RU2781688C1 - Charge for the manufacture of ceramic proppant and proppant - Google Patents
Charge for the manufacture of ceramic proppant and proppant Download PDFInfo
- Publication number
- RU2781688C1 RU2781688C1 RU2022109885A RU2022109885A RU2781688C1 RU 2781688 C1 RU2781688 C1 RU 2781688C1 RU 2022109885 A RU2022109885 A RU 2022109885A RU 2022109885 A RU2022109885 A RU 2022109885A RU 2781688 C1 RU2781688 C1 RU 2781688C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- proppant
- quartz
- ceramic
- albite
- proppants
- Prior art date
Links
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 title claims abstract description 23
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 17
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 41
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 38
- CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N magnesium oxide Chemical compound [Mg]=O CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 28
- 239000010453 quartz Substances 0.000 claims abstract description 25
- 229910052904 quartz Inorganic materials 0.000 claims abstract description 25
- 229910052656 albite Inorganic materials 0.000 claims abstract description 20
- 239000000391 magnesium silicate Substances 0.000 claims abstract description 19
- FKHIFSZMMVMEQY-UHFFFAOYSA-N Talc Chemical compound [Mg+2].[O-][Si]([O-])=O FKHIFSZMMVMEQY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 17
- 229910052919 magnesium silicate Inorganic materials 0.000 claims abstract description 17
- 235000019792 magnesium silicate Nutrition 0.000 claims abstract description 17
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 abstract description 17
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 17
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 8
- 239000008187 granular material Substances 0.000 description 15
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 description 14
- 239000000395 magnesium oxide Substances 0.000 description 12
- 239000010433 feldspar Substances 0.000 description 10
- 239000004576 sand Substances 0.000 description 9
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 7
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 6
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 5
- 238000010304 firing Methods 0.000 description 5
- 239000011734 sodium Substances 0.000 description 5
- -1 sodium-potassium Chemical compound 0.000 description 5
- ODINCKMPIJJUCX-UHFFFAOYSA-N calcium monoxide Chemical compound [Ca]=O ODINCKMPIJJUCX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 description 4
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 4
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 4
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 4
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N al2o3 Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000000875 corresponding Effects 0.000 description 3
- 229910052839 forsterite Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 3
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 3
- ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N potassium Chemical compound [K] ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000011591 potassium Substances 0.000 description 3
- 229910052700 potassium Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000011819 refractory material Substances 0.000 description 3
- 238000005245 sintering Methods 0.000 description 3
- 229910052708 sodium Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000006004 Quartz sand Substances 0.000 description 2
- 229910000323 aluminium silicate Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 2
- 229910052898 antigorite Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 239000000292 calcium oxide Substances 0.000 description 2
- 238000005056 compaction Methods 0.000 description 2
- 238000005755 formation reaction Methods 0.000 description 2
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 2
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 description 2
- 235000012243 magnesium silicates Nutrition 0.000 description 2
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 2
- 239000011707 mineral Substances 0.000 description 2
- 239000003921 oil Substances 0.000 description 2
- 239000011435 rock Substances 0.000 description 2
- KEAYESYHFKHZAL-UHFFFAOYSA-N sodium Chemical compound [Na] KEAYESYHFKHZAL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 2
- 240000007049 Juglans regia Species 0.000 description 1
- 235000009496 Juglans regia Nutrition 0.000 description 1
- 229910000503 Na-aluminosilicate Inorganic materials 0.000 description 1
- SJWPTBFNZAZFSH-UHFFFAOYSA-N PMPP Chemical compound C1CCSC2=NC=NC3=C2N=CN3CCCN2C(=O)N(C)C(=O)C1=C2 SJWPTBFNZAZFSH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- NOTVAPJNGZMVSD-UHFFFAOYSA-N Potassium oxide Chemical compound [K]O[K] NOTVAPJNGZMVSD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- CMZUMMUJMWNLFH-UHFFFAOYSA-N Sodium metavanadate Chemical compound [Na+].[O-][V](=O)=O CMZUMMUJMWNLFH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- KKCBUQHMOMHUOY-UHFFFAOYSA-N Sodium oxide Chemical compound [O-2].[Na+].[Na+] KKCBUQHMOMHUOY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- XMVONEAAOPAGAO-UHFFFAOYSA-N Sodium tungstate Chemical compound [Na+].[Na+].[O-][W]([O-])(=O)=O XMVONEAAOPAGAO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 1
- 150000007513 acids Chemical class 0.000 description 1
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 1
- OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N calcium Chemical compound [Ca] OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000011575 calcium Substances 0.000 description 1
