RU2719874C1 - Способ получения гранул проппанта - Google Patents

Способ получения гранул проппанта Download PDF

Info

Publication number
RU2719874C1
RU2719874C1 RU2019116120A RU2019116120A RU2719874C1 RU 2719874 C1 RU2719874 C1 RU 2719874C1 RU 2019116120 A RU2019116120 A RU 2019116120A RU 2019116120 A RU2019116120 A RU 2019116120A RU 2719874 C1 RU2719874 C1 RU 2719874C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
proppant
granules
spring
wire
formation
Prior art date
Application number
RU2019116120A
Other languages
English (en)
Inventor
Александр Евгеньевич Верисокин
Виктор Алексеевич Машков
Александр Валентинович Назаренко
Original Assignee
федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Северо-Кавказский федеральный университет"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Северо-Кавказский федеральный университет" filed Critical федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Северо-Кавказский федеральный университет"
Priority to RU2019116120A priority Critical patent/RU2719874C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2719874C1 publication Critical patent/RU2719874C1/ru

Links

Images

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C09DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09KMATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K8/00Compositions for drilling of boreholes or wells; Compositions for treating boreholes or wells, e.g. for completion or for remedial operations
    • C09K8/60Compositions for stimulating production by acting on the underground formation
    • C09K8/80Compositions for reinforcing fractures, e.g. compositions of proppants used to keep the fractures open
    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E21EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21BEARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B43/00Methods or apparatus for obtaining oil, gas, water, soluble or meltable materials or a slurry of minerals from wells
    • E21B43/25Methods for stimulating production
    • E21B43/26Methods for stimulating production by forming crevices or fractures
    • E21B43/267Methods for stimulating production by forming crevices or fractures reinforcing fractures by propping

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Geology (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Mining & Mineral Resources (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • Geochemistry & Mineralogy (AREA)
  • Springs (AREA)

Abstract

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, а именно к технологии изготовления проппантов, используемых при гидравлическом разрыве пласта. Для осуществления способа получения гранул проппанта в качестве исходного материала выбирают проволоку из металлического сплава, обладающего эффектом памяти формы. Из проволоки навивают винтовую спиральную пружину, диаметральные размеры которой подбирают исходя из размеров трещины гидроразрыва. Шаг навивки витков принимают из условия формирования фильтрующего слоя. Гранулы проппанта образуют путем механического сжатия винтовой спиральной пружины и формирования сферы. Достигается технический результат – возможность удержания мелких фракций проппанта в трещинах гидроразрыва, за счет восстановления исходной формы пружины в трещинах под воздействием пластовых условий. 2 ил.

