RU2763562C1

RU2763562C1 - Charge for manufacturing glass-ceramic proppant

Info

Publication number: RU2763562C1
Application number: RU2021106675A
Authority: RU
Inventors: Сергей Николаевич Кульков; Афанасий Саакович Апкарьян; Артур Норайрович Петросян
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью «Лайк Филл» (ООО «Лайк Филл»)
Priority date: 2021-03-15
Filing date: 2021-03-15
Publication date: 2021-12-30

Abstract

FIELD: glass.

SUBSTANCE: invention relates to production of granular glass-ceramic materials for the water/gas/petroleum industry, intended for use as wedging agents (proppants) in extraction of water, petroleum and gas for the purpose of increasing the efficiency of production of boreholes applying the hydraulic fracturing technology (HFT). The charge for producing a glass-ceramic proppant by the claimed method includes the following ratio of the initial components, % wt.: gas-forming agent – coke 3 to 5; sawdust from coniferous trees 3 to 5; low-melting plasticiser – drilling cuttings 15 to 25; alkaline crushed glass the rest. The components of the charge are mixed by joint milling, granulated, dried, and granules are foamed in a rotary furnace at a temperature of 1,050 to 1,100°C while melting the surface of the granules for 6 to 12 minutes. The granules are then cooled and fired.

EFFECT: low processing temperatures of the granules, disposal of alkaline crushed glass and drilling cuttings in production of lightweight glass-ceramic proppants.

3 cl, 5 dwg, 1 tbl, 1 ex

Description

Изобретение относится к производству гранулированных стеклокерамических материалов для водо/газо/нефтедобывающей промышленности, предназначенных для использования в качестве расклинивающих агентов (пропантов) при добыче воды, нефти и газа с целью повышения эффективности отдачи скважин с применением технологии гидравлического разрыва пласта (ГРП). Пропанты служат для предупреждения (закрепления) смыкания под действием давления трещин, создаваемых в ходе ГРП.The invention relates to the production of granular glass-ceramic materials for the water/gas/oil industry, intended for use as proppants (proppants) in the production of water, oil and gas in order to increase the efficiency of well recovery using hydraulic fracturing technology (HF). Propants serve to prevent (fix) closure under pressure of fractures created during hydraulic fracturing.

Известен способ переработки алюмокремниевого сырья, патент РФ на изобретение №2140874, опубл. 10.11.1999 [1].A known method of processing aluminosilicon raw materials, RF patent for the invention No. 2140874, publ. November 10, 1999 [1].

Изобретение предназначено для переработки алюмокремниевого сырья при производстве гранулированных материалов. Алюмокремниевое сырье загружают в смеситель-гранулятор, перемешивают при добавлении связующего компонента, гранулируют в смесителе-грануляторе с вращающейся с постоянной скоростью тарельчатой чашей и роторной мешалкой, скорость вращения которой изменяют в зависимости от стадии грануляции. Сырые гранулы выгружают, сушат, обжигают и охлаждают до комнатной температуры. Сушку гранул ведут при 110 - 320°С в течение 20 - 60 мин, а обжиг - при 1300 - 1550°С при скорости подъема температуры 16 - 25°С/в мин с выдержкой при температуре обжига 35 - 120 мин. Скорость охлаждения гранул от температуры обжига до 500°С составляет 20-40°С/мин с последующим естественным охлаждением до комнатной температуры. Изобретение позволяет увеличить прочность гранул и расширить сырьевую базу.The invention is intended for the processing of aluminosilicon raw materials in the production of granular materials. Aluminum-silicon raw materials are loaded into the mixer-granulator, mixed with the addition of a binder, granulated in the mixer-granulator with a plate bowl rotating at a constant speed and a rotary mixer, the rotation speed of which is changed depending on the granulation stage. Raw granules are unloaded, dried, fired and cooled to room temperature. Drying of the granules is carried out at 110 - 320°C for 20 - 60 minutes, and firing - at 1300 - 1550°C at a temperature rise rate of 16 - 25°C / min with holding at a firing temperature of 35 - 120 minutes. The cooling rate of the granules from the firing temperature to 500°C is 20-40°C/min, followed by natural cooling to room temperature. The invention makes it possible to increase the strength of the granules and expand the raw material base.

Недостатком является большая насыпная плотность пропантов (более 1,62-1,80 г/см³), ограничивающая область его применения, поскольку при проведении гидроразрыва нефтегазового пласта с подобными тяжелыми пропантами приходится использовать более вязкие и дорогие флюиды. Высокая температура обжига пропантов (1450°С) приводит к дополнительным энергозатратам.The disadvantage is the high bulk density of proppants (more than 1.62-1.80 g/cm ³ ), which limits the scope of its application, since when performing hydraulic fracturing of an oil and gas formation with such heavy proppants, more viscous and expensive fluids have to be used. The high firing temperature of proppants (1450°C) leads to additional energy consumption.

Известна алюмокремниевая шихта для производства гранул, патент РФ на изобретение 2140875, опубл. 11.10.1999 [2].Known aluminum-silicon mixture for the production of granules, RF patent for the invention 2140875, publ. October 11, 1999 [2].

Изобретение относится к переработке алюмокремниевого сырья при производстве гранулированных материалов, предназначенных для использования в различных отраслях промышленности, применяющих гранулы, например, в качестве расклинивающих агентов (пропанты) при добыче нефти методом гидравлического разрыва пласта. Шихта содержит обожженный при 700 - 900°C каолин, содержащий 30 - 45 мас.% Al₂O₃ и добавку, увеличивающую прочность гранул. В качестве добавки шихта содержит следующие вещества или их смеси: глиноземная пыль как отход глиноземного производства, бадделеит, порошкообразный циркониевый концентрат, обожженный при 800 - 1100°C и необожженный боксит при следующем соотношении компонентов мас. %: обожженный каолин 70-99,5; добавка 0,5-30. Данное изобретение позволяет расширить сырьевую базу производства высокопрочных гранул (пропантов) и снизить себестоимость. The invention relates to the processing of aluminum-silicon raw materials in the production of granular materials intended for use in various industries that use granules, for example, as proppants (proppants) in oil production by hydraulic fracturing. The mixture contains calcined at 700 - 900°C kaolin containing 30 - 45 wt.% Al ₂ O ₃ and an additive that increases the strength of the granules. As an additive, the mixture contains the following substances or mixtures thereof: alumina dust as a waste product of alumina production, baddeleyite, powdered zirconium concentrate, fired at 800 - 1100°C and unfired bauxite in the following ratio of components wt. %: calcined kaolin 70-99.5; additive 0.5-30. This invention allows to expand the raw material base for the production of high-strength granules (proppants) and reduce the cost.

Недостатком шихты данного состава является высокая насыпная плотность (1,67-1,89 г/см³) и высокая температура обжига гранул (1450°С и более). The disadvantage of the charge of this composition is the high bulk density (1.67-1.89 g/cm ³ ) and the high firing temperature of the granules (1450°C or more).

