics, a viscous glass phase is formed that compensates for internal stresses. Moreover, the claimed composition has a beneficial effect on the long-term strength of the proppant at any ratio of MgO / SiO 2 in sintered granules, since the positive effect of the composition extends to both MgSiO 3 (protoenstatite) and SiO 2 . The substances that make up the combination are not scarce and can be introduced into the composition of the initial charge with natural materials or with industrial waste from various industries. The total amount of glass-forming oxides is determined by the ratio of MgO / SiO 2 in the initial charge and decreases with an increase in the proportion of SiO 2. However, when the content of the claimed oxides in the proppant is less than the lower limit, their effect is not noticeable, with an increase in the content of these oxides, the upper limit in the proppant is fired during firing a large amount of glass phase is formed and a significant number of cakes appear.
Примеры осуществления изобретенияExamples of carrying out the invention
Пример 1. Оксид магния (квалификации «ХЧ» - химически чистый) в количестве 3,75 кг (37,5 масс. %), оксид кремния (квалификации «ХЧ») в количестве 5,75 кг (57,5 масс. %) и оксид железа III (квалификации «ХЧ») в количестве 0,5 кг (5 масс. %) помещали в вибромельницу и измельчали до фракции менее 40 мкм, затем измельченную смесь обжигали при температуре 1150°С и вновь измельчали до фракции менее 40 мкм. Измельченный материал гранулировали и обжигали при температуре 1290°С. У полученных гранул фракции 16/20 меш определяли разрушаемость по общепринятой методике ISO 13503 - 2:2006. Часть гранул помещали в герметичный сосуд и хранили в течение 30 дней, после чего вновь измеряли разрушаемость. Результаты испытаний представлены в таблице.Example 1. Magnesium oxide (qualification "ChP" - chemically pure) in the amount of 3.75 kg (37.5 wt.%), Silicon oxide (qualification "ChP") in the amount of 5.75 kg (57.5 wt.% ) and iron oxide III (qualification “ChP”) in an amount of 0.5 kg (5 wt.%) were placed in a vibratory mill and crushed to a fraction of less than 40 microns, then the crushed mixture was calcined at a temperature of 1150 ° C and again crushed to a fraction of less than 40 microns. The crushed material was granulated and calcined at a temperature of 1290 ° C. The obtained granules of the 16/20 mesh fraction were determined as destructible according to the generally accepted procedure ISO 13503 - 2: 2006. Part of the granules was placed in an airtight vessel and stored for 30 days, after which destructibility was again measured. The test results are presented in the table.
Пример 2. Оксид магния (квалификации «ХЧ») в количестве 3,5 кг (35 масс. %), диоксид кремния (квалификации «ХЧ») в количестве 5,3 кг (53 масс. %), оксид железа III (квалификации «ХЧ») в количестве 0,5 кг (5 масс. %), оксид алюминия (квалификации «ХЧ») в количестве 0,25 кг (2,5 масс. %), оксид калия (квалификации «ХЧ») в количестве 0,15 кг (1,5 масс. %), оксид натрия (квалификации «ХЧ») в количестве 0,1 кг (1 масс. %), оксид кальция (квалификации «ХЧ») в количестве 0,15 кг (1,5 масс. %), оксид хрома (квалификации «ХЧ») в количестве 0,05 кг (0,5 масс. %) помещали в вибромельницу и измельчали до фракции менее 40 мкм, затем измельченную смесь обжигали при температуре 1150°С и вновь измельчали до фракции менее 40 мкм. Измельченный материал гранулировали и обжигали при температуре 1290°С. У полученных гранул фракции 16/20 меш определяли разрушаемость по общепринятой методике ISO 13503 - 2:2006. Часть гранул помещали в герметичный сосуд и хранили в течение 30 дней, после чего вновь измеряли разрушаемость. Подобным образом готовили пробы проппанта с различным соотношением MgO/SiO2/Fe2O3 и с добавкой различного количества химически чистых оксидов алюминия, калия, натрия, кальция, хрома. Результаты испытаний представлены в таблице.Example 2. Magnesium oxide (qualification "ChP") in the amount of 3.5 kg (35 wt.%), Silicon dioxide (qualification "ChP") in the amount of 5.3 kg (53 wt.%), Iron oxide III (qualification “ChP”) in an amount of 0.5 kg (5 wt.%), Alumina (qualification “ChP”) in an amount of 0.25 kg (2.5 wt.%), Potassium oxide (qualification “ChP”) in an amount 0.15 kg (1.5 wt.%), Sodium oxide (qualification "ChP") in an amount of 0.1 kg (1 wt.%), Calcium oxide (qualification "ChP") in an amount of 0.15 kg (1 , 5 wt.%), Chromium oxide (qualification "ChP") in an amount of 0.05 kg (0.5 wt.%) Was placed in a vibratory mill and crushed to f shares less than 40 microns, then milled mixture was calcined at 1150 ° C and again ground to a fraction smaller than 40 microns. The crushed material was granulated and calcined at a temperature of 1290 ° C. The obtained granules of the 16/20 mesh fraction were determined as destructible according to the generally accepted procedure ISO 13503 - 2: 2006. Part of the granules was placed in an airtight vessel and stored for 30 days, after which destructibility was again measured. Similarly, proppant samples were prepared with a different ratio of MgO / SiO 2 / Fe 2 O 3 and with the addition of various amounts of chemically pure oxides of aluminum, potassium, sodium, calcium, chromium. The test results are presented in the table.
