RU2666560C1 - Способ изготовления керамических проппантов - Google Patents
Способ изготовления керамических проппантов Download PDFInfo
- Publication number
- RU2666560C1 RU2666560C1 RU2017129287A RU2017129287A RU2666560C1 RU 2666560 C1 RU2666560 C1 RU 2666560C1 RU 2017129287 A RU2017129287 A RU 2017129287A RU 2017129287 A RU2017129287 A RU 2017129287A RU 2666560 C1 RU2666560 C1 RU 2666560C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- proppants
- proppant
- granules
- powder
- suspension
- Prior art date
Links
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 title claims abstract description 23
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 16
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims abstract description 22
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims abstract description 20
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims abstract description 14
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims abstract description 12
- 238000001354 calcination Methods 0.000 claims abstract description 3
- 239000000725 suspension Substances 0.000 claims description 31
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 8
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 abstract description 13
- 238000001723 curing Methods 0.000 abstract description 9
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 4
- 230000008569 process Effects 0.000 abstract description 4
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 4
- 239000002002 slurry Substances 0.000 abstract description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 239000008187 granular material Substances 0.000 description 27
- 238000005245 sintering Methods 0.000 description 12
- 238000010304 firing Methods 0.000 description 11
- 239000000463 material Substances 0.000 description 11
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 8
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 8
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 7
- 239000007900 aqueous suspension Substances 0.000 description 7
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 7
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 7
- FKHIFSZMMVMEQY-UHFFFAOYSA-N talc Chemical compound [Mg+2].[O-][Si]([O-])=O FKHIFSZMMVMEQY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 6
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 6
- 238000005469 granulation Methods 0.000 description 5
- 230000003179 granulation Effects 0.000 description 5
- MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N Zirconium dioxide Chemical compound O=[Zr]=O MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 150000004676 glycans Chemical class 0.000 description 4
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 4
- 229920001282 polysaccharide Polymers 0.000 description 4
- 239000005017 polysaccharide Substances 0.000 description 4
- 239000000047 product Substances 0.000 description 4
- 239000002492 water-soluble polymer binding agent Substances 0.000 description 4
- UXVMQQNJUSDDNG-UHFFFAOYSA-L Calcium chloride Chemical compound [Cl-].[Cl-].[Ca+2] UXVMQQNJUSDDNG-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 3
- 235000010443 alginic acid Nutrition 0.000 description 3
- 229920000615 alginic acid Polymers 0.000 description 3
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 3
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 3
- 230000002209 hydrophobic effect Effects 0.000 description 3
- 230000035699 permeability Effects 0.000 description 3
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229920001817 Agar Polymers 0.000 description 2
- 108010010803 Gelatin Proteins 0.000 description 2
- 229920002907 Guar gum Polymers 0.000 description 2
- UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N Iron oxide Chemical compound [Fe]=O UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229920002472 Starch Polymers 0.000 description 2
- 239000008272 agar Substances 0.000 description 2
- 229940023476 agar Drugs 0.000 description 2
- 235000010419 agar Nutrition 0.000 description 2
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 2
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 2
- 239000001110 calcium chloride Substances 0.000 description 2
- 229910001628 calcium chloride Inorganic materials 0.000 description 2
- 235000010418 carrageenan Nutrition 0.000 description 2
- 229920001525 carrageenan Polymers 0.000 description 2
- 229920002678 cellulose Polymers 0.000 description 2
- 235000010980 cellulose Nutrition 0.000 description 2
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 2
- 230000018044 dehydration Effects 0.000 description 2
- 238000006297 dehydration reaction Methods 0.000 description 2
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 2
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 2
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 2
- 229920000159 gelatin Polymers 0.000 description 2
- 235000019322 gelatine Nutrition 0.000 description 2
- 235000011852 gelatine desserts Nutrition 0.000 description 2
- 239000000665 guar gum Substances 0.000 description 2
- 235000010417 guar gum Nutrition 0.000 description 2
- 229960002154 guar gum Drugs 0.000 description 2
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 2
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 2
- 235000010987 pectin Nutrition 0.000 description 2
- 239000001814 pectin Substances 0.000 description 2
- 229920001277 pectin Polymers 0.000 description 2
- 229920005862 polyol Polymers 0.000 description 2
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 2
- 239000004576 sand Substances 0.000 description 2
- 238000007873 sieving Methods 0.000 description 2
- 239000007921 spray Substances 0.000 description 2
- 235000019698 starch Nutrition 0.000 description 2
- 239000008107 starch Substances 0.000 description 2