Недостатком данной шихты является то, что она требует присутствия таких дорогостоящих компонентов, как цирконийсодержащий минерал бадделеит с высоким содержанием ZrO₂91,0-96,0 мас.% (до 5,0 мас.% в шихте), порошкообразный циркониевый концентрат с содержанием ZrO₂60,0-65,0 мас.% (до 10,0 мас.% в шихте), обожженный при 800-1100°С боксит (до 30 мас.% в шихте). Рецепты шихты включают в себя несколько компонентов, что создает дополнительные трудности в процессе подготовки шихты (дозирование, перемешивание), к тому же приходится корректировать соотношение указанных компонентов при добавлении в шихту технологического возврата. Указанные добавки приводят к утяжелению получаемых гранул, что может не позволить их применение в легковесном классе.The disadvantage of this mixture is that it requires the presence of such expensive components as zirconium-containing mineral baddeleyite with a high content of ZrO ₂ 91.0-96.0 wt.% (up to 5.0 wt.% in the mixture), powdered zirconium concentrate containing ZrO ₂ 60.0-65.0 wt.% (up to 10.0 wt.% in the charge), fired at 800-1100°C bauxite (up to 30 wt.% in the charge). The mixture recipes include several components, which creates additional difficulties in the process of preparing the mixture (dosing, mixing), besides, it is necessary to adjust the ratio of these components when adding technological return to the mixture. These additives lead to the weighting of the resulting granules, which may not allow their use in the lightweight class.

Другим недостатком известной шихты является его очень тонкий помол (до среднего размера частиц 3-5 мкм), что требует применения дорогостоящего высокоэнергоемкого оборудования.Another disadvantage of the known mixture is its very fine grinding (up to an average particle size of 3-5 μm), which requires the use of expensive high-energy equipment.

Известен способ получения легковесных высокопрочных керамических пропантов из патента РФ на изобретение №2203248, опубл. 27.04.2003 [3].A known method for producing lightweight high-strength ceramic proppants from the RF patent for the invention No. 2203248, publ. April 27, 2003 [3].

Способ получения легковесных высокопрочных керамических пропантов включает термическую обработку исходного алюмосиликатного сырья, в качестве которого используют каолин, помол обработанного сырья, отсев фракций, имеющих размеры, отличные от заданных, с последующим их возвратом на стадию помола, гранулирование термически обработанного алюмосиликатного сырья при постоянном перемешивании массы и ее увлажнении, сушку и предварительный рассев полученных гранул с возвратом на помол гранул, отличающихся от заданного размера, окончательный обжиг гранул и рассев обожженных гранул. При этом перед гранулированием термически обработанного алюмосиликатного сырья в него вводят минерализатор в количестве от 2 до 5% и дисперсностью 10 мкм следующего химического состава: TiO₂ в форме рутила 31; FeO 27; SiO₂ 13; MnO 3,8; Cr₂O_з 1,7; MgO 1,1, а термическую обработку исходного сырья проводят при температуре от 1025 до 1145°С, обеспечивающей эндотермический эффект, связанный с полным разложением каолинита, началом образования кристаллов муллита и выделением и модификационными превращениями стеклофазы. Предложенный способ позволяет повысить эксплуатационные свойства пропантов и расширить область их применения.The method for producing lightweight high-strength ceramic proppants includes heat treatment of the initial aluminosilicate raw material, which is used as kaolin, grinding of the processed raw material, screening out fractions with sizes different from the specified ones, followed by their return to the grinding stage, granulation of the thermally treated aluminosilicate raw material with constant mixing of the mass and its moistening, drying and preliminary screening of the obtained granules with a return to grinding of granules that differ from the specified size, final firing of the granules and screening of the fired granules. At the same time, before granulating the heat-treated aluminosilicate raw material, a mineralizer is introduced into it in an amount of 2 to 5% and a dispersion of 10 μm of the following chemical composition: TiO ₂ in the form of rutile 31; FeO 27; SiO ₂ 13; MNO 3.8; Cr ₂ O _s 1.7; MgO 1.1, and the heat treatment of the feedstock is carried out at a temperature of 1025 to 1145°C, providing an endothermic effect associated with the complete decomposition of kaolinite, the beginning of the formation of mullite crystals and the isolation and modification transformations of the glass phase. The proposed method makes it possible to improve the operational properties of proppants and expand the scope of their application.

Недостатком способа являются необходимость в предварительной высокотемпературной термообработке каолина в температурном интервале от 1025 до 1145°С и жесткие требования по обеспечению гранулометрического состава измельченного каолина с массовой долей частиц менее 2 мкм - 20%, менее 5 мкм - 45%, менее 10 мкм - 60%, менее 50 мкм - 85%. Это снижает надежность выполнения заданных параметров технологического процесса и может явиться причиной нестабильности характеристик готовой продукции. The disadvantage of this method is the need for preliminary high-temperature heat treatment of kaolin in the temperature range from 1025 to 1145 ° C and stringent requirements for ensuring the particle size distribution of crushed kaolin with a particle mass fraction of less than 2 microns - 20%, less than 5 microns - 45%, less than 10 microns - 60 %, less than 50 microns - 85%. This reduces the reliability of the specified parameters of the technological process and may cause instability in the characteristics of the finished product.

Известны шихта для изготовления огнеупорных высокопрочных сферических гранул и способ их производства, патент РФ на изобретение №2211198, опубл. 27.08.2003 [4].Known mixture for the manufacture of refractory high-strength spherical granules and a method for their production, RF patent for invention No. 2211198, publ. August 27, 2003 [4].

Изобретение относится к области производства огнеупорных гранулированных материалов, предназначенных для использования в качестве расклинивающего агента (крепи) при добыче нефти и газа методом гидравлического разрыва пласта. Сущность изобретения заключается в том, что каолин и боксит предварительно обжигают, а для производства гранул используют смесь совместного помола обожженных каолина и боксита в соотношении, мас.%: обожженный каолин 33-67; обожженный боксит - остальное, при этом соотношение Аl₂О₃: SiO₂ в смеси составляет 1:1. Предварительный обжиг каолина, который содержит 40-45% Аl₂О₃ и не более 5% свободного кварца, производится при температуре 1400-1500°С до водопоглощения не более 5% (предпочтительно не более 4%). Температура предварительного обжига боксита зависит от содержания Аl₂О₃: 1500-1700°С (предпочтительно 1600-1650°С), до водопоглощения не более 5%, при содержании Al₂O₃ 60-65%; 1100-1400^oС (предпочтительно 1250-1300°С) до водопоглощения 20-35% при содержании Al₂O₃ более 65%. После предварительного обжига боксит и каолин подвергают сухому совместному тонкому помолу до среднего размера частиц менее 10 мкм (предпочтительно менее 5 мкм). Смесь совместного помола гранулируют, полученные гранулы высушивают, рассеивают для выделения целевой фракции, после чего ее обжигают при температуре 1500-1600°С (предпочтительно 1550-1600°С) и вторично рассеивают обожженные гранулы для выделения товарного продукта. Технический результат: улучшение технологичности процесса изготовления при обеспечении стабильности характеристик получаемого продукта.The invention relates to the production of refractory granular materials intended for use as a proppant (support) in oil and gas production by hydraulic fracturing. The essence of the invention lies in the fact that kaolin and bauxite are pre-calcined, and for the production of granules a mixture of joint grinding of calcined kaolin and bauxite is used in the ratio, wt.%: calcined kaolin 33-67; calcined bauxite - the rest, while the ratio of Al ₂ O ₃ : SiO ₂ in the mixture is 1:1. Pre-calcination of kaolin, which contains 40-45% Al ₂ O ₃ and not more than 5% free quartz, is carried out at a temperature of 1400-1500°C until water absorption is not more than 5% (preferably not more than 4%). Bauxite pre-calcination temperature depends on Al ₂ O ₃ content: 1500-1700°C (preferably 1600-1650°C), up to water absorption not more than 5%, with Al ₂ O ₃ content 60-65%; 1100-1400 ^o C (preferably 1250-1300°C) to water absorption of 20-35% when the content of Al ₂ O ₃ more than 65%. After pre-calcination, bauxite and kaolin are subjected to dry joint fine grinding to an average particle size of less than 10 μm (preferably less than 5 μm). The co-grinding mixture is granulated, the resulting granules are dried, dispersed to isolate the target fraction, after which it is fired at a temperature of 1500-1600°C (preferably 1550-1600°C) and the fired granules are re-dispersed to isolate the commercial product. EFFECT: improved manufacturability of the manufacturing process while ensuring the stability of the characteristics of the resulting product.

