RU2761435C1 - Method for manufacturing a magnesia-silicate proppant and a plasticizing additive for its implementation - Google Patents
Method for manufacturing a magnesia-silicate proppant and a plasticizing additive for its implementation Download PDFInfo
- Publication number
- RU2761435C1 RU2761435C1 RU2020143633A RU2020143633A RU2761435C1 RU 2761435 C1 RU2761435 C1 RU 2761435C1 RU 2020143633 A RU2020143633 A RU 2020143633A RU 2020143633 A RU2020143633 A RU 2020143633A RU 2761435 C1 RU2761435 C1 RU 2761435C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- clay
- plasticizing
- additive
- lignosulfonate
- grinding
- Prior art date
Links
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/01—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics
- C04B35/16—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on silicates other than clay
- C04B35/20—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on silicates other than clay rich in magnesium oxide, e.g. forsterite
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- 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
- C04B35/626—Preparing or treating the powders individually or as batches ; preparing or treating macroscopic reinforcing agents for ceramic products, e.g. fibres; mechanical aspects section B
- C04B35/63—Preparing or treating the powders individually or as batches ; preparing or treating macroscopic reinforcing agents for ceramic products, e.g. fibres; mechanical aspects section B using additives specially adapted for forming the products, e.g.. binder binders
-
- 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
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)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Silicates, Zeolites, And Molecular Sieves (AREA)
Abstract
Description
Область техникиTechnology area
Предлагаемое изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, а именно к технологии изготовления керамических проппантов, предназначенных для использования в качестве расклинивающих агентов при добыче нефти или газа методом гидравлического разрыва пласта (ГРП).The proposed invention relates to the oil and gas industry, in particular to the technology of manufacturing ceramic proppants intended for use as proppants in oil or gas production by hydraulic fracturing (hydraulic fracturing).
Уровень техникиState of the art
Характерной особенностью современной нефтедобычи является увеличение в мировой структуре сырьевых ресурсов доли трудноизвлекаемых запасов углеводородов, к которым помимо высоковязких и битуминизированных нефтей относятся также традиционные и так называемые сланцевые нефти, которые требуют специальных методов добычи, очистки и транспортирования.A characteristic feature of modern oil production is an increase in the share of hard-to-recover hydrocarbon reserves in the world structure of raw materials, which, in addition to high-viscosity and bituminized oils, also include traditional and so-called shale oils, which require special methods of extraction, treatment and transportation.
В настоящее время в России насчитывается более 40% трудноизвлекаемых запасов нефти в коллекторах с низкой проницаемостью. С каждым годом доля таких запасов неуклонно растет, поскольку запасы легко добываемой нефти, залегающей близко к поверхности, истощаются.Currently, Russia has more than 40% of hard-to-recover oil reserves in reservoirs with low permeability. Every year the share of such reserves is steadily growing, since the reserves of easily-produced oil lying close to the surface are being depleted.
Наиболее распространенным современным методом увеличения продуктивности скважин на месторождениях трудноизвлекаемых нефтей малой и средней вязкости является метод гидроразрыва пласта (ГРП), который невозможно осуществить без использования расклинивающего материала - керамических проппантов (высокопрочных гранулированных керамических материалов, выдерживающих давление земляного пласта до 70-100 МПа и более), которые играют важнейшую роль в технологии гидроразрыва. Их функция состоит в закреплении и поддержании в открытом состоянии вновь созданной в результате гидроразрыва трещины в земляном пласте, после того как гель, использованный для доставки проппантов и создания трещины в продуктивном пласте, будет разрушен.The most common modern method of increasing the productivity of wells in the fields of hard-to-recover oils of low and medium viscosity is the method of hydraulic fracturing (hydraulic fracturing), which cannot be carried out without the use of proppants - ceramic proppants (high-strength granular ceramic materials that can withstand the pressure of the earth formation up to 70-100 MPa and more ), which play a critical role in hydraulic fracturing technology. Their function is to anchor and maintain open the newly created fracture in the earth formation after the gel used to deliver the proppants and create the fracture in the reservoir is destroyed.
Среди современных керамических расклинивателей промышленного производства наиболее применяемыми являются алюмосиликатные и магнийсиликатные проппанты, различающиеся по своим прочностным и плотностным характеристикам.Among modern ceramic proppants of industrial production, the most used are aluminosilicate and magnesium silicate proppants, differing in their strength and density characteristics.