- 229940032147 starch Drugs 0.000 description 2
- 239000004094 surface-active agent Substances 0.000 description 2
- 239000000230 xanthan gum Substances 0.000 description 2
- 229920001285 xanthan gum Polymers 0.000 description 2
- 235000010493 xanthan gum Nutrition 0.000 description 2
- 229940082509 xanthan gum Drugs 0.000 description 2
- IXPNQXFRVYWDDI-UHFFFAOYSA-N 1-methyl-2,4-dioxo-1,3-diazinane-5-carboximidamide Chemical compound CN1CC(C(N)=N)C(=O)NC1=O IXPNQXFRVYWDDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- FHVDTGUDJYJELY-UHFFFAOYSA-N 6-{[2-carboxy-4,5-dihydroxy-6-(phosphanyloxy)oxan-3-yl]oxy}-4,5-dihydroxy-3-phosphanyloxane-2-carboxylic acid Chemical compound O1C(C(O)=O)C(P)C(O)C(O)C1OC1C(C(O)=O)OC(OP)C(O)C1O FHVDTGUDJYJELY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- NIXOWILDQLNWCW-UHFFFAOYSA-N Acrylic acid Chemical class OC(=O)C=C NIXOWILDQLNWCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004215 Carbon black (E152) Substances 0.000 description 1
- 229920000742 Cotton Polymers 0.000 description 1
- 241000758791 Juglandaceae Species 0.000 description 1
- 102000006835 Lamins Human genes 0.000 description 1
- 108010047294 Lamins Proteins 0.000 description 1
- 229910017625 MgSiO Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005299 abrasion Methods 0.000 description 1
- -1 acrylic acid derivatives polyols Chemical class 0.000 description 1
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 description 1
- 229940072056 alginate Drugs 0.000 description 1
- 235000012211 aluminium silicate Nutrition 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 238000000137 annealing Methods 0.000 description 1
- 230000037237 body shape Effects 0.000 description 1
- 229910052599 brucite Inorganic materials 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
- QXJJQWWVWRCVQT-UHFFFAOYSA-K calcium;sodium;phosphate Chemical compound [Na+].[Ca+2].[O-]P([O-])([O-])=O QXJJQWWVWRCVQT-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 229910010293 ceramic material Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 239000004927 clay Substances 0.000 description 1
- 239000000701 coagulant Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- 239000003085 diluting agent Substances 0.000 description 1
- 239000010433 feldspar Substances 0.000 description 1
- 239000012467 final product Substances 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 description 1
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 229910052738 indium Inorganic materials 0.000 description 1
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N iron Substances [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000002427 irreversible effect Effects 0.000 description 1
- 210000005053 lamin Anatomy 0.000 description 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 1
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000003129 oil well Substances 0.000 description 1
- 239000011368 organic material Substances 0.000 description 1
- 238000004806 packaging method and process Methods 0.000 description 1
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 1
- 150000003077 polyols Chemical class 0.000 description 1
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 1
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 1
- 238000006722 reduction reaction Methods 0.000 description 1
- 239000011819 refractory material Substances 0.000 description 1
- 230000002441 reversible effect Effects 0.000 description 1
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 description 1
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 235000010413 sodium alginate Nutrition 0.000 description 1
- 239000000661 sodium alginate Substances 0.000 description 1
- 229940005550 sodium alginate Drugs 0.000 description 1
- 235000019832 sodium triphosphate Nutrition 0.000 description 1
- 238000005507 spraying Methods 0.000 description 1
- 230000000087 stabilizing effect Effects 0.000 description 1
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 1
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 description 1
- OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N titanium oxide Inorganic materials [Ti]=O OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
- 238000000844 transformation Methods 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
- RYFMWSXOAZQYPI-UHFFFAOYSA-K trisodium phosphate Chemical compound [Na+].[Na+].[Na+].[O-]P([O-])([O-])=O RYFMWSXOAZQYPI-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 1
- 238000009827 uniform distribution Methods 0.000 description 1
- 235000020234 walnut Nutrition 0.000 description 1
- 239000003232 water-soluble binding agent Substances 0.000 description 1
- 238000005303 weighing Methods 0.000 description 1
- GFQYVLUOOAAOGM-UHFFFAOYSA-N zirconium(iv) silicate Chemical compound [Zr+4].[O-][Si]([O-])([O-])[O-] GFQYVLUOOAAOGM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
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
- C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Structural Engineering (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
Abstract
Изобретение относится к технологии изготовления керамических проппантов и может быть использовано в нефтегазодобывающей промышленности в качестве расклинивающих агентов при добыче нефти или газа методом гидравлического разрыва пласта - ГРП. В способе изготовления керамических проппантов, включающем формование капель из концентрированных суспензий, их отверждение, сушку и обжиг, отверждение осуществляют диспергированием капель в порошок, имеющий огнеупорность, равную или большую огнеупорности твердого компонента суспензии. Изобретение развито в зависимом пункте формулы. Технический результат - увеличение прочностных характеристик при сохранении высоких показателей сферичности. 1 з.п. ф-лы, 4 пр., 4 ил.