Высокая температура обжига пропантов (1500-1600°С) приводит к дополнительным энергозатратам. Наличие предварительного обжига боксита и обжиг гранул также способствует увеличению расхода топлива и электроэнергии. В технологии используются дорогостоящие сырьевые материалы – бокситы и каолин.The high firing temperature of proppants (1500-1600°C) leads to additional energy consumption. The presence of pre-calcination of bauxite and the calcination of pellets also contributes to an increase in fuel and electricity consumption. The technology uses expensive raw materials - bauxite and kaolin.

Известны способ получения алюмосиликатного пропанта и состав для его получения, патент РФ на изобретение №2389710, опубл. 20.05.2010 [5].Known method for producing aluminosilicate proppant and composition for its production, RF patent for the invention No. 2389710, publ. May 20, 2010 [5].

Изобретение относится к получению гранулированных керамических материалов, предназначенных для использования в качестве расклинивающих агентов - пропантов при добыче нефти и газа методом гидравлического разрыва пласта. Технический результат - снижение температуры обжига гранулированного материала для получения высокопрочных алюмосиликатных пропантов. Способ получения алюмосиликатного пропанта включает брикетирование огнеупорного глинистого сырья, термическую обработку брикета при температуре 850-900°С, дробление обожженного брикета до размеров 1-2 мм, совместный тонкий помол сухим способом до размеров менее 0,063 мм с упрочняющей добавкой, гранулирование сырьевой смеси до насыпной плотности гранул не менее 1,0 г/см³ и обжиг гранул при температуре 1400-1450°С. Состав для получения указанного пропанта содержит в качестве огнеупорного глинистого сырья обогащенный каолин или огнеупорную глину с содержанием глинистых минералов не менее 80%, в том числе каолинита не менее 70%, свободного кварца не более 5%, щелочных оксидов не более 1,0-1,5%, в качестве упрочняющей добавки - железооксидную добавку из группы пиритные огарки или железная руда с содержанием FeO+Fe₂O₃ не менее 65% при их соотношении, мас.%: обожженное глинистое сырье - огнеупорная глина или обогащенный каолин - 90,0-93,5, железооксидная добавка 6,5-10,0.The invention relates to the production of granular ceramic materials intended for use as proppants in oil and gas production by hydraulic fracturing. EFFECT: reduced firing temperature of granular material to obtain high-strength aluminosilicate proppants. The method for obtaining aluminosilicate proppant includes briquetting refractory clay raw materials, heat treatment of the briquette at a temperature of 850-900°C, crushing the fired briquette to a size of 1-2 mm, joint fine grinding by dry method to a size of less than 0.063 mm with a hardening additive, granulation of the raw mixture to bulk the density of the granules is not less than 1.0 g/cm ³ and the firing of the granules at a temperature of 1400-1450°C. The composition for obtaining said proppant contains, as a refractory clay raw material, enriched kaolin or refractory clay with a clay mineral content of at least 80%, including kaolinite at least 70%, free quartz no more than 5%, alkali oxides no more than 1.0-1 ,5%, as a hardening additive - an iron oxide additive from the group of pyrite cinders or iron ore with a FeO + Fe ₂ O ₃ content of at least 65% at their ratio, wt.%: burned clay raw materials - refractory clay or enriched kaolin - 90, 0-93.5, iron oxide additive 6.5-10.0.

Известное изобретение позволяет получать алюмосиликатный пропант с недостаточно хорошими физико-механическими свойствами – повышенный процент разрушения и насыпная плотность. Высокая температура и двойной обжиг при температуре обжига 850-900°С и (1400-1450°С) также приводит к дополнительным энергозатратам. В технологии используется дорогостоящие огнеупорные материалы.The known invention makes it possible to obtain an aluminosilicate proppant with insufficiently good physical and mechanical properties - an increased percentage of destruction and bulk density. High temperature and double firing at a firing temperature of 850-900°C and (1400-1450°C) also leads to additional energy consumption. The technology uses expensive refractory materials.

Известен способ изготовления изделия из гранулированной пеностеклокерамики, патент РФ на изобретение №2540741, опубл. 27.04.2003 [6].A known method of manufacturing products from granular foam glass ceramics, RF patent for the invention No. 2540741, publ. April 27, 2003 [6].

Изобретение относится к гранулированной пеностеклокерамике. Технический результат изобретения заключается в упрощении технологии, расширении сырьевой базы при получении пеностеклокерамики с высокими эксплуатационными свойствами вплоть до 620-700°С. Осуществляют совместный помол предварительно подготовленных стекольного сырья, глины, углеродного газообразователя. К полученной шихте добавляют воду и формуют из нее гранулы. Гранулы смешивают с тонкоизмельченными опилками, вспенивают в газовой среде с содержанием СО 1-3% при температуре 830-850°С во вращающей печи с углом ее наклона 18-20°. После процесса вспенивания гранулы в пиропластичном состоянии формуют в полосу заданной геометрии. Затем полосу отжигают при начальной температуре 300-400°С с понижением до конечной температуры 80-90°С, режут, упаковывают и складируют.The invention relates to granulated glass-ceramic foam. The technical result of the invention consists in simplifying the technology, expanding the raw material base in the production of foamed glass-ceramics with high performance properties up to 620-700°C. Joint grinding of pre-prepared glass raw materials, clay, carbon gas former is carried out. Water is added to the mixture obtained and granules are formed from it. The granules are mixed with finely ground sawdust, foamed in a gaseous environment with a CO content of 1-3% at a temperature of 830-850°C in a rotary kiln with its inclination angle of 18-20°. After the foaming process, the granules in the pyroplastic state are molded into a strip of a given geometry. Then the strip is annealed at an initial temperature of 300-400°C with a decrease to a final temperature of 80-90°C, cut, packed and stored.

Известное изобретение направлено на изготовление изделий из гранулированной пеностеклокерамики на непрерывно действующей технологической линии. Изделие не пригодно для технологии гидроразрыва по ряду причин: открытые поры, низкая механическая прочность, высокий процент разрушения, высокое водопоглощение и плотность.A well-known invention is directed to the manufacture of products from granulated foam glass ceramics on a continuously operating production line. The product is not suitable for hydraulic fracturing technology for a number of reasons: open pores, low mechanical strength, high failure rate, high water absorption and density.

Наиболее близкий аналог для заявляемой шихты по совокупности существенных признаков является шихта, известная из патента РФ на изобретение №2098618 с названием «Способ получения расклинивающего агента», опубл. 10.12.1997 [7].The closest analogue for the claimed mixture in terms of essential features is the mixture known from the RF patent for invention No. 2098618 with the title "Method of obtaining a proppant", publ. December 10, 1997 [7].