Сопоставительный анализ теоретических сведений и известного практического опыта по созданию керамических проппантов указывает на то, что использование природного магнезиально-силикатного сырья, являющегося более доступным, позволяет получать более конкурентный в ценовом отношении керамический продукт. Причем имеется возможность изготовления как плотного проппанта, полностью изготовленного из серпентинитоасбестовой породы, так и легковесного проппанта, изготовленного из смеси термообработанного серпентинита с кварцполевошпатным песком. Применительно к магнийсиликатным проппантам среднеплотными считаются расклиниватели с содержанием MgO 18-28 мас. %.Comparative analysis of theoretical information and known practical experience in the creation of ceramic proppants indicates that the use of natural magnesia-silicate raw materials, which are more affordable, allows you to obtain a more competitive ceramic product in terms of price. Moreover, it is possible to manufacture both a dense proppant made entirely of serpentinite asbestos rock and a lightweight proppant made from a mixture of heat-treated serpentinite with quartz-feldspar sand. With regard to magnesium silicate proppants, proppants with an MgO content of 18-28 wt. %.
Основными критериями при подборе проппантов для конкретных пластовых условий с целью обеспечения длительной проводимости трещины на глубине залегания пласта является их механическая прочность и насыпная плотность. Высокая прочность проппантам необходима для сопротивления давлению грунтовых пластов, а плотность материала влияет на процессы переноса проппантов флюидом (жидкостью, с помощью которой проппант доставляется к трещине в пласте) при заполнении трещин и на выбор типа флюида.The main criteria for the selection of proppants for specific reservoir conditions in order to ensure long-term fracture conductivity at the formation depth is their mechanical strength and bulk density. High strength of proppants is necessary to resist the pressure of soil formations, and the density of the material affects the processes of proppant transfer by the fluid (the liquid with which the proppant is delivered to the fracture in the formation) when filling the fractures and the choice of the type of fluid.
Поэтому главными проблемами при разработке технологии современных керамических проппантов, независимо от их химического состава, является обеспечение таких взаимно конкурирующих свойств гранулированного материала, как его высокая прочность при сохранении низких значений насыпной плотности, а также снижение энергозатрат при производстве проппанта (снижение времени измельчения и уменьшение тонины помола сырьевых компонентов, снижение температур термоподготовки сырья и обжига гранулированного материала) при одновременном сохранении прочности готового продукта.Therefore, the main problems in the development of the technology of modern ceramic proppants, regardless of their chemical composition, is to ensure such mutually competing properties of the granular material as its high strength while maintaining low bulk density values, as well as reducing energy consumption in proppant production (reducing grinding time and reducing the fineness grinding of raw materials, lowering the temperatures of thermal preparation of raw materials and firing of granular material) while maintaining the strength of the finished product.
Известна технология изготовления проппанта, раскрытая в описании изобретения по патенту RU 2617853 C1, МПК C09K 8/80, C04B 35/20, C04B 35/64, 28.04.2017 (далее - RU 2617853). В данном источнике описана широко применяемая технологическая схема изготовления магнийсиликатного проппанта, включающая комбинацию сухого и мокрого помола исходного сырья. При этом, исследованиями установлено, что применение мокрого помола является наиболее предпочтительным с точки зрения стабильности потребительских свойств расклинивателя.Known technology for the manufacture of proppant, disclosed in the description of the invention according to patent RU 2617853 C1, IPC C09K 8/80, C04B 35/20, C04B 35/64, 04/28/2017 (hereinafter - RU 2617853). This source describes a widely used technological scheme for the manufacture of magnesium silicate proppant, including a combination of dry and wet grinding of the feedstock. At the same time, research has established that the use of wet grinding is the most preferable from the point of view of the stability of the consumer properties of the proppant.
Производство керамических магнийсиликатных проппантов с использованием мокрого измельчения включает следующие технологические переделы:The production of ceramic magnesium silicate proppants using wet grinding includes the following technological conversions:
1) изготовление сырьевой шихты;1) manufacturing of raw materials;
2) мокрый помол сырьевой шихты и получение шликера;2) wet grinding of the raw material mixture and obtaining a slip;
3) сушка шликера в башенном распылительном сушиле с получением формовочной шихты;3) drying the slip in a tower spray dryer to obtain a molding mixture;
4) грануляция формовочной шихты с получением проппанта-сырца;4) granulation of the molding mixture to obtain the raw proppant;
5) обжиг и рассев гранулированного проппанта-сырца.5) roasting and sieving granular raw proppant.