- 229910052791 calcium Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 230000004059 degradation Effects 0.000 description 1
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 1
- KZHJGOXRZJKJNY-UHFFFAOYSA-N dioxosilane;oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Si]=O.O=[Si]=O.O=[Al]O[Al]=O.O=[Al]O[Al]=O.O=[Al]O[Al]=O KZHJGOXRZJKJNY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052647 feldspar group Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 238000007496 glass forming Methods 0.000 description 1
- 238000005469 granulation Methods 0.000 description 1
- 230000003179 granulation Effects 0.000 description 1
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 229910010272 inorganic material Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011147 inorganic material Substances 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N iron Substances [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N iron oxide Chemical compound [Fe]=O UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000460 iron oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 description 1
- 238000005065 mining Methods 0.000 description 1
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 1
- 239000011368 organic material Substances 0.000 description 1
- 239000008188 pellet Substances 0.000 description 1
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 1
- 230000035699 permeability Effects 0.000 description 1
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 1
- 229910001950 potassium oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 230000002035 prolonged Effects 0.000 description 1
- 239000011044 quartzite Substances 0.000 description 1
- 235000012217 sodium aluminium silicate Nutrition 0.000 description 1
- 229910001948 sodium oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 235000020234 walnut Nutrition 0.000 description 1
Abstract
Description
Группа изобретений относится к нефтегазодобывающей промышленности, а именно к производству керамических проппантов, в частности к составу шихты, предназначенной для изготовления среднеплотных магнезиально-кварцевых проппантов (керамических расклинивающих агентов) с насыпной плотностью 1,5-1,75 г/см3.SUBSTANCE: group of inventions relates to the oil and gas industry, namely to the production of ceramic proppants, in particular to the composition of the charge intended for the manufacture of medium-density magnesia-quartz proppants (ceramic proppants) with a bulk density of 1.5-1.75 g/cm 3 .
Проппанты - прочные сферические гранулы, удерживающие трещины гидроразрыва пласта (ГРП) от смыкания под большим давлением и обеспечивающие необходимую производительность нефтяных и газовых скважин путем создания в пласте проводящего канала. В качестве проппантов (расклинивателей) используются различные органические и неорганические материалы - скорлупа грецких орехов, песок, песок с полимерным покрытием, а также синтетические керамические гранулы. К основным эксплуатационным характеристикам проппантов относятся насыпная плотность, разрушаемость, проницаемость проппантной пачки и ее устойчивость к воздействию кислот. Еще одним важнейшим показателем качества расклинивающих агентов является водопоглощение материала, характеризующее состояние поверхности гранул, а именно, количество и размер поверхностных пор и микротрещин. Наличие значительного количества микротрещин и крупных поверхностных пор (высокое водопоглощение) приводит к тому, что при эксплуатации, в результате проникновения жидких агрессивных сред в поверхностные дефекты гранул, происходит постепенная деградация прочностных характеристик расклинивающего агента. Применяемые в ГРП керамические проппанты подразделяются на высокоплотные, среднеплотные, легковесные и ультралегковесные. С учетом соотношения цена/качество среднеплотные проппанты в настоящее время являются наиболее востребованными. Представленные на российском рынке керамические проппанты производятся из алюмосиликатного или магнезиально-кварцевого сырья. Использование природного магнезиально-кварцевого сырья, являющегося доступным и не требующим значительных затрат на переработку, позволяет получать конкурентный в ценовом отношении продукт.Proppants are strong spherical granules that keep hydraulic fractures (HF) from closing under high pressure and provide the necessary productivity of oil and gas wells by creating a conductive channel in the formation. Various organic and inorganic materials are used as proppants (proppants) - walnut shells, sand, polymer-coated sand, as well as synthetic ceramic granules. The main performance characteristics of proppants include bulk density, breakage, permeability of the proppant pack and its resistance to acids. Another important indicator of the quality of proppants is the water absorption of the material, which characterizes the state of the surface of the granules, namely, the number and size of surface pores and microcracks. The presence of a significant number of microcracks and large surface pores (high water absorption) leads to the fact that during operation, as a result of the penetration of liquid aggressive media into the surface defects of the granules, there is a gradual degradation of the strength characteristics of the proppant. Ceramic proppants used in hydraulic fracturing are divided into high-density, medium-density, lightweight and ultra-lightweight. Given the price / quality ratio, medium-density proppants are currently the most in demand. Ceramic proppants presented on the Russian market are produced from aluminosilicate or magnesia-quartz raw materials. The use of natural magnesia-quartz raw materials, which are affordable and do not require significant processing costs, makes it possible to obtain a price-competitive product.