Изобретение относится к твердым гранулированным материалам, которые могут быть использованы при добыче нефти и газа из скважин при их гидродинамическом разрыве. В основу изобретения положена задача создания экономичного способа получения прочного и легковесного расклинивающего агента (с плотностью менее 3,0 г/см³) из дешевого исходного сырья. Одной из задач изобретения также было использование в качестве исходного сырья материалов и отходов, загрязняющих окружающую среду. Согласно изобретению исходное сырье, в качестве которого используют золы от сжигания бурых или каменных углей, измельчают и смешивают с одним или более компонентов, выбранных из ряда, содержащего оксиды натрия, магния, кальция, бария, цинка, хрома, алюминия или соли этих металлов или минералы, образующие при термообработке указанные оксиды. Из полученной смеси формуют гранулы, которые подвергают термообработке. The invention relates to solid granular materials that can be used in the production of oil and gas from wells during their hydrodynamic fracturing. The invention is based on the task of creating an economical method for producing a strong and lightweight proppant (with a density of less than 3.0 g/cm ³ ) from cheap raw materials. One of the objectives of the invention was also the use of materials and waste polluting the environment as feedstock. According to the invention, the feedstock, which is used as ash from the combustion of brown or hard coal, is crushed and mixed with one or more components selected from a series containing oxides of sodium, magnesium, calcium, barium, zinc, chromium, aluminum or salts of these metals or minerals that form these oxides during heat treatment. From the resulting mixture, granules are formed, which are subjected to heat treatment.

Недостатком шихты данного состава является высокая насыпная плотность и более высокая температура обжига гранул (1150 – 1350°С), чем у заявляемой шихты.The disadvantage of the mixture of this composition is a high bulk density and a higher firing temperature of the granules (1150 - 1350°C) than the claimed mixture.

Технической задачей заявляемого изобретения является разработка шихты для изготовления стеклокерамического пропанта.The technical objective of the claimed invention is the development of a mixture for the manufacture of glass-ceramic proppant.

Техническим результатом заявляемого изобретения являются низкие температуры обработок гранул, изготовленных из предлагаемого состава шихты, а также утилизация щелочного стеклобоя и бурового шлама. The technical result of the claimed invention is the low temperature processing of granules made from the proposed mixture composition, as well as the disposal of alkaline cullet and drill cuttings.

Указанный технический результат достигается тем, что шихта для изготовления стеклокерамического пропанта содержит: щелочной стеклобой, газоообразователь - кокс и рецептурные компоненты, при этом в качестве рецептурных компонентов в состав шихты включены: легкоплавкий пластификатор - буровой шлам и опилки хвойных деревьев, при следующем соотношении компонентов, вес.%: газообразователь – кокс 3-5; опилки хвойных деревьев 3-5; легкоплавкий пластификатор – буровой шлам 15-25; щелочной стеклобой остальное. Оптимальное содержание легкоплавкого пластификатора – бурового шлама в составе шихты 15- 21 вес.%. Состав используемого бурового шлама содержит глину до 13 вес.%.The specified technical result is achieved by the fact that the charge for the manufacture of glass-ceramic proppant contains: alkaline cullet, gas-forming agent - coke and recipe components, while the following components are included in the mixture as recipe components: low-melting plasticizer - drill cuttings and sawdust of coniferous trees, with the following ratio of components, wt.%: blowing agent - coke 3-5; sawdust of coniferous trees 3-5; fusible plasticizer - drill cuttings 15-25; alkaline cullet the rest. The optimal content of low-melting plasticizer - drill cuttings in the composition of the charge is 15-21 wt.%. The composition of the drill cuttings used contains clay up to 13% by weight.

Раскрытие сущности изобретения.Disclosure of the essence of the invention.

Поставленная задача изобретения решается тем, что шихта для получения легковесных высокопрочных стеклокерамических пропантов состоит из тонкомолотого щелочного стекла в качестве алюмосиликатного сырья с содержанием SiO₂ – 60,0-72,5%; Fe₂O₃ – 0-2,5%; CaO – 4,0-6,0%; MgO - 1,5-2,5%; Na₂O - 12,5-15,0%, Al₂O₃ – 1,2-1,6% и имеющий дисперсный состав с величиной удельной поверхности более 18500 см²/г, остатком на сите 0063 менее 5% с массовой долей частиц менее 2 мкм 5-60%, менее 5 мкм 30-85%, менее 10 мкм - 50-92%, менее 20 мкм 65-97%, менее 50 мкм 86-100%. The task of the invention is solved by the fact that the charge for obtaining lightweight high-strength glass-ceramic proppants consists of finely ground alkaline glass as an aluminosilicate raw material with a SiO ₂ content of 60.0-72.5%; Fe ₂ O ₃ - 0-2.5%; CaO - 4.0-6.0%; MgO - 1.5-2.5%; Na ₂ O - 12.5-15.0%, Al ₂ O ₃ - 1.2-1.6% and having a dispersed composition with a specific surface area of more than 18500 cm ² / g, a residue on a 0063 sieve of less than 5% wt the proportion of particles less than 2 microns 5-60%, less than 5 microns 30-85%, less than 10 microns - 50-92%, less than 20 microns 65-97%, less than 50 microns 86-100%.

В качестве рецептурной модифицирующей компонента использован буровой шлам выполняющий функцию легкоплавкого пластификатора, в составе которого: вода - 18,7%; нефтепродукты - 7,6%; гидрокарбонат магния - 0,1%; хлорид кальция - 0,8%; хлорид натрия - 58,9%; сульфат натрия - 1,0%; глина - 12,9%. В составе глины преобладают минералы гидромусковит, монтмориллонит, мусковит и имеющие следующий химический состав: SiO₂ - 70,0–71,0%; Al₂O₃ – 17,0–17,2%; Fe₂O₃ – 5,6–5,7%; SO₃ – 0,22–0,24%. As a prescription modifying component, drill cuttings were used, which perform the function of a fusible plasticizer, which includes: water - 18.7%; oil products - 7.6%; magnesium bicarbonate - 0.1%; calcium chloride - 0.8%; sodium chloride - 58.9%; sodium sulfate - 1.0%; clay - 12.9%. The composition of clay is dominated by the minerals hydromuscovite, montmorillonite, muscovite and having the following chemical composition: SiO ₂ - 70.0–71.0%; Al ₂ O ₃ - 17.0–17.2%; Fe ₂ O ₃ - 5.6–5.7%; SO ₃ - 0.22–0.24%.

Ввод в состав шихты легкоплавкого пластификатора – бурового шлама, способствует направленному внешнему воздействию на стекло в период обжига. Основная цель ввода бурового шлама – повышение прочности, образование оболочки на поверхности, закрытой пористости, снижение водопоглощения. The introduction of a low-melting plasticizer - drill cuttings into the composition of the mixture, contributes to the directed external impact on the glass during the firing period. The main purpose of introducing drill cuttings is to increase strength, form a shell on the surface, close porosity, and reduce water absorption.