Изготовление сырьевой шихты производится путем смешивания обожженного при температуре 750-1200°С (предпочтительно 1150-1160°С) серпентинита и кварцполевошпатного песка и ее последующего предварительного сухого измельчения, как правило, до фракции менее 80 мкм. Подготовка шликера осуществляется путем мокрого помола сырьевой смеси, как правило, до фракции менее 30 мкм (предпочтительно менее 10 мкм). Во время мокрого помола производится корректировка химического состава материала путем дополнительного введения в смесь термообработанного серпентинита или кварцполевошпатного песка, а также осуществляется введение пластифицирующих и модифицирующих добавок. Полученный шликер подвергается распылительной сушке в башенном распылительном сушиле (БРС), а полученная формовочная шихта (БРС - крупа) подается на грануляцию. Гранулированный проппант-сырец подвергается высокотемпературному обжигу, который производится для максимального уплотнения и оптимизации химического и фазового состава керамики.The raw material charge is made by mixing serpentinite and quartz-feldspar sand fired at a temperature of 750-1200 ° C (preferably 1150-1160 ° C) and its subsequent preliminary dry grinding, as a rule, to a fraction of less than 80 microns. Slurry preparation is carried out by wet grinding of the raw mixture, as a rule, to a fraction of less than 30 microns (preferably less than 10 microns). During wet grinding, the chemical composition of the material is adjusted by additionally introducing heat-treated serpentinite or quartz-feldspar sand into the mixture, as well as the introduction of plasticizing and modifying additives. The resulting slip is subjected to spray drying in a tower spray dryer (BRS), and the resulting molding mixture (BRS - groats) is fed to granulation. Granular raw proppant is subjected to high-temperature firing, which is performed to maximize compaction and optimize the chemical and phase composition of the ceramic.
Указанную известную технологию примем за прототип предлагаемого изобретения.We will take this known technology as a prototype of the present invention.
Основной проблемой при получении магнезиально-силикатных проппантов из композиций серпентинитов, оливинитов и дунитов (и их природных смесей) является трудность прохождения процессов спекания гранулированного материала на их основе. Некачественное спекание сказывается на относительно невысокой прочности керамического материала, особенно в гранулированном состоянии, а также обусловливает необходимость повышения температуры обжига, что влечет за собой повышение энергоемкости процесса.The main problem in obtaining magnesia-silicate proppants from compositions of serpentinites, olivinites and dunites (and their natural mixtures) is the difficulty of sintering granular material based on them. Poor sintering affects the relatively low strength of the ceramic material, especially in the granular state, and also necessitates an increase in the firing temperature, which entails an increase in the energy consumption of the process.
Прочность (в широком смысле) гранулированного керамического материала зависит, в частности, от степени внутренней пористости. Отсутствие внутренней пористости и максимально плотная укладка зерен материала при формировании гранул повышают прочность готового изделия.The strength (in a broad sense) of a granular ceramic material depends, in particular, on the degree of internal porosity. The absence of internal porosity and the most dense packing of material grains during the formation of granules increase the strength of the finished product.
Технической задачей настоящего изобретения является создание магнийсиликатного проппанта повышенной прочности, и в том числе трещиностойкости, с учетом вышеуказанного фактора.The technical objective of the present invention is to create a magnesium silicate proppant with increased strength, including fracture toughness, taking into account the above factor.
Сущность изобретенияThe essence of the invention
Предлагаемое изобретение направлено на достижение следующего технического результата: повышение прочности и, в том числе, трещиностойкости проппанта за счет получения гранул с наличием тонкого слоя вязкой стеклофазы между кристаллами, обеспечивающего сдвиг зерен между собой при нагрузке без разрушения структуры гранулы.The proposed invention is aimed at achieving the following technical result: increasing the strength and, in particular, the fracture toughness of the proppant due to the production of granules with a thin layer of viscous glass phase between the crystals, which ensures the shear of the grains between each other under load without destroying the structure of the granule.
Указанный технический результат достигается путем направленного регулирования протекания процессов гранулообразования и активации процесса спекания керамического материала магнезиально-силикатного состава на основе серпентинита, оливинита или дунита и природных кремнеземистых компонентов за счет увлажнения и пластификации сырьевой смеси глинолигносульфонатной суспензией, а также за счет добавления при помоле и/или грануляции полученной пластифицированной сырьевой смеси шихты сухой связующей минеральной добавки - порошка пластичной каолинитовой глины (глиносвязки).The specified technical result is achieved by the directional regulation of the granule formation processes and the activation of the sintering process of a ceramic material of magnesia-silicate composition based on serpentinite, olivinite or dunite and natural siliceous components by moisturizing and plasticizing the raw mixture with a clay-lignosulfonate suspension, as well as by adding during grinding and / or granulation of the obtained plasticized raw material mixture of the dry binder mixture of the mineral additive - the powder of plastic kaolinite clay (clay bond).
Причинно-следственная связь между указанными существенными признаками изобретения и достигаемым техническим результатом подтверждается следующим.The causal relationship between the specified essential features of the invention and the achieved technical result is confirmed by the following.