Известны составы шихты на основе смеси термообработанного серпентинита с кварцполевошпатным песком для изготовления легковесного проппанта (патенты РФ 2446200, 2547033). Указанные технические решения позволяют получать расклиниватели с насыпной плотностью менее 1,4 г/см3. Составы шихты для получения магнийсиликатного проппанта средней плотности на основе природных магнийсиликатов или их смесей с природным кварцполевошпатным песком изложены в патентах РФ 2463329, 2588634, в евразийском патенте 024901. Известна также шихта для изготовления магнийсиликатного проппанта (патент РФ 2563853), содержащая измельченную до фракции менее 8 мкм смесь термообработанного серпентинита и кварцполевошпатного песка. Шихта содержит песок Южно-Ильинского месторождения фракции менее 2 мм состава, масс. %: диоксид кремния (кварц) 90,0-91,0, оксид алюминия 3,3-3,5, оксид кальция 0,9-1,0, оксид железа 1,6-1,8, оксид калия 1,2-1,3, оксид натрия 0,7-0,8, примеси - остальное, при следующем соотношении компонентов шихты, масс. %: серпентинит 61,0-67,0, песок 33,0-39,0. Магнийсиликатный проппант характеризуется тем, что он получен из указанной шихты.Known mixture compositions based on a mixture of heat-treated serpentinite with quartz-feldspar sand for the manufacture of lightweight proppant (RF patents 2446200, 2547033). These technical solutions make it possible to obtain wedges with a bulk density of less than 1.4 g/cm 3 . The compositions of the charge for the production of medium-density magnesium silicate proppant based on natural magnesium silicates or their mixtures with natural quartz-feldspar sand are set forth in RF patents 2463329, 2588634, in Eurasian patent 024901. Also known is a charge for the manufacture of magnesium silicate proppant (RF patent 2563853), containing crushed to a fraction of less than 8 µm mixture of heat-treated serpentinite and quartz-feldspar sand. The mixture contains sand from the Yuzhno-Ilyinsky deposit of a fraction of less than 2 mm, composition, wt. %: silicon dioxide (quartz) 90.0-91.0, aluminum oxide 3.3-3.5, calcium oxide 0.9-1.0, iron oxide 1.6-1.8, potassium oxide 1.2 -1.3, sodium oxide 0.7-0.8, impurities - the rest, with the following ratio of charge components, wt. %: serpentinite 61.0-67.0, sand 33.0-39.0. Magnesium silicate proppant is characterized by the fact that it is obtained from the specified charge.
Из уровня техники известна «Сырьевая шихта для изготовления магнезиально-кварцевого проппанта» по патенту ЕА 036797, характеризующаяся содержанием в своем составе 17-34 масс. % MgO и состоящая из измельченных магнийсиликатного компонента и природного кремнеземистого песка, причем магнийсиликатный компонент представляет собой горную породу на основе антигорита или смесь указной горной породы и предварительно обожженного серпентинита взятых в соотношении от 1 до 99 масс. %.From the prior art known "Raw charge for the manufacture of magnesia-quartz proppant" patent EA 036797, characterized by a content in its composition of 17-34 wt. % MgO and consisting of crushed magnesium silicate component and natural silica sand, and the magnesium silicate component is a rock based on antigorite or a mixture of specified rock and pre-calcined serpentinite taken in a ratio of 1 to 99 wt. %.
Из уровня техники известно изобретение «Керамический расклинивающий агент» по патенту РФ 2744130, технической задачей которого является снижение водопоглощения керамического расклинивающего агента за счет оптимизации соотношения кристаллических фаз для обеспечения минимального количества микротрещин, образующихся на поверхности проппанта. Для изготовления керамического расклинивающего агента составляется шихта, представляющая собой смесь предварительно обожженного серпентинита и кварцевого песка.The invention "Ceramic proppant" according to RF patent 2744130 is known from the prior art, the technical task of which is to reduce the water absorption of a ceramic proppant by optimizing the ratio of crystalline phases to ensure a minimum number of microcracks formed on the proppant surface. For the manufacture of a ceramic proppant, a charge is made, which is a mixture of pre-baked serpentinite and quartz sand.