В качестве рецептурной корректирующего компонента, с целью увеличения количества газов и их давления в период обжига, в производстве пористого стеклокерамического пропанта использовались отходы лесоперерабатывающей промышленности – опилки хвойных деревьев (в виде диспергированной целлюлозы). Опилки содержат 70% углеводов (целлюлоза и гемицеллюлоза) и 27% лигнина. Целесообразно использовать целлюлозу на основе древесины хвойных пород, из-за низкого содержания пентозанов. Пентозаны в присутствии воды и щелочей гидролизуются, превращаясь в простые сахара, хорошо растворимые в воде и препятствующие сцеплению частиц в шихте. Для повышения качества сцепления частиц компонентов шихты между собой использовали технологию диспергирования целлюлозы. As a prescription corrective component, in order to increase the amount of gases and their pressure during the firing period, waste from the timber industry was used in the production of porous glass-ceramic proppant - sawdust of coniferous trees (in the form of dispersed cellulose). Sawdust contains 70% carbohydrates (cellulose and hemicellulose) and 27% lignin. It is advisable to use cellulose based on softwood, due to the low content of pentosans. Pentosans are hydrolyzed in the presence of water and alkalis, turning into simple sugars that are highly soluble in water and prevent particles from cohesion in the mixture. To improve the quality of adhesion of the particles of the charge components, we used the technology of cellulose dispersion.

При использовании в качестве лекоплавкого пластификатора - бурового шлама в составе шихты решающую роль играет выбор газообразователя. Так как пластификатор повышает вязкость стекломассы, то необходимо применение таких газообразователей, продукты разложения которых обладали бы давлением, способным вспенить стекломассу при обжиге. При обосновании выбора газообразователя принималось во внимание совпадение температурных интервалов появления расплава требуемой вязкости и образование наибольшего давления газообразных продуктов. Выделение газа внутри стеклообразной фазы и образование пены зависит исключительно от реакционной способности газообразователей. В изобретении в качестве высокотемпературного газообразователя использовался кокс.When used as a low-melting plasticizer - drill cuttings in the composition of the charge, the choice of the blowing agent plays a decisive role. Since the plasticizer increases the viscosity of the glass mass, it is necessary to use such blowing agents, the decomposition products of which would have a pressure capable of foaming the glass mass during firing. When substantiating the choice of the blowing agent, the coincidence of the temperature intervals for the appearance of a melt of the required viscosity and the formation of the highest pressure of gaseous products were taken into account. The release of gas within the glassy phase and the formation of foam depends solely on the reactivity of the blowing agents. In the invention, coke was used as a high-temperature blowing agent.

Рациональный состав шихты для изготовления стеклокерамического пропанта представлен в таблице.The rational composition of the charge for the manufacture of glass-ceramic proppant is presented in the table.

Таблицаtable

НаименованиеName Щелочное
стеклоalkaline
glass Газообразователь-
коксGasifier-
coke Легкоплавкий пластификатор - буровой шламLow-melting plasticizer - drill cuttings Опилки хвойных деревьевSawdust of coniferous trees Количество, вес.%Quantity, wt.% 79,0-65,079.0-65.0 3,0-5,03.0-5.0 15-25 15-25 3,0-5,03.0-5.0

Изготовление стеклокерамического пропанта на непрерывно действующей технологической линии включает дробление стеклобоя, его мойку и сушку в моечно-сушильном барабане при температуре 110–120 °С, весовое дозирование, раздельный помол составляющих компонентов шихты, совместный помол щелочного стеклобоя, бурового шлама, газообразователя и опилки хвойных деревьев до достижения удельной поверхности 500-600 м²/кг, приготовление в смесителе из молотой шихты с добавлением воды пластичной массы влажностью 15-18%, гранулирование шихты на шнековом грануляторе, сушку гранул на конвейерной ленточной сушилке в слое органической разделяющей среды (тонкоизмельченных хвойных опилок) равной 0,8-1,0 мм при температуре 80-100 °С до влажности 2%, вспенивание гранул во вращающейся печи с тонкомолотой органической добавкой в качестве разделяющей среды при температуре 1050-1100 °С, охлаждение гранул до температуры 300-350 °С и проведение отжига гранул при снижении их температуры до 90 °С. Далее осуществляют отделение гранул от разделяющей среды и их складирование. The manufacture of glass-ceramic proppant on a continuously operating production line includes crushing cullet, washing and drying it in a washer-dryer drum at a temperature of 110–120 ° C, weight dosing, separate grinding of the constituent components of the charge, joint grinding of alkaline cullet, drill cuttings, blowing agent and softwood sawdust trees until a specific surface area of 500-600 m ² /kg is reached, preparation of a plastic mass with a moisture content of 15-18% in a mixer from a ground mixture with the addition of water, granulation of a mixture on a screw granulator, drying of granules on a conveyor belt dryer in a layer of an organic separating medium (finely ground coniferous sawdust) equal to 0.8-1.0 mm at a temperature of 80-100 ° C to a moisture content of 2%, foaming the granules in a rotary kiln with a finely ground organic additive as a separating medium at a temperature of 1050-1100 ° C, cooling the granules to a temperature of 300- 350 °С and carrying out annealing of the granules while reducing their temperature to 90 °С. Next, the granules are separated from the separating medium and stored.

В дальнейшем предлагаемое изобретение поясняется прилагаемыми фигурами 1-5.In the future, the invention is illustrated by the attached figures 1-5.

На фиг. 1 представлена схема технологического процесса на комплексно механизированной технологической линии изготовления стеклокерамического пропанта из заявляемой шихты. In FIG. 1 shows a diagram of the technological process on a complex mechanized production line for the manufacture of glass-ceramic proppant from the claimed mixture.

На фиг. 2 представлена кривая сопротивления раздавливанию гранул пропанта при давлении 51,7 МПа. In FIG. 2 shows the crush resistance curve of proppant granules at a pressure of 51.7 MPa.

На фиг. 3 представлен график зависимости насыпной плотности гранул пропанта от содержания пластификатора - бурового шлама.In FIG. 3 shows a graph of the dependence of the bulk density of proppant granules on the content of the plasticizer - drill cuttings.

На фиг. 4 представлена кривая зависимости водопоглощения гранул пропанта от содержания пластификатора в шихте.In FIG. 4 shows the dependence curve of water absorption of proppant granules on the content of plasticizer in the charge.

На фиг. 5 представлена кривая изменения водопоглощения гранул пропанта в зависимости от их насыпной плотности: 1 - насыпная плотность 0,88 г/см³; 2 – насыпная плотность 0,96 г/см³; 3 - насыпная плотность 1,06 г/см³.In FIG. 5 shows the curve of water absorption of proppant granules depending on their bulk density: 1 - bulk density 0.88 g/cm ³ ; 2 - bulk density 0.96 g / cm ³ ; 3 - bulk density 1.06 g/cm ³ .

На фиг. 1 представлена механизированная технологическая линия изготовления стеклокерамического пропанта из заявляемой шихты. На данной технологической линии сырье и полуфабрикаты по мере переработки транспортируют от агрегата к агрегату ленточными, скребковыми, шнековыми конвейерами, ковшовыми элеваторами и пересыпными устройствами.In FIG. 1 shows a mechanized production line for the manufacture of glass-ceramic proppant from the claimed charge. On this production line, raw materials and semi-finished products, as they are processed, are transported from unit to unit by belt, scraper, screw conveyors, bucket elevators and transfer devices.

Технологическая линия состоит из следующих машин, оборудования и агрегатов, установленных последовательно и взаимосвязано. The technological line consists of the following machines, equipment and units installed in series and interconnected.