Причиной повышения прочности проппантов, изготовленных согласно способу по изобретению, является улучшение спекаемости образцов за счет:The reason for the increase in the strength of the proppants made according to the method according to the invention is the improvement of the sinterability of the samples due to:
а) равномерного распределения увлажняющей и пластифицирующей суспензии по всему объему сырьевой массы,a) uniform distribution of the moisturizing and plasticizing suspension throughout the entire volume of the raw material,
б) образования тончайших пленок из пластичной глины на частицах прокаленного серпентинита и кремнезема, способствующих более плотной упаковке частиц в объеме сформованной гранулы,b) the formation of the thinnest films of plastic clay on particles of calcined serpentinite and silica, contributing to a denser packing of particles in the volume of the formed granule,
в) припекания глиносвязки и взаимодействия ее с поверхностью частиц сырьевой смеси в результате создания легкоплавких эвтектик в пленках за счет внесения щелочного и/или щелочно-земельного компонента в виде глинолигносульфонатной суспензии.c) baking the clay bond and its interaction with the surface of the particles of the raw mixture as a result of the creation of low-melting eutectics in the films by introducing an alkaline and / or alkaline-earth component in the form of a clay-lignosulfonate suspension.
Все это в совокупности обеспечивает при спекании развитие стеклокристаллического вязкого переходного слоя с участием глиносвязки, и, как следствие, повышение прочностных свойств гранулы, поскольку, чем тоньше прослойка между элементами керамической структуры, тем выше удельная прочность керамического материала. Также, из-за того, что прослойка состоит из вязкой стеклофазы, при приложении нагрузки происходит вязкая деформация без разрушения структуры - повышается такая прочностная характеристика проппанта как трещиностойкость.All this together provides, during sintering, the development of a glass-crystalline viscous transition layer with the participation of a clay bond, and, as a consequence, an increase in the strength properties of the granule, since the thinner the interlayer between the elements of the ceramic structure, the higher the specific strength of the ceramic material. Also, due to the fact that the interlayer consists of a viscous glass phase, when a load is applied, viscous deformation occurs without destruction of the structure - such a strength characteristic of the proppant as crack resistance increases.
Предлагается способ изготовления магнийсиликатного проппанта и пластифицирующая увлажняющая добавка для его осуществления.A method of manufacturing a magnesium silicate proppant and a plasticizing moisturizing additive for its implementation are proposed.
Способ изготовления магнийсиликатного проппанта включает изготовление сырьевой шихты путем прокаливания магнезиальносиликатной породы и ее совместного помола с кремнеземистым сырьем, мокрый помол сырьевой шихты с введением по крайней мере одной пластифицирующей и/или модифицирующей добавки, гранулирование и сушку полученной керамической смеси, рассев и обжиг гранул.A method for manufacturing a magnesium silicate proppant includes making a raw material mixture by calcining a magnesian silicate rock and grinding it together with a silica raw material, wet grinding the raw material mixture with the introduction of at least one plasticizing and / or modifying additive, granulating and drying the resulting ceramic mixture, screening and sieving.
При этом, согласно изобретению, в процессе помола сырьевой шихты вводят пластифицирующую увлажняющую добавку в виде глинолигносульфонатной суспензии в количестве 13-15% от получаемой керамической смеси, а затем при помоле и/или грануляции полученной керамической смеси дополнительно вводят сухую связующую минеральную добавку - порошок пластичной каолинитовой глины (глиносвязку).In this case, according to the invention, in the process of grinding the raw mixture, a plasticizing moisturizing additive is introduced in the form of a clay-lignosulfonate suspension in an amount of 13-15% of the resulting ceramic mixture, and then, during grinding and / or granulation of the resulting ceramic mixture, a dry binder mineral additive is additionally introduced - a powder of plastic kaolinite clay (clay bond).
Для осуществления способа по изобретению предлагается использовать пластифицирующую увлажняющую добавку для изготовления проппанта в виде глинолигносульфонатной суспензии. При этом, согласно изобретению, соотношение лигносульфоната и глины в указанной суспензии находится в диапазоне 1:3-1:2.To implement the method according to the invention, it is proposed to use a plasticizing wetting additive for the manufacture of a proppant in the form of a clay-lignosulfonate suspension. Moreover, according to the invention, the ratio of lignosulfonate and clay in said suspension is in the range of 1: 3-1: 2.
Наиболее эффективная реализация предлагаемого способа имеет следующие дополнительные особенности:The most effective implementation of the proposed method has the following additional features:
- в качестве пластифицирующей увлажняющей добавки для сырьевой смеси используют суспензию состава (мас.%): глина - 15-20, лигносульфонат - 5-10, вода - остальное.- as a plasticizing moisturizing additive for the raw mixture, a suspension of the composition (wt.%) is used: clay - 15-20, lignosulfonate - 5-10, water - the rest.
- в качестве связующей минеральной добавки используют пластичную каолинитовую глину с содержанием Al2O3 не менее 28% в прокаленном состоянии.- as a binding mineral additive, plastic kaolinite clay with an Al 2 O 3 content of at least 28% in the calcined state is used.