Description
Изобретение относится к технологии изготовления керамических проппантов и может быть использовано при добыче нефти или газа методом гидравлического разрыва пласта - ГРП.
Проппанты (расклиниватели) - прочные сферические гранулы, удерживающие трещины ГРП от смыкания под большим давлением и обеспечивающие необходимую производительность нефтяных и/или газовых скважин путем создания в пласте проводящего канала. В качестве проппантов используют песок, дробь, дробленую скорлупу грецких орехов, стеклосферы, керамические гранулы. Каждый из применяемых видов расклинивателей имеет свои преимущества и свои недостатки. Например, использование при ГРП природных органических материалов или песка предполагает предварительное нанесение на их поверхность для придания им большей сферичности защитного и/или упрочняющего полимерного покрытия, что неизбежно влечет за собой удорожание продукции, а в технологии изготовления стеклосфер с хорошими показателями прочности и сферичности/округлости изначально закладываются высокие затраты на плавление шихты, сушку, рассев, повторный отжиг и классификацию конечной продукции. В настоящее время наиболее приемлемыми с точки зрения соотношения цена/качество являются керамические проппанты, сырьем для изготовления которых являются глины, бокситы, пески, полевые шпаты, серпентинит, брусит и т.д. Производство керамических сфер включает в себя предварительную термообработку исходных материалов, их дозирование, помол, грануляцию (сфероидизацию), спекающий обжиг, рассев и упаковку готовой продукции. Основными эксплуатационными характеристиками расклинивающих агентов независимо от их природы и технологии изготовления являются проводимость и проницаемость проппантной пачки, которые, в свою очередь, зависят от прочности, формы поверхности гранул и их фракционного состава. Считается, что сферические гранулы унифицированного размера являются наиболее эффективной формой тела проппанта, обеспечивающей максимальные значения проводимости и проницаемости проппантной пачки за счет создания преимущественно ламинарного характера движения добываемого углеводородного сырья. Таким образом, при прочих равных условиях, сферические или исключительно сферические гранулы являются наиболее предпочтительными, с точки зрения обеспечения подвижности потока нефти и газа. В связи с этим предприятия-изготовители проппанта прилагают значительные усилия, направленные на поиск технологических решений, позволяющих получать расклиниватель с максимальными значениями округлости и сферичности гранул при сохранении приемлемых прочностных характеристик. Следовательно, способ сфероидизации является важнейшим технологическим приемом, оказывающим решающее влияние на такие потребительские характеристики проппанта как сферичность и округлость гранул.