1 – склад стеклобоя; 2 – скребковый конвейер; 3 – щековая дробилка; 4 – ковшовый элеватор; 5 – магнитный сепаратор; 6 – валковая дробилка; 7 – ковшовый элеватор; 8 – бункер запаса чистого стеклобоя; 9 – весовой дозатор; 10 – ленточный конвейер; 11 – шаровая мельница; 12 – склад рецептурных компонентов; 13 – бункер запаса рецептурных компонентов; 14 – весовой дозатор; 15 – загрузочное устройство; 16 –ленточный конвейер; 17 – ковшовый элеватор; 18 – бункер запаса тонкомолотого стеклобоя и рецептурных компонентов; 19 – склад бурового шлама; 20 – скребковый конвейер; 21 –магнитный сепаратор; 22 – бункер запаса сухого бурового шлама; 23 – весовой дозатор; 24 – дозатор воды; 25 – бункер сопутствующей среды; 26 – ленточный конвейер; 27 – ковшовый элеватор; 28 – весовой дозатор; 29 – шнековый конвейер; 30 – смеситель; 31 – шнековый гранулятор; 32 – ленточный конвейер; 33 – вращающаяся печь вспенивания; 34 – грохот; 35 – печь отжига; 36 – ленточный конвейер; 37 – бункер готовой продукции (склад); 38 - рекуператор.1 - cullet warehouse; 2 – scraper conveyor; 3 – jaw crusher; 4 - bucket elevator; 5 – magnetic separator; 6 - roll crusher; 7 - bucket elevator; 8 - bunker stock clean cullet; 9 - weight dispenser; 10 - belt conveyor; 11 - ball mill; 12 - warehouse of prescription components; 13 - bunker stock of prescription components; 14 - weight dispenser; 15 - loading device; 16 - belt conveyor; 17 - bucket elevator; 18 - bunker stock of finely ground cullet and prescription components; 19 – storage of drill cuttings; 20 – scraper conveyor; 21 – magnetic separator; 22 – dry drill cuttings stock bunker; 23 - weight dispenser; 24 - water dispenser; 25 – bunker of accompanying medium; 26 - belt conveyor; 27 - bucket elevator; 28 - weight dispenser; 29 - screw conveyor; 30 - mixer; 31 - screw granulator; 32 - belt conveyor; 33 - rotary foaming furnace; 34 - screen; 35 – annealing furnace; 36 - belt conveyor; 37 - bunker of finished products (warehouse); 38 - recuperator.

Предлагаемое изобретение осуществляют следующим образом.The present invention is carried out as follows.

Используют щелочной стеклобой исключительно экологически чистый, то есть только из тарного, используемого для хранения пищевых продуктов, лекарств, и строительного стекла, используемого для остекления гражданских и промышленных зданий, поэтому готовая продукция пропант - также экологически чистая.Alkaline cullet is used exclusively environmentally friendly, that is, only from container glass used for storing food products, medicines, and building glass used for glazing civil and industrial buildings, so the finished proppant product is also environmentally friendly.

Склады, предназначенные для приема и хранения сырьевых материалов, размещены в отдельном помещении таким образом, чтобы фронт приема материалов, входящих в состав шихты, был легкодоступен для их доставки автомобильным транспортом. Склады расположены в крытых помещениях и должны занимать площадь, достаточную для обеспечения непрерывности технологического процесса с учетом гарантированного дополнительного запаса, на случай сбоев графика их поставки. Каждый вид сырья хранится в отдельных бункерах или отсеках, исключающих смешение различных материалов. Warehouses intended for receiving and storing raw materials are located in a separate room in such a way that the front for receiving materials that make up the charge is easily accessible for their delivery by road. Warehouses are located in covered areas and should occupy an area sufficient to ensure the continuity of the technological process, taking into account the guaranteed additional stock, in case of failures in the delivery schedule. Each type of raw material is stored in separate bins or compartments, excluding mixing of different materials.

Со склада сырья 1 стеклобой, с помощью скребкового конвейера 2, периодически поступает в щековую дробилку 3 для дробления крупных кусков до максимальных размеров 50 мм. При этом оператор, обслуживающий технологическую линию, вручную удаляет попавшие в массу стеклобоя посторонние предметы, а металлические включения удаляются с помощью магнитного сепаратора 5. Из щековой дробилки 3 стеклобой, разрушенный до кусков одинаковых размеров, с помощью ковшового элеватора 4 подается в валковую дробилку 6, в которой происходит дальнейшее его размельчение до максимальных размеров – 20–25 мм. После валковой дробилки масса размельченного стеклобоя ковшовым элеватором 7 подается в бункер запаса чистого стеклобоя 8. Дозирование размельченного стеклобоя в шаровые мельницы 11 осуществляется методом весового порционного дозирования. From the warehouse of raw materials 1 cullet, with the help of a scraper conveyor 2, periodically enters the jaw crusher 3 for crushing large pieces up to a maximum size of 50 mm. At the same time, the operator servicing the production line manually removes foreign objects that have fallen into the mass of cullet, and metal inclusions are removed using a magnetic separator 5. From the jaw crusher 3, the cullet, destroyed to pieces of the same size, is fed into the roller crusher 6 with the help of a bucket elevator 4, in which it is further crushed to a maximum size of 20–25 mm. After the roller crusher, the mass of crushed cullet is fed by a bucket elevator 7 to the stock bunker of clean cullet 8. Dosing of the crushed cullet into ball mills 11 is carried out by the method of weight batch dosing.

Весовое порционное дозирование является прямым способом дозирования. Весовой бункер подвешивается или устанавливается на датчики веса. Формируется команда на подачу материала в весовой бункер и в момент достижения заданного веса с учетом опережения снимается команда подачи. В технологической схеме используется весовой дозатор 9. Отмеренную весовым дозатором 9 порцию стеклобоя с помощью ленточного транспортера 10 подают в шаровые мельницы 11. Сброс материала с ленты транспортера в одну из четырех шаровых мельниц осуществляется плужковыми сбрасывателями. По команде с системы управления на транспортер опускается плужковый сбрасыватель, разгружая ленту в мельницу. Одновременно осуществляется подготовка бурового шлама, который из склада 19 с помощью скребкового конвейера 20 подается в бункер запаса сухого бурового шлама 22, при этом оператор вручную удаляет инородные включения не металлического происхождения, а металлические – удаляются с помощью магнитного сепаратора 21. Сушка пластификатора в бункере 22 осуществляется, нагретым в рекуператоре 38 горячим воздухом с использованием отходящих газов от вращающейся печи вспенивания 33. Со склада 12 рецептурные компоненты поступают в бункер 13. Дозирование рецептурных компонентов проводится отдельной технологической операцией. Открывая шиберы выгрузки бункеров запаса рецептурных компонентов 13, оператор вручную насыпает в дозатор 14, стоящий на весовой платформе, определенные дозы газообразователя и выгорающих компонентов. Вес доз оператор контролирует по показаниям весового контроллера. После дозирования компонентов оператор с помощью мостового крана перемещает дозатор и высыпает компоненты в загрузочное устройство 15, куда весовой дозатор 23 порционно дозирует сухой пластификатор из бункера 22. Затем дозированное количество рецептурных компонентов и пластификатора в загрузочном устройстве 15 перемещается с помощью мостового крана и высыпается в мельницы 11.Batch dosing by weight is a direct dosing method. The weight hopper is suspended or mounted on weight sensors. A command is generated to feed the material into the weighing hopper, and at the moment the specified weight is reached, taking into account the advance, the feed command is removed. In the technological scheme, a weigher 9 is used. A portion of cullet measured by a weight batcher 9 is fed to ball mills 11 using a belt conveyor 10. Material is discharged from the conveyor belt into one of the four ball mills by plow ejectors. On command from the control system, the plow ejector is lowered onto the conveyor, unloading the belt into the mill. At the same time, drilling cuttings are prepared, which is fed from warehouse 19 with the help of a scraper conveyor 20 to the bunker of dry drill cuttings 22, while the operator manually removes foreign inclusions not of metallic origin, but metal ones are removed using a magnetic separator 21. Plasticizer drying in bunker 22 is carried out, heated in the heat exchanger 38 with hot air using exhaust gases from a rotary foaming furnace 33. From the warehouse 12, the prescription components enter the hopper 13. Dosing of the prescription components is carried out as a separate technological operation. By opening the gates for unloading the stock hoppers of prescription components 13, the operator manually pours certain doses of the blowing agent and burnable components into the dispenser 14, standing on the weighing platform. The operator controls the weight of the doses according to the readings of the weight controller. After dosing the components, the operator moves the dispenser using an overhead crane and pours the components into the loading device 15, where the weighing dispenser 23 batchwise doses dry plasticizer from the hopper 22. Then the dosed amount of prescription components and plasticizer in the loading device 15 is moved using an overhead crane and poured into the mills eleven.