Пластификация сырьевой смеси сводится к модифицированию состояния поверхности частиц в процессе ее обработки глинолигносульфонатной суспензией с последующим смешиванием с сухой глиносвязкой. Это обеспечивает тесный контакт между увлажненными непластичными частицами сырьевой смеси и глиносвязкой, которая адгезионно схватывается с их поверхностью за счет действия смолистых и сахаристых веществ лигносульфоната и прочно удерживается на ней. Образовавшиеся прослойки из пластичной глины на частицах сырьевой смеси способствуют снижению сдвиговых усилий при последующем гранулировании сырьевой смеси и более плотной упаковке частиц в объеме сформованной гранулы. Допускается введение пластичной глины на стадии совместного помола прокаленной магнезиальносиликатной породы с кремнеземистым сырьем. Количество используемой глиносвязки зависит от состава кремнеземистого сырья, в том числе от наличия в них глинистых частиц, и подбирается для каждой сырьевой смеси индивидуально.Plasticization of the raw mixture is reduced to modifying the state of the particle surface during its processing with a clay-lignosulfonate suspension, followed by mixing with a dry clay binder. This ensures close contact between the moistened non-plastic particles of the raw mixture and the clay binder, which adheres to their surface due to the action of the resinous and sugary substances of the lignosulfonate and is firmly held on it. The formed layers of plastic clay on the particles of the raw mixture help to reduce shear forces during the subsequent granulation of the raw mixture and more dense packing of the particles in the volume of the formed granule. It is allowed to introduce plastic clay at the stage of joint grinding of calcined magnesian silicate rock with silica raw material. The amount of clay binder used depends on the composition of the silica raw material, including the presence of clay particles in them, and is selected for each raw material mixture individually.
Пластифицирующая увлажняющая добавка в виде глинолигносульфонатной суспензии плотностью 1,15-1,18 г/см3 используется в количестве 13-15% от керамической смеси. Введение пластифицирующей увлажняющей добавки менее 13% ухудшает процесс гранулирования массы и понижает прочность сырцовых гранул. Повышение содержания пластифицирующей увлажняющей добавки более 15% приводит к повышению влажности гранулируемой массы свыше 10%, что вызывает опасность слипания гранул и ухудшения их формы (округлости и сферичности).A plasticizing moisturizing additive in the form of a clay-lignosulfonate suspension with a density of 1.15-1.18 g / cm 3 is used in an amount of 13-15% of the ceramic mixture. The introduction of a plasticizing moisturizing additive of less than 13% impairs the process of mass granulation and lowers the strength of the raw granules. An increase in the content of the plasticizing moisturizing additive over 15% leads to an increase in the moisture content of the granulated mass over 10%, which causes the danger of granules sticking together and deteriorating their shape (roundness and sphericity).
Пластифицирующая увлажняющая добавка в виде суспензии с соотношением лигносульфоната и глины в диапазоне 1:3-1:2 позволяет добиться необходимой степени пластификации шихты и достижения оптимальных условий для адгезионного взаимодействия с глиносвязкой при грануляции зерен сырца и получения максимального количества целевой фракции.A plasticizing moisturizing additive in the form of a suspension with a ratio of lignosulfonate and clay in the range of 1: 3-1: 2 allows achieving the required degree of plasticization of the charge and achieving optimal conditions for adhesive interaction with clay binder during granulation of raw grains and obtaining the maximum amount of the target fraction.
Осуществление изобретенияImplementation of the invention
Возможность осуществления изобретения подтверждается примером, а также данными и иллюстрациями, приведенными в таблицах 1-7.The possibility of carrying out the invention is confirmed by an example, as well as by the data and illustrations given in tables 1-7.
Пример реализации изобретенияAn example of implementation of the invention
В качестве магнийсиликатного компонента по заявляемому способу используется серпентинитовая порода Орско-Халиловского месторождения (Оренбургская область), оливинит Кытлымского месторождения и дунит Соловьевогорского месторождения (г. Нижний Тагил).Serpentinite rock of the Orsko-Khalilovsky deposit (Orenburg region), olivinite of the Kytlymsky deposit and dunite of the Solovyovogorsky deposit (Nizhny Tagil) are used as the magnesium silicate component according to the claimed method.
По минералогическому составу орско-халиловская серпентинитовая порода сложена серпентином с примесью магнезита. По химическому составу в прокаленном состоянии характеризуется высоким содержанием оксида магния (до 47 мас. %).In terms of mineralogical composition, the Orsk-Khalilovskaya serpentinite rock is composed of serpentine with an admixture of magnesite. The chemical composition in the calcined state is characterized by a high content of magnesium oxide (up to 47 wt.%).