Пример 3. Каустический магнезит в количестве 1,0 кг (10 масс. %), кварцполевошпатный песок в количестве 8,5 кг (85 масс. %), глину в количестве 0,4 кг (4 масс. %), хромруду в количестве 0,1 кг (1 масс. %) помещали в вибромельницу и измельчали до фракции менее 40 мкм, затем измельченную смесь обжигали при температуре 1150°С и вновь измельчали до фракции менее 40 мкм. Измельченный материал гранулировали и обжигали при температуре 1250°C. У полученных гранул фракции 16/20 меш определяли разрушаемость по общепринятой методике ISO 13503 - 2:2006. Часть гранул помещали в герметичный сосуд и хранили в течение 30 дней, после чего вновь измеряли разрушаемость. Результаты испытаний представлены ниже в таблице.Example 3. Caustic magnesite in an amount of 1.0 kg (10 wt.%), Quartz feldspar sand in an amount of 8.5 kg (85 wt.%), Clay in an amount of 0.4 kg (4 wt.%), Chrome ore in an amount 0.1 kg (1 wt.%) Was placed in a vibratory mill and crushed to a fraction of less than 40 μm, then the crushed mixture was fired at a temperature of 1150 ° C and again crushed to a fraction of less than 40 μm. The crushed material was granulated and calcined at a temperature of 1250 ° C. The obtained granules of the 16/20 mesh fraction were determined as destructible according to the generally accepted procedure ISO 13503 - 2: 2006. Part of the granules was placed in an airtight vessel and stored for 30 days, after which destructibility was again measured. The test results are presented in the table below.
Анализ данных таблицы показывает, что проппант, соответствующий заявляемому техническому решению (примеры 3-5, 8-10 таблицы), демонстрирует меньшее снижение прочности с течением времени, чем остальные испытанные образцы.Analysis of the data in the table shows that the proppant corresponding to the claimed technical solution (examples 3-5, 8-10 of the table), demonstrates a smaller decrease in strength over time than the rest of the tested samples.