Известен способ изготовления керамических расклинивателей нефтяных скважин (патент РФ №2235702), который включает последовательное измельчение, грануляцию и обжиг при температуре 1215-1290°С керамического материала, в качестве которого используют метасиликат магния и/или метасиликат кальция. Измельчение сырья производят сухим способом до фракции менее 0,01 мм, а грануляцию - до фракции 0,2-1,8 мм. Измельченный метасиликат перед грануляцией смешивают с модифицирующими и спекающими добавками, например оксидом титана, силикатом циркония, оксидом железа, глиной и др. Недостатком данного способа является то, что гранулы проппанта имеют низкие показатели сферичности и округлости, следовательно, и пониженную проницаемость проппантной пачки. Это связано с тем, что при сфероидизации материала, производимой на грануляторе тарельчатого типа путем послойной накатки гранул, происходит перераспределение частиц внутри гранулы - более крупные частицы перемещаются на поверхность гранулы, ухудшая показатели округлости. Кроме того, указанное перераспределение частиц вызывает искажение геометрической формы гранул из-за большой и неравномерной объемной усадки при обжиге, что приводит к ухудшению их сферичности и образованию в сферах усадочных пор. Образование усадочных пор предопределяется самим процессом сфероидизации в тарельчатых, барабанных грануляторах или в грануляторах Айриха. Принципиальным недостатком такой грануляции является разноплотность сырых гранул: всегда наружный слой уплотняется сильнее, чем внутренний, поэтому при обжиге вследствие различной усадки внутренняя часть сфер имеет раковины и трещины, ухудшающие прочностные характеристики материала.
Известен также способ изготовления керамического проппанта (патент РФ №2476476), включающий помол исходных компонентов шихты, приготовление шликера, введение в него добавки, подачу суспензии в башенное распылительное сушило (БРС), формирование гранул и их термообработку. При этом используют шликер, содержащий 69-85 мас. % твердого компонента и добавку в количестве 0,1-2,0% от массы твердого компонента, состоящую из поверхностно-активного вещества (ПАВ) и связующего, а формирование гранул осуществляют диспергированием шликера при подаче его в БРС через, по крайней мере, одно калиброванное отверстие под давлением на выходе 30-450 бар или на помещенном в БРС диске, вращающемся с частотой 3000-9000 об/мин. Кроме того, температура в БРС составляет 180-300°С, влажность гранул на выходе из башенного распылительного сушила составляет 9-12%, а объемная доля влаги в шликере составляет менее 50%. Проппант, характеризуется тем, что он получен указанным способом. Расклинивающий агент, полученный известным способом, обладает высокими показателями сферичности/округлости, однако при этом имеет пониженные показатели прочности. Это объясняется тем, что материал, выходящий из БРС содержит значительную долю влаги, после испарения которой в процессе сушки и последующего обжига внутри гранул остается некоторое количество хаотично расположенных крупных пор, увеличивающих разрушаемость проппанта. Кроме того, сушка капель в БРС происходит в течение короткого промежутка времени. В начале фиксируется наружная корка, а затем влага удаляется из внутренних слоев, что приводит к образованию усадочных раковин, снижающих прочностные характеристики сфер. В заявке США №20160272880 представлены способы и устройства для формования частиц проппанта, которые включают в себя получение водной суспензии из керамообразующего сырья, протекание суспензии через перфорированную мембрану, которая может быть под напряжением, с целью формирования суспендированных тел и их улавливание в накопительном бункере, сушку суспендированных тел с целью образования частиц и их последующее спекание. Водная суспензия имеет содержание твердых веществ 60-88 масс. %. При этом водная суспензия может содержать полисахарид, представляющий собой альгинат и коагулирующий агент - хлорид кальция. Недостатком известного технического решения также является то, что полученный согласно ему расклинивающий агент, обладая высокими показателями сферичности/округлости, имеет при этом пониженные показатели прочности. Это объясняется тем, что проппант - сырец содержит значительную долю влаги, после испарения которой в процессе сушки и последующего обжига внутри гранул остается некоторое количество хаотично расположенных крупных пор, увеличивающих разрушаемость проппанта.