В качестве кремнеземистого компонента используются трепел Зикеевского месторождения (Калужская область), опока и диатомитовая порода Инзенского месторождения (Ульяновская область) с содержанием SiO2 от 87,8 до 91,4% (в прокаленном состоянии), в которых преобладающей фазой является аморфный кремнезем (72-82%) с некоторой примесью кристаллического кварца (до 15%).As used tripoli silica component Zikeevskogo deposit (Kaluzhskaya area) flask and diatomaceous rock deposit Inza (Ul'yanovskaya region) the content of SiO 2 from 87.8 to 91.4% (in the calcined state) in which the prevailing phase is the amorphous silica ( 72-82%) with some impurity of crystalline quartz (up to 15%).
В качестве природного связующего компонента используется пластичная каолинитовая глина Новоорского месторождения Оренбургской области, которая по химическому составу представляет основное сырье (Al2O3 - 32,3% в прокаленном состоянии) со средним содержанием красящих оксидов Fe2O3+TiO2 (до 3,3% в прокаленном состоянии), по минералогическому составу - каолинито-гидрослюдистое глинистое сырье с преобладанием каолинита (59%) над гидрослюдой типа иллита (12,5%). Особенности минералогического состава новоорской глины определяют ее технологические свойства - среднюю пластичность (П-15,7), высокую связность (прочность на сжатие в высушенном состоянии - 7 МПа), температуру полного спекания - 1350°С.As a natural binder, plastic kaolinite clay of the Novoorsk deposit in the Orenburg region is used, which, in terms of chemical composition, is the main raw material (Al 2 O 3 - 32.3% in the calcined state) with an average content of coloring oxides Fe 2 O 3 + TiO 2 (up to 3 , 3% in the calcined state), in terms of mineralogical composition - kaolinite-hydromica clay raw material with a predominance of kaolinite (59%) over hydromica of the illite type (12.5%). The peculiarities of the mineralogical composition of Novoorsk clay determine its technological properties - average plasticity (P-15.7), high cohesion (compressive strength in a dried state - 7 MPa), complete sintering temperature - 1350 ° C.
Характеристика сырьевых компонентов по химическому составу приведена в таблице 1 и таблице 2.The characteristics of the raw materials in terms of chemical composition are shown in Table 1 and Table 2.
Подготовка магнезиальносиликатной породы включает прокаливание при температурах 1100-1300°С с целью обеспечения протекания процессов дегидратации породы (серпентинита, оливинита и/или дунита), образования и кристаллизации основных кристаллических фаз - форстерита и энстатита.Preparation of magnesian silicate rock includes calcining at temperatures of 1100-1300 ° C in order to ensure the dehydration of the rock (serpentinite, olivinite and / or dunite), the formation and crystallization of the main crystalline phases - forsterite and enstatite.
Подготовка сырьевой смеси, состоящей из прокаленной магнезиальносиликатной породы и кремнеземистой добавки, заключается в совместном тонком помоле обоих компонентов в помольном агрегате до размера, при котором не менее 90% частиц имеют размер менее 20 мкм.Preparation of the raw mixture, consisting of calcined magnesian silicate rock and silica additive, consists in joint fine grinding of both components in a grinding unit to a size at which at least 90% of the particles have a size of less than 20 microns.
Подготовка природного связующего компонента (глиносвязки) проводится путем его сушки в сушильном барабане до влажности менее 2% и последующим измельчением до размера менее 0,1 мм.The preparation of a natural binder (clay bond) is carried out by drying it in a drying drum to a moisture content of less than 2% and subsequent grinding to a size of less than 0.1 mm.
Подготовка пластифицирующей увлажняющей добавки в виде суспензии, осуществляется по шликерному способу путем совместного мокрого (вода - 70 мас. %) помола пластичной каолинитовой глины (20 мас. %) с добавкой лигносульфоната (10 мас. %) до размера, при котором не менее 90% частиц имеют размер менее 20 мкм.The preparation of a plasticizing moisturizing additive in the form of a suspension is carried out according to the slip method by joint wet (water - 70 wt.%) Grinding of plastic kaolinite clay (20 wt.%) With the addition of lignosulfonate (10 wt.%) To a size at which not less than 90 % of the particles are less than 20 microns in size.
Дозировка всех компонентов производится весовым способом.The dosage of all components is carried out by weight.
По данному способу были изготовлены образцы с различным составом компонентов, подтверждающие достижение технического результата при соблюдении количественных диапазонов, указанных в формуле изобретения.According to this method, samples were made with a different composition of components, confirming the achievement of the technical result while observing the quantitative ranges indicated in the claims.
Компонентные составы сырьевых масс приведены в таблице 3, керамических масс - в таблице 4.The component compositions of the raw materials are shown in Table 3, and of the ceramic materials - in Table 4.