Недостатком вышеуказанных изобретений является повышенное водопоглощение проппанта. Вероятно, это связано с тем, что на поверхности обожженного проппанта сохраняется некоторое количество остаточных микротрещин.The disadvantage of the above inventions is the increased water absorption of the proppant. This is probably due to the fact that a certain amount of residual microcracks remain on the surface of the fired proppant.
Наиболее близким аналогом является изобретение «Сырьевая шихта для изготовления магнезиально-кварцевого проппанта» по патенту РФ 2646910, содержащая измельченную смесь предварительно обожженного магнийсиликатного компонента с кремнеземистым компонентом. Шихта содержит 17-34 масс. % MgO, а кремнеземистый компонент представляет собой отходы обогащения натрий-калиевого полевого шпата Малышевского рудоуправления со следующим усредненным химическим составом, масс. % в пересчете на прокаленное вещество: SiO2 - 84, Al2O3 - 9, MgO - 0,7, Fe2O3 - 0,5, CaO - 0,3, K2O - 3,5, Na2O - 2, а магнийсиликатный компонент представляет собой серпентинит, или дунит, или оливинит. Отходы обогащения натрий-калиевого полевого шпата Малышевского рудоуправления представляют собой высококремнеземистое сырье, содержащее оксид алюминия, представленный в материале легкоплавкими алюмосиликатами натрия/калия (остатки натрий-калиевого полевого шпата).The closest analogue is the invention "Raw charge for the manufacture of magnesia-quartz proppant" according to RF patent 2646910, containing a crushed mixture of pre-baked magnesium silicate component with a silica component. The mixture contains 17-34 wt. % MgO, and the siliceous component is a waste from the enrichment of sodium-potassium feldspar of the Malyshevskoye mine administration with the following average chemical composition, wt. % in terms of the calcined substance: SiO 2 - 84, Al 2 O 3 - 9, MgO - 0.7, Fe 2 O 3 - 0.5, CaO - 0.3, K 2 O - 3.5, Na 2 O - 2, and the magnesium silicate component is serpentinite, or dunite, or olivinite. Wastes from the enrichment of sodium-potassium feldspar of the Malyshevskoye Mining Administration are high-silica raw materials containing aluminum oxide, represented in the material by low-melting sodium/potassium aluminosilicates (remains of sodium-potassium feldspar).
Недостатком данного изобретения является повышенное водопоглощение проппанта. По всей вероятности это связано с присутствием в материале значительного количества K2O, увеличивающего вязкость аморфной (жидкой) фазы, образующейся во время обжига проппанта. Вязкий расплав, имея низкую подвижность, в недостаточной степени заполняет присутствующие в гранулах проппанта поры и микротрещины.The disadvantage of this invention is the increased water absorption of the proppant. In all likelihood, this is due to the presence of a significant amount of K 2 O in the material, which increases the viscosity of the amorphous (liquid) phase formed during proppant firing. The viscous melt, having low mobility, does not sufficiently fill the pores and microcracks present in the proppant granules.
Авторы заявленной группы изобретений провели эксперимент по определению водопоглощения проппанта, полученного из шихты по патенту РФ 2646910. Результат определения водопоглощения отражен во 2 сроке таблицы.The authors of the claimed group of inventions conducted an experiment to determine the water absorption of the proppant obtained from the mixture according to the patent of the Russian Federation 2646910. The result of determining the water absorption is reflected in the 2nd period of the table.
Технической задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является снижение водопоглощения керамического проппанта.The technical problem to be solved by the claimed invention is to reduce the water absorption of ceramic proppant.
Указанная задача решается тем, что шихта для изготовления керамического проппанта, содержащая 17-35 масс. % MgO, состоит из магнийсиликатного компонента и кварца, причем шихта дополнительно содержит альбит при следующем соотношении компонентов, масс. %:This problem is solved by the fact that the mixture for the manufacture of ceramic proppant, containing 17-35 wt. % MgO, consists of a magnesium silicate component and quartz, and the mixture additionally contains albite in the following ratio of components, wt. %:
Керамический проппант характеризуется тем, что получен из указанной шихты.Ceramic proppant is characterized by the fact that it is obtained from the specified charge.