Частично преодолеть указанные недостатки позволяет способ изготовления керамического проппанта (патент РФ №2 459 852), включающий помол исходных компонентов шихты, приготовление шликера, введение в полученный шликер водорастворимого полимерного связующего вещества, формирование гранул, их сушку и обжиг. Компоненты исходной шихты измельчают до фракции не более 30 мкм, при содержании фракции не более 5 мкм - 60-70 мас. % и фракции 5-30 мкм - 30-40 мас. %, а указанное формирование гранул осуществляют путем диспергирования шликера через, по крайней мере, одно калиброванное отверстие в водный раствор закрепляющего вещества, образующего с водорастворимым полимерным связующим веществом водонерастворимое соединение, обеспечивающего закрепление формы гранул, причем в шликер дополнительно вводят фосфорнокислую соль натрия в количестве 0,03-0,5 мас. % от веса твердого компонента шликера. Причем, водорастворимое полимерное связующее вещество выбирается из группы карагенов, пектинов, желатинов, альгинатов, целлюлоз, карбоксиметилированных полисахаридов, агара, крахмала, гуаровой смолы, ксантановой смолы, производных акриловой кислоты, полиолов, а диспергирование осуществляют путем бокового или осевого вибрационного воздействия на ламинарный поток шликера. Керамический проппант, характеризуется тем, что он получен указанным способом. Указанное техническое решение позволяет получать монофракционные керамические сферы с практически равномерным распределением пор внутри частиц. Для улучшения показателей сферичности/округлости керамических сфер, получаемых указанным способом предложено техническое решение (патент РФ №2514037), в котором способ изготовления магнезиально - кварцевого проппанта, включает приготовление шликера, введение в полученный шликер водорастворимого связующего вещества, каплеобразование путем вибрационного воздействия на ламинарную струю основной частотой, отверждение капель в водном растворе закрепляющего вещества и последующий обжиг. При изменении реологических свойств ламинарной струи шликера на нее оказывают дополнительное вибрационное воздействие с частотой, отличной от основной, до получения заданного качества каплеобразования. Причем, колебания дополнительной частоты имеют прямоугольную или импульсную форму, частота дополнительных колебаний кратна по отношению к основной частоте каплеобразования, синхронна по отношению к основной частоте каплеобразования и находится в ультразвуковом диапазоне частот. Улучшение показателей сферичности/округлости достигается за счет улучшения качества гранул стабилизацией каплеобразования при колебаниях реологических характеристик шликера. Недостатком указанных изобретений является повышенная разрушаемость керамических сфер, обусловленная тем, что при обжиге сфер начинает выгорать органическая составляющая на основе соединений карагенов, пектинов, желатинов, альгинатов, целлюлоз, карбоксиметилированных полисахаридов, агара, крахмала, гуаровой смолы, ксантановой смолы, производных акриловой кислоты, полиолов, изначально входящих в состав водорастворимого полимерного связующего вещества, что создает внутри гранул восстановительную атмосферу. В результате чего инициируются восстановительные реакции с участием соединений Fe, Со, Ni, Cu и т.д., входящих в качестве примесей в природные сырьевые материалы, используемые для производства проппантов. Указанные реакции, протекающие во время спекающего обжига, разупорядочивают микроструктуру керамики и, как следствие, приводят к снижению прочностных характеристик изделий. Кроме того, выгорающие добавки формируют в обожженных керамических сферах дополнительную пористость. Необходимо особо подчеркнуть, что при совместном использовании материалов, претерпевающих при нагревании обратимые и/или необратимые полиморфные превращения (например, MgSiO3, SiO2) восстановительная атмосфера внутри гранул сдвигает температурные интервалы фазовых переходов и может привести к микроструктурным деформациям из-за разнонаправленных объемных изменений входящих в состав керамики кристаллических фаз, что негативно влияет на прочность гранул. Также необходимо отметить, что наличие отвердевшей органической составляющей является причиной низкой прочности исходной сферы. Чрезвычайно низкая плотность исходной сферы проппанта после удаления из нее влаги вызывает большую усадку при обжиге и приводит к значительным потерям материала из-за истирания сфер при их движении во вращающейся обжиговой печи.
Технической задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является увеличение прочностных характеристик керамических проппантов путем улучшения их макро - и микроструктуры при сохранении высоких показателей сферичности/округлости.
Указанный результат достигается тем, что способ изготовления керамических проппантов, включает формование капель из концентрированных суспензий, их отверждение, сушку и обжиг, причем отверждение осуществляют диспергированием капель в порошок, имеющий огнеупорность равную или большую огнеупорности твердого компонента суспензии. Кроме того, объемная доля жидкости в концентрированной суспензии не превышает 60%. Для оптимизации характеристик получаемого проппанта используют порошок с фракционным составом менее 80 мкм. В ряде случаев указанный порошок пропитывают гидрофобным или гидрофильным материалом, а в концентрированную суспензию вводят модифицирующие добавки.