Пластификация подготовленной сырьевой смеси осуществляется путем ее обработки подготовленной глинолигносульфонатной суспензией плотностью 1,15-1,18 г/см3 в количестве 13-15 мас. %, обеспечивающим получение керамической массы с влажностью 9-10%.Plasticization of the prepared raw mixture is carried out by processing it with a prepared clay-lignosulfonate suspension with a density of 1.15-1.18 g / cm 3 in an amount of 13-15 wt. %, providing a ceramic mass with a moisture content of 9-10%.
Приготовление керамической массы заключается в гомогенном смешивании подготовленного связующего компонента (измельченной каолинитовой глины) с пластифицированной сырьевой смесью.The preparation of the ceramic mass consists in homogeneous mixing of the prepared binder component (crushed kaolinite clay) with the plasticized raw mixture.
Гранулирование подготовленной керамической смеси производилось в тарельчатом грануляторе. Далее гранулы высушивались при температуре 105-120°С и рассевались.Granulation of the prepared ceramic mixture was carried out in a disc granulator. Then the granules were dried at a temperature of 105-120 ° C and sieved.
Насыпная плотность высушенного гранулированного материала составляет не менее 1,15-1,18 г/см3.The bulk density of the dried granular material is not less than 1.15-1.18 g / cm 3 .
У полученных высушенных гранул фракции 16/20 меш измерялась статическая прочность проппанта-сырца в соответствии с ГОСТ 21560.2, которая составляла 550-750 Па. Данные о влиянии количества пластифицирующей добавки на прочность гранул приведены в таблице 5. Данные о влиянии состава пластифицирующей добавки на прочность гранул и выход целевой фракции приведены в таблице 6.For the obtained dried granules of the 16/20 mesh fraction, the static strength of the raw proppant was measured in accordance with GOST 21560.2, which was 550-750 Pa. Data on the effect of the amount of the plasticizing additive on the strength of the granules are shown in Table 5. Data on the effect of the composition of the plasticizing additive on the strength of the granules and the yield of the target fraction are shown in Table 6.
Обжиг полуфабриката производится при температуре 1250-1350°С.Firing of a semi-finished product is carried out at a temperature of 1250-1350 ° C.
У обожженного проппанта определяли насыпную плотность и прочность гранул по общепринятой методике ISO 13503-2:2006(Е).The bulk density and strength of the granules were determined for the fired proppant according to the generally accepted method ISO 13503-2: 2006 (E).
Свойства обожженных проппантов приведены в таблице 7.The properties of the fired proppants are shown in Table 7.
Таким образом, увлажнение сырьевой смеси пластифицирующей глинолигносульфонатной суспензией с последующим введением глиносвязки позволяет получить при температуре обжига 1250-1350°С магнезиально-силикатный проппант, обладающий повышенной механической прочностью. Дальнейшее повышение температуры обжига приводит к началу образования агломератов и снижает процент выхода годной продукции.Thus, moistening the raw mixture with a plasticizing clay-lignosulfonate suspension followed by the introduction of a clay binder makes it possible to obtain a magnesia-silicate proppant with an increased mechanical strength at a firing temperature of 1250-1350 ° C. A further increase in the firing temperature leads to the onset of the formation of agglomerates and reduces the percentage of the yield of suitable products.
Таблица 1 – Химический состав исходных компонентовTable 1 - Chemical composition of the starting components
Таблица 2 –Химический состав исходных компонентов в прокаленном состоянии Table 2 - Chemical composition of the starting components in the calcined state
Таблица 3 – Компонентные составы сырьевых смесей, % Table 3 - Component compositions of raw mixtures,%
мас.%Content of components,
wt%
Таблица 4 – Компонентные составы керамических смесей, % Table 4 - Component compositions of ceramic mixtures,%
мас.%Content of components,
wt%
Таблица 5 – Влияние количества пластифицирующей увлажняющей добавки на прочность гранулы пропанта-сырцаTable 5 - Influence of the amount of plasticizing moisturizing additive on the strength of the raw proppant granule
(увлажняющая добавка состава: глина – 17,5%, лигносульфонат – 7,5%, вода – остальное)(moisturizing additive composition: clay - 17.5%, lignosulfonate - 7.5%, water - the rest)
Таблица 6 – Влияние состава пластифицирующей добавки на прочность гранул и выход целевой фракции пропанта-сырцаTable 6 - Influence of the composition of the plasticizing additive on the strength of the granules and the yield of the target fraction of the raw proppant
(сырьевая смесь №2, количество увлажняющей добавки 14%)(raw mix No. 2, amount of moisturizing additive 14%)
мас.%The composition of the moisturizing additive
wt%
Таблица 7 - Температурные параметры получения пропанта и его свойства Table 7 - Temperature parameters of proppant production and its properties