Альбит, используемый в качестве одного из компонентов шихты, является одним из наиболее распространенных породообразующих минералов группы полевых шпатов. Среди полевых шпатов различают кальциевые, натриевые, калиевые и натрий - калиевые. Минералы являются легкоплавкими материалами и могут быть использованы в качестве добавок в шихту для изготовления керамики с целью снижения температуры спекания изделий. Снижение температуры спекания достигается за счет образования при обжиге жидкой фазы, способствующей уплотнению изделий при более низких температурах.Albite, used as one of the charge components, is one of the most common rock-forming minerals of the feldspar group. Among feldspars, calcium, sodium, potassium and sodium-potassium are distinguished. Minerals are fusible materials and can be used as additives in the charge for the manufacture of ceramics in order to reduce the sintering temperature of products. The decrease in the sintering temperature is achieved due to the formation of a liquid phase during firing, which contributes to the compaction of products at lower temperatures.
Альбит относится к алюмосиликатам натрия. Строение природного альбита кристаллическое. Искусственный альбит получают при длительном нагревании смеси, состоящей из оксида алюминия, диоксида кремния и вольфрамата или ванадата натрия. Альбит не имеет конкретной температуры плавления, а постепенно переходит в расплав при 1120-1200°С.Albite belongs to sodium aluminosilicates. The structure of natural albite is crystalline. Artificial albite is obtained by prolonged heating of a mixture consisting of aluminum oxide, silicon dioxide and sodium tungstate or vanadate. Albite does not have a specific melting point, but gradually transforms into a melt at 1120-1200°C.
Расплав альбита имеет значительно меньшую вязкость при высоких температурах, более низкую температуру плавления и более короткий температурный интервал вязкого состояния по сравнению с расплавами калиевых и натрий-калиевых полевых шпатов.The albite melt has a significantly lower viscosity at high temperatures, a lower melting point, and a shorter temperature range of the viscous state compared to melts of potassium and sodium-potassium feldspars.
Авторами экспериментальным путем установлено, что присутствие в составе магнезиально-кварцевой шихты именно альбита-натриевого полевого шпата (состав, масс. %: Na2O - 11,67; Al2O3 - 19,35; SiO2 - 68,98) обеспечивает максимальное закрытие пор и трещин на поверхности гранул проппанта. По всей вероятности это связано с тем, что жидкая фаза, образующаяся в присутствии альбита, обладает пониженной вязкостью. В результате чего во время обжига подвижная жидкая (аморфная фаза) практически полностью залечивает образовавшиеся дефекты. Поскольку во время спекающего обжига поверхность гранул проппанта имеет более высокую температуру, поверхностные дефекты залечиваются более интенсивно, снижая тем самым водопоглощение проппанта.The authors experimentally found that the presence in the composition of the magnesia-quartz charge is precisely albite-sodium feldspar (composition, wt.%: Na 2 O - 11.67; Al 2 O 3 - 19.35; SiO 2 - 68.98) provides maximum closure of pores and cracks on the surface of proppant granules. In all likelihood, this is due to the fact that the liquid phase formed in the presence of albite has a reduced viscosity. As a result, during firing, the mobile liquid (amorphous phase) almost completely heals the formed defects. Since the surface of the proppant pellets is at a higher temperature during the sintering firing, surface defects heal more rapidly, thereby reducing the water absorption of the proppant.
Вместе с тем необходимо подчеркнуть, что по результатам рентгенофазового анализа в обожженном керамическом проппанте альбит не образует самостоятельной кристаллической фазы и полностью переходит в аморфную стеклофазу переменного состава, являющуюся продуктом взаимодействия диоксида кремния, расплавленного альбита и стеклообразующих примесей присутствующих в используемом магнийсиликате.At the same time, it should be emphasized that, according to the results of X-ray phase analysis, albite does not form an independent crystalline phase in the fired ceramic proppant and completely transforms into an amorphous glass phase of variable composition, which is the product of the interaction of silicon dioxide, molten albite and glass-forming impurities present in the used magnesium silicate.