В шаровых мельницах масса стеклобоя вместе с газообразователем, пластификатором и органическим компонентом тщательно измельчается и перемешивается, образуя тонкомолотую массу (шихту) с удельной поверхностью 500-600 м²/кг. Из шаровых мельниц тонкомолотую массу (шихту) ленточным конвейером 16 и ковшовым элеватором 17 перемещают в бункер запаса шихты 18. Из бункера 18 тонкомолотая масса - шихта, поступает в весовой дозатор 28. Шнековым конвейером 29 отмеренную порцию загружают в шнековый смеситель 30. В шнековом смесителе 30 шихта тщательно перемешивается при одновременной подаче расчетного количества воды дозатором 24 до получения пластичной массы, после чего она подается в шнековый гранулятор 31, где формуются сырцовые гранулы заданных геометрических размеров, в зависимости от используемой насадки. Влажность сырцовых гранул 15-18 %.In ball mills, the mass of cullet, together with the blowing agent, plasticizer and organic component, is thoroughly crushed and mixed, forming a finely ground mass (charge) with a specific surface of 500-600 m ² /kg. From the ball mills, the finely ground mass (charge) is transferred by a 16 belt conveyor and a 17 bucket elevator to the 18 charge stock hopper. 30, the mixture is thoroughly mixed with the simultaneous supply of the calculated amount of water by the dispenser 24 until a plastic mass is obtained, after which it is fed into the screw granulator 31, where raw granules of given geometric dimensions are formed, depending on the nozzle used. Humidity raw granules 15-18%.

Полученные сырцовые гранулы сбрасываются на ленту конвейера 32, на которую предварительно нанесен слой тонкоизмельченного органического материала (выгорающая разделяющая среда), при этом верхняя часть сырцовых гранул с помощью распылителя бункера сопутствующей среды 25 «припудривается» этим же материалом. На конвейере расположена сушилка - конвейерная ленточная сушилка. Проводят сушку гранул на конвейерной ленточной сушилке в слое органической разделяющей среды (тонкоизмельченных хвойных опилок) равной 0,8-1,0 мм при температуре 80-100°С до влажности 2%. Ленточным конвейером 32 сырцовые гранулы, после указанной сушки, вместе с сопутствующей выгорающей разделяющей средой загружаются во вращающуюся печь вспенивания 33. The obtained raw granules are dumped onto a conveyor belt 32, on which a layer of finely divided organic material (burn-out separating medium) has been previously applied, while the upper part of the raw granules is “dusted” with the same material using the sprayer of the accompanying medium hopper 25. On the conveyor there is a dryer - a conveyor belt dryer. The granules are dried on a conveyor belt dryer in a layer of an organic separating medium (finely ground coniferous sawdust) equal to 0.8-1.0 mm at a temperature of 80-100°C to a moisture content of 2%. With a belt conveyor 32, raw granules, after the specified drying, together with the accompanying burnable separating medium, are loaded into a rotary foaming furnace 33.

При достижении температуры 1050-1100°C (в зависимости от рационального состава) начинается процесс вспенивания гранул, после чего они подаются на грохот 34, где охлаждаются воздухом от рекуператора 38. Для подогрева воздуха в рекуператоре 40 используются отходящие газы от печи вспенивания. Гранулы после грохота проходят отжиг в печи отжига 35 и поступают в бункер готовой продукции 37. Отделенная от гранул на грохоте 34 закоксовавшаяся разделительная среда, возвращается с помощью ленточного конвейера 26 и ковшового элеватора 27 на склад рецептурных компонентов для дальнейшего использования в технологическом процессе. Upon reaching a temperature of 1050-1100°C (depending on the rational composition), the foaming process of the granules begins, after which they are fed to the screen 34, where they are cooled by air from the heat exchanger 38. The exhaust gases from the foaming furnace are used to heat the air in the heat exchanger 40. The granules after screening are annealed in an annealing furnace 35 and enter the finished product bin 37. The coked separating medium separated from the granules on the screen 34 is returned using a belt conveyor 26 and a bucket elevator 27 to the storage of prescription components for further use in the technological process.

Производство пропанта на основе щелочного стекла и бурового шлама имеет непрерывный цикл работы, производительность линии – 16-18 кубометров в сутки.The production of proppant based on alkaline glass and drill cuttings has a continuous cycle of operation, the line capacity is 16-18 cubic meters per day.

Продукция экологически чистая и характеризуется следующими характеристиками:The products are environmentally friendly and are characterized by the following characteristics:

Насыпная плотность, г/cм³ Bulk density, g / cm ³ 0,88-1,060.88-1.06 Сопротивление раздавливанию, %, не болееCrushing resistance, %, no more при нагрузке при 51,7 МПаunder load at 51.7 MPa 5–205–20 при нагрузке при 68,9 Н/м² under load at 68.9 N / m ² 8–258–25 Пористость гранул, %Porosity of granules, % 6868 Водопоглощение по объему, %Water absorption by volume, % 1,7–3,21.7–3.2 Размер гранул, мкм:Granule size, microns: 5-3005-300 Растворимость в смеси кислот, % Solubility in a mixture of acids, % не более 10no more than 10

Дисперсный состав шихты определялся согласно ГОСТу 23905-79 "Материалы неметаллорудные тонкодисперсные. Метод определения дисперсного состава".The dispersed composition of the charge was determined according to GOST 23905-79 "Fine non-metallic ore materials. Method for determining the disperse composition."

Удельная поверхность определялась методом воздухопроницаемости материала изделий (временем прохождения определенного объема воздуха через слой подпресованного материала).The specific surface was determined by the method of air permeability of the product material (the time of passage of a certain volume of air through a layer of pre-pressed material).

Значение удельной поверхности в отличие от насыпной плотности более полно характеризует дисперсный состав материала изделий во всем диапазоне размеров частиц и особенно способность материала данной дисперсности к получению плотной упаковки частиц.The value of the specific surface, in contrast to the bulk density, more fully characterizes the dispersed composition of the material of products in the entire range of particle sizes and especially the ability of a material of a given dispersion to obtain a dense packing of particles.