Description

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, а именно к технологии изготовления проппантов, используемых при гидравлическом разрыве пласта.
Известен источник информации (см. «Применение расклинивающих агентов при гидроразрыве» // ROGTEC, с. 50-57, http://www.rcptechnology.ru/images/library/1366021451.pdf). В статье рассмотрены основные способы использования расклинивающего агента. Это закачка агента в одну трещину для создания пачки, гидропроводность которой основана на результатах измерений в различных уровнях при известных давлениях и температурах. Известные и используемые в настоящее время расклинивающие агенты не образуют пачек, а служат ограничителем, препятствующим смыканию трещин гидроразрыва. Применяемый с водой расклинивающий агент при формировании многослойной пачки обычно имеет низкую гидропроводность. Обычно применяют расклинивающий агент небольшого размера до 0,2 – 0,4 мм. В качестве расклинивающего агента используют различные материалы – кварцевый песок, скорлупа грецких орехов, стальная дробь, алюминиевые гранулы, и т.п. Опыт применения металлической дроби показал, что ее весьма трудно закачивать и перемещать по трещине. При этом отмечено повреждение коррозией. Тем не менее, такой расклинивающий агент применялся длительное время за рубежом. Применение скорлупы грецких орехов связано с простотой их перемещения по трещине. Скорлупа обладает плавучестью и при закрытии, смыкании трещины последняя будет сжиматься и при использовании в небольших количествах образует канал с высокой гидропроводностью. Таким образом, скорлупа обладает деформационными свойствами при покрытии смолой.
Недостаток применения скорлупы – при наличии вертикальной или горизонтальной трещины гранулы скорлупы всплывали, с накоплением в одном месте в виде пробки, обладающей малой несущей способностью и практически нулевой гидропроводностью.
Расклинивающий агент с отверждаемым в пласте смоляным покрытием успешно применяется для закачки в пласт, с целью обеспечить предотвращение обратного выноса расклинивающего материала.
Перемещение различных расклинивающих агентов, отличающихся по своему физическому и химическому составу, ограничивается диаметральными размерами частиц и размерами трещины гидроразрыва.
Из ряда литературных источников известно применение проппантов, диаметральные размеры частиц которых намного меньше поперечных размеров трещины гидроразрыва. Это приводит к выносу этих частиц в ствол скважины потоком пластового флюида, что является недостатком.
Известен патент РФ №2518618, МПК С09/К 8/80 «Способ получения проппанта», опубл. 10.06.2014, Бюл. №16.
Полученные проппанты используются при гидравлическом разрыве пласта. Производство гранул проппанта включает подготовку алюмосиликатного сырья, его помол со спекающей добавкой, гранулирование шихты с добавкой водного раствора органического связующего, обжиг и рассев гранул, размер которых находится в диапазоне 0,2-4,0 мм.
Гранулы проппанта применяются для поддержания трещин гидроразрыва в разомкнутом состоянии при создании прочного расклинивающего каркаса, высокопроницаемого для нефти и газа.
Керамические проппанты должны обладать сферичностью, округлостью, прочностью на сжатие и кислотостойкостью.
Проппанты получают из различного минерального сырья. К недостаткам способа получения проппантов следует отнести:
- сложность и дороговизну технического процесса;
- подбор необходимых компонентов минерального сырья требует проведения большого объема исследований по оценке прочности, спекаемости, коррозионной стойкости полученных проппантов;
- применение проппантов в промысловых условиях при заполнении трещин гидроразрыва подразумевает, что размеры гранул намного меньше размеров трещины, и при заполнении последней получается многослойная конструкция, где возникает необходимость сцепления гранул проппанта между собой, для предотвращения выноса мелких фракций в ствол скважины.
Известен способ изготовления керамического проппанта (см. пат. РФ. № 2513434, МПК С09К 8/801, опубл. 20.04.2014, Бюл №11.)
Способ изготовления керамического проппанта включает подготовку исходной шихты, помол, формирование гранул-грануляцию, их сушку, обжиг и обработку поверхности гранул реагентом с добавкой водонерастворимого вещества и порообразующей добавки-водорастворимую соль минеральной кислоты.
Обработку гранул осуществляют путем капиллярной пропитки пористой оболочки гранул раствором реагента после осуществления процесса обжига.
Во время осушки и на начальной стадии обжига порообразующая добавка вместе с испаряемой водой перемещается к поверхности гранул, а спекающая добавка останется равномерно распределенной в теле гранул. Обожженная гранула имеет на поверхности канальные микропоры, а внутренний объем является плотноспеченным.
К недостатком способа следует отнести сложность и дороговизну технологического процесса, при получении гранул проппанта одинакового диаметрального размера, намного меньше, чем размер трещины гидроразрыва. Изменять свои размеры и форму гранулы проппанта в условиях пласта не могут, что снижает их удерживающую способность в трещине гидроразрыва.
Технический результат, который может быть получен при реализации предлагаемого изобретения, заключается в следующем:
- возможность формирования частиц гранул проппанта сферической формы из тонкой проволоки, изготовленной из металлического сплава, обладающего эффектом памяти формы путем навивки винтовой спиральной пружины и ее сжатием с получением сферической формы без термического воздействия;