Для получения проппанта средней плотности, как правило, используют шихту, содержащую 17-35 масс. % MgO. Традиционно подготовка исходной шихты для изготовления магнийсиликатных проппантов производится путем смешивания нетермообработанного и/или термообработанного при температуре 750-1450°С природного магнийсиликата (серпентинита, дунита, оливинита, форстерита и пр.) и кварцсодержащего компонента (кварца, кварцита, кварцевого песка, кварцполевошпатного песка и т.д.). Последующего измельчения смеси до фракции менее 100 мкм. Далее полученная шихта подается на грануляцию. Гранулированный проппант - сырец подвергается высокотемпературному обжигу, который производится для максимального уплотнения керамики и оптимизации ее химического и фазового состава. При этом состав шихты является одним из определяющих факторов для получения проппанта с заданными техническими характеристиками.To obtain a proppant of medium density, as a rule, a mixture containing 17-35 wt. % MgO. Traditionally, the preparation of the initial charge for the manufacture of magnesium silicate proppants is carried out by mixing non-heat-treated and / or heat-treated at a temperature of 750-1450 ° C natural magnesium silicate (serpentinite, dunite, olivinite, forsterite, etc.) and a quartz-containing component (quartz, quartzite, quartz sand, quartz feldspar sand etc.). Subsequent grinding of the mixture to a fraction of less than 100 microns. Next, the resulting mixture is fed to granulation. Granular proppant - raw material is subjected to high-temperature firing, which is carried out for maximum compaction of ceramics and optimization of its chemical and phase composition. At the same time, the composition of the charge is one of the determining factors for obtaining proppant with specified technical characteristics.
Поскольку природные магнийсиликаты содержат различное количество MgO и SiO2, контроль соотношения магнийсиликата и кварца в шихте рационально вести по содержанию оксида магния. Авторы подтверждают, что в рамках заявляемого изобретения исследовались составы шихты, содержащие 0,1-15 масс. % альбита при содержании MgO в шихте от 17 до 35 масс. %.Since natural magnesium silicates contain different amounts of MgO and SiO 2 , it is rational to control the ratio of magnesium silicate and quartz in the charge according to the content of magnesium oxide. The authors confirm that within the framework of the claimed invention, mixture compositions containing 0.1-15 wt. % albite with MgO content in the charge from 17 to 35 wt. %.
Примеры осуществления заявленной группы изобретений.Examples of implementation of the claimed group of inventions.
Пример 1.Example 1
Шихту с содержанием MgO в пересчете на прокаленное вещество приблизительно 31 масс. % получали путем смешивания 8,5 кг термообработанного при температуре 1150°С серпентинита, 2,489 кг дробленого кварца и 0,011 кг (0,1 масс. %) альбита. Смесь измельчали до фракции менее 40 мкм и гранулировали на лабораторном тарельчатом грануляторе. Полученные гранулы обжигали в лабораторной печи при температуре 1260°С. Аналогичным образом готовили составы шихт с содержанием MgO от 17 до 35 масс. % с различным соотношением серпентинита, кварца и альбита. Полученный гранулированный проппант - сырец обжигали при температурах, достаточных для получения проппанта по прочностным характеристикам соответствующим требованиям ГОСТ Р 54571-2011. Пропанты магнезиально-кварцевые. У обожженных гранул фракции 16/30 меш проводили измерение водопоглощения согласно требованиям ГОСТ 18847-84 «Огнеупоры неформованные сыпучие. Методы определения водопоглощения, кажущейся плотности и открытой пористости зернистых материалов». Характеристики проппанта по приведенному примеру осуществления изобретения приведены в 3 строке таблицы.The mixture with a content of MgO in terms of the calcined substance of approximately 31 wt. % was obtained by mixing 8.5 kg of serpentinite heat-treated at a temperature of 1150 ° C, 2.489 kg of crushed quartz and 0.011 kg (0.1 wt. %) of albite. The mixture was crushed to a fraction of less than 40 μm and granulated on a laboratory plate granulator. The resulting granules were fired in a laboratory oven at a temperature of 1260°C. Mixture compositions with MgO content from 17 to 35 mass % were prepared in a similar way. % with different ratio of serpentinite, quartz and albite. The obtained granular proppant - crude was fired at temperatures sufficient to obtain proppant according to the strength characteristics corresponding to the requirements of GOST R 54571-2011. Magnesium-quartz proppants. For fired granules with a fraction of 16/30 mesh, water absorption was measured in accordance with the requirements of GOST 18847-84 “Unshaped loose refractories. Methods for determining water absorption, apparent density and open porosity of granular materials. Characteristics of the proppant according to the example of the invention are given in the 3rd row of the table.