Использование стекла и бурового шлама с указанным химическим составом имеет следующие преимущества. Данное соотношение оптимально по экономическим причинам, потому что позволяет использовать относительно дешёвое сырьё – бой стекла и отходы нефте– и газодобывающей промышленности. The use of glass and drill cuttings with the specified chemical composition has the following advantages. This ratio is optimal for economic reasons, because it allows the use of relatively cheap raw materials - broken glass and waste from the oil and gas industry.

Содержание Аl₂О₃в щелочном стекле значительно ниже 45 мас. %. Но, известные пропанты на основе глин с содержанием Аl₂О₃до 45 мас. % (на прокаленное вещество) не имеют высокой прочности без дополнительных упрочняющих компонентов. Таким компонентом в шихте является буровой шлам, который способствует формированию прочной кристаллической решетки. The content of Al ₂ O ₃ in alkaline glass is much lower than 45 wt. %. But, the known clay-based proppants containing Al ₂ O ₃ up to 45 wt. % (per calcined substance) do not have high strength without additional hardening components. Such a component in the charge is drill cuttings, which contributes to the formation of a strong crystal lattice.

На фиг. 2 представлена кривая сопротивления раздавливанию гранул пропанта при давлении 51,7 МПа. Наиболее оптимальная прочность гранул достигается при содержании бурового шлама 15%.In FIG. 2 shows the crush resistance curve of proppant granules at a pressure of 51.7 MPa. The most optimal strength of the granules is achieved with a drill cuttings content of 15%.

Гранулы с содержанием пластификатора в шихте 25% имеют более 72% мелких пор, прочные керамические перегородки и сердцевину коричневого цвета. Granules with a plasticizer content in the charge of 25% have more than 72% fine pores, strong ceramic partitions and a brown core.

Оптимальными физико-техническими характеристиками обладают гранулы, изготовленные из шихты с содержанием бурового шлама 15%. Гранулы в сечении имеют более равномерные по размеру поры. Перегородки в сечении гранул керамические, насыщены стеклофазой и обладают высокой прочностью. Поверхность изделий оплавлена, в результате чего поверхностные поры закрыты. С увеличением содержания легкоплавкого пластификатора до 25% в шихте увеличивается количество пор с минимальными размерами, а толщина перегородок находится в пределах от 0,05-0,07 мкм.Optimum physical and technical characteristics are possessed by granules made from a mixture with a drill cuttings content of 15%. The granules in the cross section have more uniform pore sizes. Partitions in the cross section of the granules are ceramic, saturated with glass phase and have high strength. The surface of the products is melted, as a result of which the surface pores are closed. With an increase in the content of low-melting plasticizer up to 25% in the mixture, the number of pores with minimum sizes increases, and the thickness of the partitions is in the range of 0.05-0.07 microns.

На фиг. 3 представлен график зависимости насыпной плотности гранул пропанта от содержания поастификатора - бурового шлама. Результаты исследований, представленные на фиг. 3 характеризуют влияние на насыпную плотность гранул пропанта изменение содержания пластификатора в шихте от 15,0 до 25,0 % при температере вспенивания 1050°С и проводимой в течение 8 мин.In FIG. 3 shows a graph of the dependence of the bulk density of proppant granules on the content of the post-astifier - drill cuttings. The research results shown in Fig. 3 characterize the effect on the bulk density of proppant granules by changing the content of the plasticizer in the charge from 15.0 to 25.0% at a foaming temperature of 1050° С and carried out for 8 min.

Образцы изделий пропанта с содержанием легкоплавкого пластификатора - бурового шлама в количестве 15-25 вес.% имеют более плотную структуру при применении температуры вспенивания 1050-1100 °С и длительности процесса вспенивания 6-12 мин. Samples of proppant products containing a low-melting plasticizer - drill cuttings in an amount of 15-25 wt.% have a denser structure when using a foaming temperature of 1050-1100 ° C and a foaming process duration of 6-12 minutes.

Таким образом, содержание легкоплавкого пластификатора – бурового шлама, органических добавок, максимальная температура и длительность вспенивания являются основными факторами, влияющими на плотность гранул и формирование важнейших физико-технических и теплофизических характеристик. Thus, the content of a low-melting plasticizer - drill cuttings, organic additives, the maximum temperature and duration of foaming are the main factors affecting the density of the granules and the formation of the most important physical, technical and thermophysical characteristics.

На фиг. 5 представлена кривая изменения водопоглощения гранул пропанта в зависимости от их насыпной плотности: 1 - насыпная плотность 0,88 г/см³, 2 – насыпная плотность 0,96 г/см³, 3 - насыпная плотность 1,06 г/см³.In FIG. 5 shows the curve of water absorption of proppant granules depending on their bulk density: 1 - bulk density 0.88 g/cm ³ , 2 - bulk density 0.96 g/cm ³ , 3 - bulk density 1.06 g/cm ³ .

Водопоглощение, независимо от насыпной плотности гранул, увеличивается до определённого периода времени и при достижении предельного значения остаётся неизменным, несмотря на дальнейшее пребывание в воде. У гранул 92% закрытых пор и влага концентрируется в основном на поверхности изделий, поэтому, регулируя состояние поверхности и используя легкоплавкий пластификатор от 15 до 25% и органические добавки 3-5%, можно снизить водопоглощение до 1,7–3,2%. Низкий процент водопоглощения является одним из определяющих факторов при выборе состава шихты для гранул стеклокерамического пропанта. Water absorption, regardless of the bulk density of the granules, increases up to a certain period of time and, when the limit value is reached, remains unchanged, despite further exposure to water. The granules have 92% closed pores and moisture is concentrated mainly on the surface of the products, therefore, by adjusting the surface condition and using a low-melting plasticizer from 15 to 25% and organic additives of 3-5%, water absorption can be reduced to 1.7–3.2%. The low percentage of water absorption is one of the determining factors when choosing the composition of the charge for the glass-ceramic proppant granules.

Преимуществами изобретения являются утилизация щелочного стеклобоя и бурового шлама с получением технологии изготовления стеклокерамического пропанта для ГРП; упрощение технологии изготовления гранул пропанта с использованием относительно дешевых исходных добавок (материалов); низкие температуры термообработок гранул, экономия теплоэнергии в процессе производства гранул пропанта по сравнению с известными аналогами. The advantages of the invention are the utilization of alkaline cullet and drill cuttings with the production of technology for the manufacture of glass-ceramic proppant for hydraulic fracturing; simplification of the technology for the manufacture of proppant granules using relatively cheap initial additives (materials); low temperatures of heat treatment of granules, saving of heat energy in the process of production of proppant granules in comparison with known analogues.

Claims

1. Charge for the manufacture of glass-ceramic proppant, containing alkaline cullet, coke as a blowing agent, and prescription components, characterized in that it contains a low-melting plasticizer - drill cuttings and sawdust of coniferous trees, in the following ratio of components, weight. %:

blowing agent - coke 3-5, sawdust of coniferous trees 3-5, fusible plasticizer - drill cuttings 15-25, alkaline cullet rest.

2. The mixture according to claim 1, characterized in that the optimal content of low-melting plasticizer in the composition of the mixture is 15-21 wt. %.

3. The mixture according to claim 1, characterized in that the low-melting plasticizer - drill cuttings contains clay up to 13 wt. %.