Экспериментальным путем установлено, что при диспергировании концентрированных суспензий, в силу их высокой вязкости, капли приобретают сферическую форму практически в момент каплеобразования, а отверждение капель концентрированных суспензий, производимое путем их диспергирования в тонкоизмельченный порошок, т.е. без участия полимерных связующих и закрепляющих веществ, приводит к тому, что:
во - первых, удается избежать микроструктурных деформаций, обусловленных влиянием восстановительной атмосферы, создающейся внутри гранул во время спекающего обжига:
во - вторых, при погружении капель концентрированной суспензии в тонкомолотый порошок происходит их отверждение, сопровождающееся плавным, равномерным отбором воды из всего объема проппанта, то есть реализуется механизм капиллярного обезвоживания, результатом которого является получение гранулированных сырцовых сфер с микропористой структурой, сохраняющейся после спекающего обжига. При этом в обожженных проппантах отсутствуют крупные, хаотично расположенные поры, т.е. процесс отверждения, совмещенный с предварительным влагоотбором, способствует гармонизации макроструктуры сфер и позволяет сохранить микропористую структуру при окончательной сушке и спекающем обжиге материала; в - третьих, при отверждении получаются проппанты с высокими показателями сферичности/округлости. Высокие значения показателей сферичности/округлости обеспечиваются равномерным удалением влаги из всего объема сферы, сопровождающимся соответственно равномерной усадкой сфер как во время процесса сушки, так и при проведении спекающего обжига продукта.
В результате проведенных экспериментальных работ установлено, что проппанты, полученные заявляемым способом, обладают повышенными прочностными характеристиками. Авторы подтверждают, что наилучшие прочностные характеристики проппантов достигаются при измельчении порошка, в который осуществляется диспергирование капель концентрированной суспензии, до фракции менее 80 мкм. При более грубом помоле указанного порошка не удается в полной мере задействовать механизм капиллярного обезвоживания материала, в результате чего обожженные сферы остаются недостаточно упрочненными. Обработка порошка гидрофобным или гидрофильным материалом призвана усилить капиллярный отток воды с поверхности отверждаемых проппантов. Выбор между гидрофобным или гидрофильным материалом определяется видом исходного сырья, используемого в производстве проппантов, зерновым и химическим составом порошка, в который осуществляется диспергирование капель суспензии, а также диаметром получаемых сфер. При возрастании объемной доли жидкости в концентрированной суспензии свыше 60% ухудшаются показатели сферичности/округлости обожженных проппантов (появляется значительное количество гранул каплевидной формы). Введение в концентрированную суспензию модифицирующих (спекающих, пластифицирующих, разжижающих и т.п.) добавок позволяет дополнительно улучшить эксплуатационные характеристики сфер. В частности, за счет улучшения реологических характеристик суспензии возрастают показатели сферичности/округлости материала, а присутствие пластифицирующих и спекающих добавок упорядочивает микроструктуру обожженных проппантов и снижает их разрушаемость. При разбрызгивании концентрированных суспензий процесс сфероидизации и поверхностной сушки капель начинается еще в воздухе и в момент соприкосновения с порошком сырцовые сферы уже обладают некоторой прочностью и имеют подсушенную поверхность. Вместе с тем, необходимо подчеркнуть, что при диспергировании капель концентрированных суспензий в порошок возможно налипание некоторого количества частиц порошка на поверхность проппантов. При использовании порошка с меньшей огнеупорностью, чем твердый компонент суспензии во время спекающего обжига происходит расплавление указанных частиц порошка, приводящее к образованию значительного количества спеченных между собой проппантов. В этой связи предпочтительно использовать порошок того же состава, что и состав твердого компонента суспензии или порошок более огнеупорного состава. Примеры осуществления изобретения.
Пример 1. Готовили водную суспензию с объемным содержанием жидкости 65%. В качестве твердого вещества брали предварительно синтезированный метасиликат магния. Суспензию диспергировали через сопло с калиброванным отверстием на расположенную под соплом хлопковую вату. Собранный сферический проппант - сырец высушивали в сушильном шкафу и обжигали при температуре 1280°С. У полученных проппантов фракции 16/20 меш определяли показатели разрушаемости, сферичности/округлости в соответствии с требованиями ISO 13503-2:2006(Е). Результаты измерений приведены в таблице (см. приложение 1). Срез сфер представлен на рис. 1 (см. приложение 2).