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016117899A RU2655335C9 (en) | 2016-05-06 | 2016-05-06 | Ceramic proppant |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016117899A RU2655335C9 (en) | 2016-05-06 | 2016-05-06 | Ceramic proppant |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2016117899A RU2016117899A (en) | 2017-11-10 |
| RU2655335C2 RU2655335C2 (en) | 2018-05-25 |
| RU2655335C9 true RU2655335C9 (en) | 2019-02-13 |
Family
ID=60264255
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2016117899A RU2655335C9 (en) | 2016-05-06 | 2016-05-06 | Ceramic proppant |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2655335C9 (en) |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2235702C2 (en) * | 2002-10-10 | 2004-09-10 | Шмотьев Сергей Федорович | Method of manufacturing ceramic disjoining members for oil wells |
| CN1699265A (en) * | 2004-05-18 | 2005-11-23 | 渑池县方圆陶粒砂厂 | High-strength ceramsite proppant and preparation method thereof |
| US7648934B2 (en) * | 2006-08-04 | 2010-01-19 | Ilem Research And Development Establishment | Precursor compositions for ceramic products |
| 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 |
| RU2446200C1 (en) * | 2010-10-05 | 2012-03-27 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Форэс" | Manufacturing method of light-weight siliceous proppant, and proppant |
| RU2476477C1 (en) * | 2011-09-12 | 2013-02-27 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Форэс" | Manufacturing method of composite magnesium-silicate proppant, and proppant itself |
| RU2521680C1 (en) * | 2013-02-05 | 2014-07-10 | Карбо Керамикс Инк. | Proppant and its application |
-
2016
- 2016-05-06 RU RU2016117899A patent/RU2655335C9/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2235702C2 (en) * | 2002-10-10 | 2004-09-10 | Шмотьев Сергей Федорович | Method of manufacturing ceramic disjoining members for oil wells |
| CN1699265A (en) * | 2004-05-18 | 2005-11-23 | 渑池县方圆陶粒砂厂 | High-strength ceramsite proppant and preparation method thereof |
| US7648934B2 (en) * | 2006-08-04 | 2010-01-19 | Ilem Research And Development Establishment | Precursor compositions for ceramic products |
| 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 |
| RU2446200C1 (en) * | 2010-10-05 | 2012-03-27 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Форэс" | Manufacturing method of light-weight siliceous proppant, and proppant |
| RU2476477C1 (en) * | 2011-09-12 | 2013-02-27 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Форэс" | Manufacturing method of composite magnesium-silicate proppant, and proppant itself |
| RU2521680C1 (en) * | 2013-02-05 | 2014-07-10 | Карбо Керамикс Инк. | Proppant and its application |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2655335C2 (en) | 2018-05-25 |
| RU2016117899A (en) | 2017-11-10 |
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 | |
| US8785356B2 (en) | Method for the production of a lightweight magnesium silicate proppant and a proppant | |
| RU2344155C2 (en) | Proppant on basis of aluminium silicates, method of its preparation and method of its application | |
| RU2446200C1 (en) | Manufacturing method of light-weight siliceous proppant, and proppant | |
| US7648934B2 (en) | Precursor compositions for ceramic products | |
| US9399727B2 (en) | Composition and method for producing an ultra-lightweight ceramic proppant | |
| RU2742891C2 (en) | Method for producing medium-density magnesium silicate proppant and proppant | |
| RU2694363C1 (en) | Ceramic proppant and its production method | |
| EP0101855A1 (en) | Low density proppant for oil and gas wells | |
| US9234127B2 (en) | Angular abrasive proppant, process for the preparation thereof and process for hydraulic fracturing of oil and gas wells | |
| CA1228226A (en) | Sintered low density gas and oil well proppants from a low cost unblended clay material of selected compositions | |
| RU2613676C1 (en) | Method for magnesium silicate proppant preparation, and proppant | |
| RU2588634C9 (en) | Method of producing ceramic proppant (versions) | |
| US20170275209A1 (en) | Addition of mineral-containing slurry for proppant formation | |
| US11053432B2 (en) | Ultra high strength proppant and method of preparing the same | |
| RU2619603C1 (en) | Proppant and method of proppant production | |
| RU2655335C9 (en) | Ceramic proppant | |
| EA008825B1 (en) | Proppants and method for producing thereof | |
| RU2739180C1 (en) | Method of producing magnesium silicate proppant and proppant | |
| CN105400505B (en) | Low-density petroleum fracturing propping agent and preparation method thereof | |
| RU2615197C1 (en) | Magnesium-silicate proppant | |
| RU2623751C1 (en) | Manufacturing method of light-weight siliceous proppant and proppant | |
| RU2650149C1 (en) | Feed for manufacturing of light-proof silicon proppant and proppant | |
| RU2728300C1 (en) | Method for production of raw proppant from natural magnesium silicate raw material | |
| RU2744130C2 (en) | Ceramic proppant |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| TH4A | Reissue of patent specification | ||
| PD4A | Correction of name of patent owner | ||
| TH4A | Reissue of patent specification | ||
| MF41 | Cancelling an invention patent (total invalidation of the patent) |
Effective date: 20190513 |
|
| RZ4A | Other changes in the information about an invention | ||
| RZ4A | Other changes in the information about an invention |