- возможность восстановления исходной формы в трещине пласта при заданных размерах трещины гидроразрыва под воздействием пластовых условий;
- возможность удержания мелких фракций керамического проппанта в трещине гидроразрыва, путем формирования металлического фильтра в виде пакета винтовых спиральных пружин на выходе в ствол скважины, за счет воздействия пластовой температуры.
Технический результат достигается тем, что получение гранул проппанта ведут из металлической проволоки без температурного воздействия, сплав которой обладает эффектом памяти. Изготавливают винтовую спиральную пружину, диаметральные размеры которой принимают исходя из размеров трещины гидроразрыва, а шаг навивки витков принимают из условия формирования фильтрующего слоя для удержания частиц керамического проппанта, причем гранулы металлического проппанта образуются путем механического сжатия винтовой пружины с формированием сферы, например, путем подачи винтовой спиральной пружины между вальцами, вращающимися в разные стороны.
Конструкция гранулы проппанта показана на рисунках, где:
- на фиг. 1 – винтовая спиральная пружина;
- на фиг. 2 – гранула проппанта после скатывания.
Из литературных источников известно (см. Металловедение высокодеформационных материалов»./Фастов Ю.К., Шульга Ю.К., Рахштадт А.Г. Издательство «Металлургия», 1980.), что существует целый класс металлов и сплавов высокого деформирования с описанием металлургических процессов их производства.
Сплав титана и никеля практически в равных долях процента – 45% и 55% называют нитинолом, которому присуща память первоначальной формы и сверхупругость.
Эффект памяти первоначальной формы нитинола выражается в способности при повышении температуры воздействия до порога фазового превращения восстанавливать деформируемый профиль в исходное состояние, которое придается нитинолу при определенной температуре. Сплав обладает сверхупругостью и превосходит по этому показателю сталь примерно в 20 раз, а также имеет высокую пластичность. Нитинол обладает также высокой коррозионостойкостью и высокой прочностью. Допустимая деформация – 8%, допустимые растяжения до 12%. Сформированные сферы, представляющие собой гранулы проппанта, имеют габаритные размеры, определяемые условиями применения в продуктивном пласте, а именно получаемыми размерами трещины гидроразрыва пласта и возможностью свободной транспортировки гранул на удалении от ствола скважины. Для этого определяют диаметральные размеры проволоки, достаточные для формирования гранул проппанта, которые при условиях высокой температуры пласта восстанавливают свою первоначальную форму в виде спирали, навитой из проволоки малого диаметра.
Пример 1. Для оценки возможности получения гранул, принимаем диаметр проволоки dпр=0,5 мм.
Наружный диметр пружины принимается равным размеру трещины гидроразрыва в зоне ствола скважины и принимается равным dпруж=5 мм. Шаг витков проволоки Т принимаем из условия обеспечения удержания механических частиц проппанта, мигрирующих из удаленных от ствола скважины участков, при размере щели между витками пружины S=0,5 мм.
Шаг витков пружины Т= S+dпр=0,5+0,5=1 мм.
Высоту пружины принимаем равной Н=5 мм. Исходя из возможности контакта концевых витков с горной породой внутри трещины в прискважинной зоне.
Длина проволоки для навивки спирали заданной высоты определяется:
Figure 00000001
При известной высоте пружины Н=5 мм, число витков:
Figure 00000002
витков
Тогда общая длина проволоки для навивки одной пружины:
Lпр= n
Figure 00000003
= 5
Figure 00000004
17 = 85 мм.
Оценим объем проволоки на изготовление одной пружины.
Figure 00000005
Откуда
Figure 00000006
Подставим значения в формулу и получим следующие значения:
Figure 00000007
Figure 00000008
Figure 00000008
диаметр
Figure 00000009
Figure 00000009
мм.
При изменении диаметра витков пружины, шага навивки, толщины проволоки и размера щели между витками проволоки, можно изменять диаметральные размеры гранул проппанта, в зависимости от известных размеров щели, полученной после гидроразрыва пласта.
Гранулы проппанта из пружины получаются путем механического воздействия сжатием и обкатыванием вальцами.
Применение гранул проппанта из нитинола, при проведении гидроразрыва пласта осуществляется путем их подачи в жидкость и вводом суспензии в трещину гидроразрыва.
При воздействии пластовой температуры, величина которой должна быть выше Тпл=+45 єС, гранулы проппанта восстанавливают свою форму пружины, с контактом каждой друг с другом и горной породой, с образованием проницаемого слоя для пластового флюида. Одновременно слой из пружин играет роль фильтра для удержания гранул керамического проппанта и механических частей из периферийных участков трещины.
Пример 2
Примем наружный диаметр проволоки dпр = 0,4 мм, диаметр пружины dпруж = 4 мм. При известной высоте пружины Н=5 мм.
Шаг навивки задается исходя из размеров щели между витками Т=1 мм.
Число шагов навивки
Figure 00000010
Общая длина проволоки на одну пружину Lв пр= n
Figure 00000004
Figure 00000004
lпр = n
Figure 00000011
Figure 00000011
2
Figure 00000011
Figure 00000011
р
Figure 00000004
Figure 00000004
rпруж=
= 5
Figure 00000004
Figure 00000004
2
Figure 00000011
Figure 00000011
3,14
Figure 00000004
Figure 00000004
2= 63 мм.
Оценим объем проволоки на одну пружину.
Figure 00000012
Тогда по известной формуле для расчета объема шара
Figure 00000013
Откуда
Figure 00000014
Подставим значения в формулу, получим
Figure 00000015
Figure 00000015
мм
Т.е. наружный диаметр гранул проппанта
Figure 00000016
Figure 00000016
.