Пример 2. Готовили водную суспензию с объемным содержанием жидкости 70%. В качестве твердого вещества брали предварительно синтезированный метасиликат магния. В суспензию массой 1 кг дополнительно вводили альгинат натрия в количестве 1,1 мас. % (11 г). Приготовленную таким образом суспензию диспергировали через сопло с калиброванным отверстием в емкость с 6%-ным раствором хлористого кальция. Отвержденные сферы проппанта - сырца отмывали от раствора хлористого кальция проточной водой, высушивали в сушильном шкафу и обжигали при температуре 1280°С. У полученных проппантов фракции 16/20 меш определяли показатели разрушаемости, сферичности/округлости в соответствии с требованиями ISO 13503-2:2006(Е). Результаты измерений приведены в таблице (см. приложение 1). Срез сфер представлен на рис. 2 (см. приложение 2).
Пример 3. Готовили водную суспензию с объемным содержанием жидкости 60%. В качестве твердого компонента суспензии использовали предварительно синтезированный метасиликат магния. Суспензию диспергировали через сопло с калиброванным отверстием в емкость с измельченным до фракции менее 80 мкм порошком, предварительно синтезированного метасиликата магния. Отвержденные сферы проппанта - сырца высушивали в сушильном шкафу и обжигали при температуре 1280°С. У полученных проппантов фракции 16/20 меш определяли показатели разрушаемости, сферичности/округлости в соответствии с требованиями ISO 13503-2:2006(Е). Результаты измерений приведены в таблице (см. приложение 1).
Пример 4. Готовили водную суспензию с объемным содержанием жидкости 58%. В качестве твердого компонента суспензии использовали предварительно синтезированный метасиликат магния. В суспензию дополнительно вводили в качестве разжижающей и спекающей добавки триполифосфат натрия. Суспензию диспергировали через сопло с калиброванным отверстием в емкость с измельченным до фракции менее 80 мкм порошком диоксида циркония, имеющим большую огнеупорность по сравнению с метасиликатом магния. Порошок диоксида циркония предварительно обрабатывали гидрофобизирующей жидкостью. Отвержденные сферы проппанта - сырца высушивали в сушильном шкафу и обжигали при температуре 1280°С. У полученных проппантов фракции 16/20 меш определяли показатели разрушаемости, сферичности/округлости в соответствии с требованиями ISO 13503-2:2006(Е). Аналогичным образом получали сферические проппанты из суспензий, содержащих в качестве твердого компонента другие виды исходного керамического сырья. При этом в качестве порошка, в который осуществлялось диспергирование суспензий, использовали различные огнеупорные материалы в соответствии с заявляемым техническим решением. Результаты измерений приведены в таблице (см. приложение 1), внешний вид и срез сферических проппантов представлен на рис. 3,4 (см. приложение 2).
В таблице даны примеры для трех видов керамического сырья, используемого при производстве проппантов, однако для специалистов, работающих в данной области очевидно, что применение заявляемого способа изготовления керамических проппантов возможно и для других видов сырья (глин, каолинов, бокситов и др.).
Анализ данных таблицы показывает, что проппанты, полученные заявляемым способом (примеры 3-8 таблицы), демонстрируют низкие показатели разрушаемости, сохраняя при этом высокие показатели сферичности/округлости. Кроме того, отказ от использования для отверждения проппантов дорогостоящих полисахаридов позволяет снизить себестоимость производимого продукта.