Пример 2.Example 2
Шихту с содержанием MgO в пересчете на прокаленное вещество приблизительно 28 масс. % получали путем смешивания 5 кг предварительно синтезированного форстерита (2MgO⋅SiO2), 4,2 кг дробленого кварца и 0,8 кг (8 масс. %) альбита. Смесь измельчали до фракции менее 40 мкм и гранулировали на лабораторном тарельчатом грануляторе. Полученные гранулы обжигали в лабораторной печи при температуре 1260°С. Полученный гранулированный проппант - сырец обжигали при температурах, достаточных для получения проппанта по прочностным характеристикам соответствующим требованиям ГОСТ Р 54571-2011. Пропанты магнезиально-кварцевые. У обожженных гранул фракции 16/30 меш проводили измерение водопоглощения согласно требованиям ГОСТ 18847-84 «Огнеупоры неформованные сыпучие. Методы определения водопоглощения, кажущейся плотности и открытой пористости зернистых материалов». Характеристики проппанта по приведенному примеру осуществления изобретения приведены в 7 строке таблицы.The mixture with a content of MgO in terms of the calcined substance of approximately 28 wt. % was obtained by mixing 5 kg of pre-synthesized forsterite (2MgO⋅SiO 2 ), 4.2 kg of crushed quartz and 0.8 kg (8 wt.%) albite. The mixture was crushed to a fraction of less than 40 μm and granulated on a laboratory plate granulator. The resulting granules were fired in a laboratory oven at a temperature of 1260°C. The obtained granular proppant - crude was fired at temperatures sufficient to obtain proppant according to the strength characteristics corresponding to the requirements of GOST R 54571-2011. Magnesium-quartz proppants. For fired granules with a fraction of 16/30 mesh, water absorption was measured in accordance with the requirements of GOST 18847-84 “Unshaped loose refractories. Methods for determining water absorption, apparent density and open porosity of granular materials. Characteristics of the proppant according to the example of the invention are given in the 7th row of the table.
Пример 3.Example 3
Шихту с содержанием MgO в пересчете на прокаленное вещество приблизительно 28 масс. % получали путем смешивания 4 кг предварительно синтезированного форстерита (2MgO⋅SiO2), 1 кг нетермообработанного (ПМПП ≈ 10 масс. %) антигорита (Mg6(Si4O10)(OH)8) Горнощитского месторождения (РФ, Свердловская обл.), 4,2 кг дробленого кварца и 0,8 кг (8 масс. %) альбита. Смесь измельчали до фракции менее 40 мкм и гранулировали на лабораторном тарельчатом грануляторе. Полученные гранулы обжигали в лабораторной печи при температуре 1260°С. Полученный гранулированный проппант - сырец обжигали при температурах, достаточных для получения проппанта по прочностным характеристикам соответствующим требованиям ГОСТ Р 54571-2011. Пропанты магнезиально-кварцевые. У обожженных гранул фракции 16/30 меш проводили измерение водопоглощения согласно требованиям ГОСТ 18847-84 «Огнеупоры неформованные сыпучие. Методы определения водопоглощения, кажущейся плотности и открытой пористости зернистых материалов». Характеристики проппанта по приведенному примеру осуществления изобретения приведены в 8 строке таблицы.The mixture with a content of MgO in terms of the calcined substance of approximately 28 wt. % was obtained by mixing 4 kg of pre-synthesized forsterite (2MgO⋅SiO 2 ), 1 kg of non-heat-treated (PMPP ≈ 10 wt.%) antigorite (Mg 6 (Si 4 O 10 )(OH) 8 ) Gornoshchitskoe deposit (RF, Sverdlovsk region. ), 4.2 kg of crushed quartz and 0.8 kg (8 wt. %) of albite. The mixture was crushed to a fraction of less than 40 μm and granulated on a laboratory plate granulator. The resulting granules were fired in a laboratory oven at a temperature of 1260°C. The obtained granular proppant - crude was fired at temperatures sufficient to obtain proppant according to the strength characteristics corresponding to the requirements of GOST R 54571-2011. Magnesium-quartz proppants. For fired granules with a fraction of 16/30 mesh, water absorption was measured in accordance with the requirements of GOST 18847-84 “Unshaped loose refractories. Methods for determining water absorption, apparent density and open porosity of granular materials. Characteristics of the proppant according to the example of the invention are given in the 8th row of the table.
Анализ данных таблицы показывает, что заявляемая шихта позволяет получать керамический проппант, обладающий более низким водопоглощением в сравнении с известными техническими решениями.Analysis of the data in the table shows that the claimed charge allows to obtain a ceramic proppant having a lower water absorption in comparison with known technical solutions.