Claims (4)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2020143633A RU2761435C1 (en) | 2020-12-29 | 2020-12-29 | Method for manufacturing a magnesia-silicate proppant and a plasticizing additive for its implementation |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2020143633A RU2761435C1 (en) | 2020-12-29 | 2020-12-29 | Method for manufacturing a magnesia-silicate proppant and a plasticizing additive for its implementation |
Related Parent Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2020107952A Division RU2742572C1 (en) | 2020-02-24 | 2020-02-24 | Method for manufacturing magnesium silicate propant and its composition |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2761435C1 true RU2761435C1 (en) | 2021-12-08 |
Family
ID=79174528
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2020143633A RU2761435C1 (en) | 2020-12-29 | 2020-12-29 | Method for manufacturing a magnesia-silicate proppant and a plasticizing additive for its implementation |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2761435C1 (en) |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2161144C1 (en) * | 2000-01-10 | 2000-12-27 | ОАО "Внуковский завод огнеупорных изделий" | Mixture for forsterite refractories manufacture and method of their manufacture |
CN103449806A (en) * | 2013-08-05 | 2013-12-18 | 杨松 | Proppant prepared from magnesium ore tailings, iron ore tailings and boron sludge |
CN103725281A (en) * | 2013-12-24 | 2014-04-16 | 营口腾隆新材料有限公司 | Preparation method of low-cost petroleum fracturing propping agent |
RU2559266C1 (en) * | 2014-08-05 | 2015-08-10 | Открытое акционерное общество "Боровичский комбинат огнеупоров" | Proppant and production method of proppant |
RU2617853C1 (en) * | 2016-01-11 | 2017-04-28 | Сергей Фёдорович Шмотьев | Method for manufacturing magnetic-quartz raw material charge used in production of proppants |
-
2020
- 2020-12-29 RU RU2020143633A patent/RU2761435C1/en active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2161144C1 (en) * | 2000-01-10 | 2000-12-27 | ОАО "Внуковский завод огнеупорных изделий" | Mixture for forsterite refractories manufacture and method of their manufacture |
CN103449806A (en) * | 2013-08-05 | 2013-12-18 | 杨松 | Proppant prepared from magnesium ore tailings, iron ore tailings and boron sludge |
CN103725281A (en) * | 2013-12-24 | 2014-04-16 | 营口腾隆新材料有限公司 | Preparation method of low-cost petroleum fracturing propping agent |
RU2559266C1 (en) * | 2014-08-05 | 2015-08-10 | Открытое акционерное общество "Боровичский комбинат огнеупоров" | Proppant and production method of proppant |
RU2617853C1 (en) * | 2016-01-11 | 2017-04-28 | Сергей Фёдорович Шмотьев | Method for manufacturing magnetic-quartz raw material charge used in production of proppants |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US8063000B2 (en) | Low bulk density proppant and methods for producing the same | |
US4668645A (en) | Sintered low density gas and oil well proppants from a low cost unblended clay material of selected composition | |
RU2437913C1 (en) | Procedure for preparation of light-weight magnesium-silicate propping agent and propping agent | |
US20110111990A1 (en) | Strong low density ceramics | |
RU2459852C1 (en) | Manufacturing method of ceramic proppant, and proppant itself | |
RU2694363C1 (en) | Ceramic proppant and its production method | |
US20140274818A1 (en) | Spherical pellets containing common clay particulate material useful as a proppant in hydraulic fracturing of oil and gas wells | |
RU2344156C2 (en) | Proppant and method of well efficiency increase | |
US8283271B2 (en) | High strength proppants | |
EP0101855A1 (en) | Low density proppant for oil and gas wells | |
RU2613676C1 (en) | Method for magnesium silicate proppant preparation, and proppant | |
EP0169412A1 (en) | Proppant for oil and gas wells | |
US20170130123A1 (en) | Proppant Material Incorporating Fly Ash and Method of Manufacture | |
RU2476476C2 (en) | Manufacturing method of ceramic proppant, and proppant itself | |
US20170275209A1 (en) | Addition of mineral-containing slurry for proppant formation | |
RU2588634C9 (en) | Method of producing ceramic proppant (versions) | |
RU2389710C1 (en) | Method of making aluminosilicate proppant and composition for making said proppant | |
RU2394063C1 (en) | Procedure for production of propping agent out of alumina containing raw material | |
RU2761435C1 (en) | Method for manufacturing a magnesia-silicate proppant and a plasticizing additive for its implementation | |
RU2728300C1 (en) | Method for production of raw proppant from natural magnesium silicate raw material | |
US20170226410A1 (en) | Proppant Material Incorporating Fly Ash and Method of Manufacture | |
RU2739180C1 (en) | Method of producing magnesium silicate proppant and proppant | |
RU2203248C1 (en) | Method of manufacturing light-weight high-strength ceramic props | |
RU2742572C1 (en) | Method for manufacturing magnesium silicate propant and its composition | |
RU2521989C1 (en) | High-strength magnesium silicate proppant obtaining method |