Claims (1)

  1. Способ получения гранул проппанта, включающий подбор исходного материала, отличающийся тем, что исходный материал принят в виде проволоки из металлического сплава, обладающего эффектом памяти формы, из которой навивают винтовую спиральную пружину, диаметральные размеры которой подбирают исходя из размеров трещины гидроразрыва, а шаг навивки витков принимают из условия формирования фильтрующего слоя, причем гранулы проппанта образуются путем механического сжатия винтовой спиральной пружины и формирования сферы.
RU2019116120A 2019-05-24 2019-05-24 Способ получения гранул проппанта RU2719874C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019116120A RU2719874C1 (ru) 2019-05-24 2019-05-24 Способ получения гранул проппанта

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019116120A RU2719874C1 (ru) 2019-05-24 2019-05-24 Способ получения гранул проппанта

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2719874C1 true RU2719874C1 (ru) 2020-04-23

Family

ID=70415591

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2019116120A RU2719874C1 (ru) 2019-05-24 2019-05-24 Способ получения гранул проппанта

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2719874C1 (ru)

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6752208B1 (en) * 2003-01-08 2004-06-22 Halliburton Energy Services, Inc. Methods of reducing proppant flowback
US20050011648A1 (en) * 2003-07-14 2005-01-20 Nguyen Philip D. In-situ filters, method of forming same and systems for controlling proppant flowback employing same
US20090205826A1 (en) * 2008-02-19 2009-08-20 Alejandro Rodriguez Method for Increasing the Fluid Productivity of a Hydraulically Fractured Well
RU2404359C2 (ru) * 2006-01-27 2010-11-20 Шлюмберже Текнолоджи Б.В. Способ гидроразрыва подземного пласта (варианты)
RU2513434C2 (ru) * 2012-07-26 2014-04-20 Общество С Ограниченной Ответственностью "Форэс" Способ изготовления керамического проппанта
RU2518618C1 (ru) * 2012-12-25 2014-06-10 Открытое акционерное общество "Боровичский комбинат огнеупоров" Способ получения проппанта и проппант
RU2687722C2 (ru) * 2015-03-03 2019-05-15 Шлюмберже Текнолоджи Б.В. Укрепленные проппантные кластеры для гидроразрыва пласта

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6752208B1 (en) * 2003-01-08 2004-06-22 Halliburton Energy Services, Inc. Methods of reducing proppant flowback
US20050011648A1 (en) * 2003-07-14 2005-01-20 Nguyen Philip D. In-situ filters, method of forming same and systems for controlling proppant flowback employing same
RU2404359C2 (ru) * 2006-01-27 2010-11-20 Шлюмберже Текнолоджи Б.В. Способ гидроразрыва подземного пласта (варианты)
US20090205826A1 (en) * 2008-02-19 2009-08-20 Alejandro Rodriguez Method for Increasing the Fluid Productivity of a Hydraulically Fractured Well
RU2513434C2 (ru) * 2012-07-26 2014-04-20 Общество С Ограниченной Ответственностью "Форэс" Способ изготовления керамического проппанта
RU2518618C1 (ru) * 2012-12-25 2014-06-10 Открытое акционерное общество "Боровичский комбинат огнеупоров" Способ получения проппанта и проппант
RU2687722C2 (ru) * 2015-03-03 2019-05-15 Шлюмберже Текнолоджи Б.В. Укрепленные проппантные кластеры для гидроразрыва пласта

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20080179057A1 (en) Well Treating Agents of Metallic Spheres and Methods of Using the Same
Rosenbrand et al. Different effects of temperature and salinity on permeability reduction by fines migration in Berea sandstone
US4547468A (en) Hollow proppants and a process for their manufacture
US20170022411A1 (en) Hydraulic fracturing system
US20080234146A1 (en) Proppant and Production Method Thereof
Benson et al. The need for powder characterisation in the additive manufacturing industry and the establishment of a national facility
TW200307763A (en) A metal thin film dispersing a ultra-fine diamond particles, a metal material with the metal thin film, and its preparing method
BR112013024795B1 (pt) método para aumentar a permeabilidade de um pacote do material de escoramento dentro de uma fratura e mistura compreendendo uma pluralidade de materiais de escoramento e uma pluralidade de partículas
US10584278B2 (en) Proppant having amphiphobic coatings and methods for making and using same
CN101657516A (zh) 高强度陶瓷元件及其制造方法和使用方法
GB2092561A (en) Sintered high density spherical ceramic pellets
US20090227480A1 (en) Angular abrasive proppant, process for the preparation thereof and process for hydraulic fracturing of oil and gas wells
RU2719874C1 (ru) Способ получения гранул проппанта
WO2012125412A1 (en) Proppant particles formed from slurry droplets and method of use
CN101611114A (zh) 用于提高井开采量的支撑剂和方法
JP2017175098A (ja) 多結晶シリコンの表面及び表面下内部の金属を特性評価するための低量不純物検出方法
US20200325683A1 (en) Self-cleaning cool roof system
JPH06277423A (ja) 高温用濾材の製法及び使用方法
Lee et al. The kinetics of isothermal hydrogen reduction of nanocrystalline Fe2O3 powder
CN106190095B (zh) 一种低密度高强度陶粒支撑剂及其制备方法
WO2016149133A1 (en) Methods of making proppant particles from slurry droplets and methods of use
CN106554028A (zh) 用于增强抗氯离子渗透性的混凝土添加材料及其混凝土
Yönetken et al. The effect of microwave sintering on the properties of electroless Ni plated WC-Fe-Ni composites
CN103759567B (zh) 一种蒸发器用铜管及其制造方法
CN109680198A (zh) 一种铁镍替代钴的硬质合金