Claims (3)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2781688C1 true RU2781688C1 (en) | 2022-10-17 |
Family
ID=
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6753299B2 (en) * | 2001-11-09 | 2004-06-22 | Badger Mining Corporation | Composite silica proppant material |
| CN1330603C (en) * | 2005-06-23 | 2007-08-08 | 青岛科技大学 | Daily used reinforced ceramic and its preparation process |
| RU2491254C1 (en) * | 2012-03-27 | 2013-08-27 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Форэс" | Method of processing scrap of refractory, construction and ceramic materials for production of ceramic balls and ceramic ball |
| RU2513792C1 (en) * | 2012-11-29 | 2014-04-20 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Форэс" | Method for manufacturing of light-weight high-silica magnesium-containing proppant for production of shale hydrocarbons |
| RU2617853C1 (en) * | 2016-01-11 | 2017-04-28 | Сергей Фёдорович Шмотьев | Method for manufacturing magnetic-quartz raw material charge used in production of proppants |
| CN107619268A (en) * | 2017-10-22 | 2018-01-23 | 长沙秋点兵信息科技有限公司 | A kind of porcelain formula and processing technology |
| RU2646910C1 (en) * | 2017-02-16 | 2018-03-12 | Сергей Фёдорович Шмотьев | Raw batch for magnesian-quartz proppant production |
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6753299B2 (en) * | 2001-11-09 | 2004-06-22 | Badger Mining Corporation | Composite silica proppant material |
| CN1330603C (en) * | 2005-06-23 | 2007-08-08 | 青岛科技大学 | Daily used reinforced ceramic and its preparation process |
| RU2491254C1 (en) * | 2012-03-27 | 2013-08-27 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Форэс" | Method of processing scrap of refractory, construction and ceramic materials for production of ceramic balls and ceramic ball |
| RU2513792C1 (en) * | 2012-11-29 | 2014-04-20 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Форэс" | Method for manufacturing of light-weight high-silica magnesium-containing proppant for production of shale hydrocarbons |
| RU2617853C1 (en) * | 2016-01-11 | 2017-04-28 | Сергей Фёдорович Шмотьев | Method for manufacturing magnetic-quartz raw material charge used in production of proppants |
| RU2646910C1 (en) * | 2017-02-16 | 2018-03-12 | Сергей Фёдорович Шмотьев | Raw batch for magnesian-quartz proppant production |
| CN107619268A (en) * | 2017-10-22 | 2018-01-23 | 长沙秋点兵信息科技有限公司 | A kind of porcelain formula and processing technology |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US7648934B2 (en) | Precursor compositions for ceramic products | |
| US4668645A (en) | Sintered low density gas and oil well proppants from a low cost unblended clay material of selected composition | |
| RU2446200C1 (en) | Manufacturing method of light-weight siliceous proppant, and proppant | |
| RU2742891C2 (en) | Method for producing medium-density magnesium silicate proppant and proppant | |
| RU2445339C1 (en) | Manufacturing method of siliceous proppant, and proppant | |
| US7521389B2 (en) | Ceramic proppant with low specific weight | |
| CN108603102B (en) | Ceramic proppant and its production method | |
| RU2513792C1 (en) | Method for manufacturing of light-weight high-silica magnesium-containing proppant for production of shale hydrocarbons | |
| 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 | |
| RU2425084C1 (en) | Method of preparing lightweight proppant and proppant | |
| RU2588634C9 (en) | Method of producing ceramic proppant (versions) | |
| RU2394063C1 (en) | Procedure for production of propping agent out of alumina containing raw material | |
| US20170275209A1 (en) | Addition of mineral-containing slurry for proppant formation | |
| RU2619603C1 (en) | Proppant and method of proppant production | |
| Vakalova et al. | Phase formation, structure and properties of light-weight aluminosilicate proppants based on clay-diabase and clay-granite binary mixes | |
| RU2739180C1 (en) | Method of producing magnesium silicate proppant and proppant | |
| RU2781688C1 (en) | Charge for the manufacture of ceramic proppant and proppant | |
| RU2668599C1 (en) | Composite ceramic mixture | |
| EA043708B1 (en) | BARCH FOR THE PRODUCTION OF CERAMIC PROPPANT AND PROPPANT | |
| Vakalova et al. | Alumosilicate ceramic proppants based on natural refractory raw materials | |
| RU2728300C1 (en) | Method for production of raw proppant from natural magnesium silicate raw material | |
| RU2653200C1 (en) | Feed for manufacturing of light-proof silicon proppant and proppant | |
| RU2646910C1 (en) | Raw batch for magnesian-quartz proppant production |