Claims (2)
1. Способ изготовления керамических проппантов, включающий формование капель из концентрированных суспензий, их отверждение, сушку и обжиг, отличающийся тем, что отверждение осуществляют диспергированием капель в порошок, имеющий огнеупорность, равную или большую огнеупорности твердого компонента суспензии.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что объемная доля жидкости в концентрированной суспензии не превышает 60%.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017129287A RU2666560C1 (ru) | 2017-08-16 | 2017-08-16 | Способ изготовления керамических проппантов |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017129287A RU2666560C1 (ru) | 2017-08-16 | 2017-08-16 | Способ изготовления керамических проппантов |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2666560C1 true RU2666560C1 (ru) | 2018-09-11 |
Family
ID=63580233
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2017129287A RU2666560C1 (ru) | 2017-08-16 | 2017-08-16 | Способ изготовления керамических проппантов |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2666560C1 (ru) |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20020180121A1 (en) * | 2001-06-01 | 2002-12-05 | Hiromi Inada | Method of producing ceramic body |
| RU2235702C2 (ru) * | 2002-10-10 | 2004-09-10 | Шмотьев Сергей Федорович | Способ изготовления керамических расклинивателей нефтяных скважин |
| RU2459852C1 (ru) * | 2011-04-19 | 2012-08-27 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Форэс" | Способ изготовления керамического проппанта и проппант |
| RU2476476C2 (ru) * | 2011-06-10 | 2013-02-27 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Форэс" | Способ изготовления керамического проппанта и проппант |
| RU2514037C1 (ru) * | 2012-09-18 | 2014-04-27 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Форэс" | Способ изготовления магнезиальнокварцевого проппанта |
| US20160272880A1 (en) * | 2013-11-19 | 2016-09-22 | Schlumberger Technology Corporation | Ceramic particles formed from perforated membranes |
-
2017
- 2017-08-16 RU RU2017129287A patent/RU2666560C1/ru active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20020180121A1 (en) * | 2001-06-01 | 2002-12-05 | Hiromi Inada | Method of producing ceramic body |
| RU2235702C2 (ru) * | 2002-10-10 | 2004-09-10 | Шмотьев Сергей Федорович | Способ изготовления керамических расклинивателей нефтяных скважин |
| RU2459852C1 (ru) * | 2011-04-19 | 2012-08-27 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Форэс" | Способ изготовления керамического проппанта и проппант |
| RU2476476C2 (ru) * | 2011-06-10 | 2013-02-27 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Форэс" | Способ изготовления керамического проппанта и проппант |
| RU2514037C1 (ru) * | 2012-09-18 | 2014-04-27 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Форэс" | Способ изготовления магнезиальнокварцевого проппанта |
| US20160272880A1 (en) * | 2013-11-19 | 2016-09-22 | Schlumberger Technology Corporation | Ceramic particles formed from perforated membranes |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CA2659669C (en) | A composition and method for making a proppant | |
| US8063000B2 (en) | Low bulk density proppant and methods for producing the same | |
| US7491444B2 (en) | Composition and method for making a proppant | |
| US8012533B2 (en) | Composition and method for making a proppant | |
| RU2459852C1 (ru) | Способ изготовления керамического проппанта и проппант | |
| CA2599025C (en) | Methods for producing sintered particles from a slurry of an alumina-containing raw material | |
| US8047288B2 (en) | Proppants with carbide and/or nitride phases | |
| US20120190597A1 (en) | Extrusion Process For Proppant Production | |
| RU2463329C1 (ru) | Способ изготовления магнийсиликатного проппанта и проппант | |
| EA010944B1 (ru) | Способ производства твердых спеченных керамических частиц и полученные этим способом частицы | |
| Pype et al. | Development of alumina microspheres with controlled size and shape by vibrational droplet coagulation | |
| CN105295889B (zh) | 一种低密度高强度陶粒砂支撑剂的制备方法 | |
| RU2476476C2 (ru) | Способ изготовления керамического проппанта и проппант | |
| CN110545929A (zh) | 用于制备陶瓷颗粒的粘合剂材料 | |
| CA3117180C (en) | Proppant particles formed from slurry droplets and method of use | |
| RU2666560C1 (ru) | Способ изготовления керамических проппантов | |
| AU2013200446B2 (en) | A composition and method for making a proppant | |
| RU2491254C1 (ru) | Способ переработки лома огнеупорных, строительных и керамических материалов для получения керамических сфер и керамическая сфера | |
| RU2500713C2 (ru) | Способ изготовления высококремнеземистого керамического проппанта для добычи сланцевого газа | |
| RU2646650C2 (ru) | Керамическая масса для изготовления фильтров | |
| JPH061673A (ja) | 多孔質セラミックの製造方法 |