RU2783399C1 - Method for obtaining proppant - Google Patents
Method for obtaining proppant Download PDFInfo
- Publication number
- RU2783399C1 RU2783399C1 RU2021136732A RU2021136732A RU2783399C1 RU 2783399 C1 RU2783399 C1 RU 2783399C1 RU 2021136732 A RU2021136732 A RU 2021136732A RU 2021136732 A RU2021136732 A RU 2021136732A RU 2783399 C1 RU2783399 C1 RU 2783399C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- proppant
- granules
- feedstock
- bauxite
- amount
- Prior art date
Links
- 239000008187 granular material Substances 0.000 claims abstract description 62
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 58
- 229910001570 bauxite Inorganic materials 0.000 claims abstract description 47
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 claims abstract description 31
- 239000010881 fly ash Substances 0.000 claims abstract description 29
- 239000002956 ash Substances 0.000 claims abstract description 25
- 239000000654 additive Substances 0.000 claims abstract description 24
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims abstract description 22
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 16
- 238000005469 granulation Methods 0.000 claims abstract description 15
- 230000003179 granulation Effects 0.000 claims abstract description 15
- 238000000227 grinding Methods 0.000 claims abstract description 14
- 238000005253 cladding Methods 0.000 claims abstract description 12
- 239000002699 waste material Substances 0.000 claims abstract description 8
- 239000002131 composite material Substances 0.000 claims abstract description 7
- 239000002893 slag Substances 0.000 claims abstract description 7
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims abstract description 5
- 238000010304 firing Methods 0.000 claims abstract description 5
- 238000007873 sieving Methods 0.000 claims abstract 3
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 25
- CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N magnesium oxide Chemical compound [Mg]=O CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 21
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims description 19
- 229920005989 resin Polymers 0.000 claims description 17
- 239000011347 resin Substances 0.000 claims description 17
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 16
- XPFVYQJUAUNWIW-UHFFFAOYSA-N Furfuryl alcohol Chemical compound OCC1=CC=CO1 XPFVYQJUAUNWIW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 14
- 239000004372 Polyvinyl alcohol Substances 0.000 claims description 12
- 229920002451 polyvinyl alcohol Polymers 0.000 claims description 12
- 239000000395 magnesium oxide Substances 0.000 claims description 11
- 230000000996 additive Effects 0.000 claims description 9
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 claims description 9
- 239000003921 oil Substances 0.000 claims description 9
- 229920001568 phenolic resin Polymers 0.000 claims description 9
- 239000011651 chromium Substances 0.000 claims description 8
- 239000003822 epoxy resin Substances 0.000 claims description 7
- 229920000647 polyepoxide Polymers 0.000 claims description 7
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 claims description 6
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 239000011707 mineral Substances 0.000 claims description 6
- 229920003987 resole Polymers 0.000 claims description 6
- 239000011734 sodium Substances 0.000 claims description 6
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims description 5
- -1 melamine aldehyde Chemical class 0.000 claims description 5
- 229920003986 novolac Polymers 0.000 claims description 5
- 229920000728 polyester Polymers 0.000 claims description 5
- 239000004814 polyurethane Substances 0.000 claims description 5
- 229920002635 polyurethane Polymers 0.000 claims description 5
- TZCXTZWJZNENPQ-UHFFFAOYSA-L Barium sulfate Chemical compound [Ba+2].[O-]S([O-])(=O)=O TZCXTZWJZNENPQ-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 4
- 229920000877 Melamine resin Polymers 0.000 claims description 4
- 229910052788 barium Inorganic materials 0.000 claims description 4
- DSAJWYNOEDNPEQ-UHFFFAOYSA-N barium(0) Chemical compound [Ba] DSAJWYNOEDNPEQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N calcium Chemical compound [Ca] OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229910052791 calcium Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000011575 calcium Substances 0.000 claims description 4
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 claims description 4
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 claims description 4
- QYKIQEUNHZKYBP-UHFFFAOYSA-N vinyl ether Chemical class C=COC=C QYKIQEUNHZKYBP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N zinc Chemical compound [Zn] HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 239000011701 zinc Substances 0.000 claims description 4
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000005011 phenolic resin Substances 0.000 claims description 3
- 150000004756 silanes Chemical class 0.000 claims description 3
- LNAZSHAWQACDHT-XIYTZBAFSA-N (2R,3R,4S,5R,6S)-4,5-dimethoxy-2-(methoxymethyl)-3-[(2S,3R,4S,5R,6R)-3,4,5-trimethoxy-6-(methoxymethyl)oxan-2-yl]oxy-6-[(2R,3R,4S,5R,6R)-4,5,6-trimethoxy-2-(methoxymethyl)oxan-3-yl]oxyoxane Chemical compound CO[C@@H]1[C@@H](OC)[C@H](OC)[C@@H](COC)O[C@H]1O[C@H]1[C@H](OC)[C@@H](OC)[C@H](O[C@H]2[C@@H]([C@@H](OC)[C@H](OC)O[C@@H]2COC)OC)O[C@@H]1COC LNAZSHAWQACDHT-XIYTZBAFSA-N 0.000 claims description 2
- 229920002134 Carboxymethyl cellulose Polymers 0.000 claims description 2
- KKCBUQHMOMHUOY-UHFFFAOYSA-N Sodium oxide Chemical compound [O-2].[Na+].[Na+] KKCBUQHMOMHUOY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 239000001768 carboxy methyl cellulose Substances 0.000 claims description 2
- 235000010948 carboxy methyl cellulose Nutrition 0.000 claims description 2
- 239000008112 carboxymethyl-cellulose Substances 0.000 claims description 2
- 229910000423 chromium oxide Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000007822 coupling agent Substances 0.000 claims description 2
- 229920000609 methyl cellulose Polymers 0.000 claims description 2
- 239000001923 methylcellulose Substances 0.000 claims description 2
- 229910001948 sodium oxide Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 7
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 5
- 238000000605 extraction Methods 0.000 abstract 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 18
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 17
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 16
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 16
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 15
- 238000005245 sintering Methods 0.000 description 13
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 12
- 238000005755 formation reaction Methods 0.000 description 12
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 12
- 235000019422 polyvinyl alcohol Nutrition 0.000 description 11
- 238000007792 addition Methods 0.000 description 10
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- 239000003245 coal Substances 0.000 description 10
- 239000000047 product Substances 0.000 description 9
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 9
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 9
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 8
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- URZHQOCYXDNFGN-UHFFFAOYSA-N 2,4,6-trimethyl-2,4,6-tris(3,3,3-trifluoropropyl)-1,3,5,2,4,6-trioxatrisilinane Chemical compound FC(F)(F)CC[Si]1(C)O[Si](C)(CCC(F)(F)F)O[Si](C)(CCC(F)(F)F)O1 URZHQOCYXDNFGN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 229910000323 aluminium silicate Inorganic materials 0.000 description 7
- 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 7
- 238000000034 method Methods 0.000 description 7
- 239000004576 sand Substances 0.000 description 7
- 241000196324 Embryophyta Species 0.000 description 6
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 6
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 6
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 5
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 5
- 239000008188 pellet Substances 0.000 description 5
- 235000006085 Vigna mungo var mungo Nutrition 0.000 description 4
- 240000005616 Vigna mungo var. mungo Species 0.000 description 4
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 4
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 4
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 4
- 239000004615 ingredient Substances 0.000 description 4
- 230000035699 permeability Effects 0.000 description 4
- KWYUFKZDYYNOTN-UHFFFAOYSA-M potassium hydroxide Inorganic materials [OH-].[K+] KWYUFKZDYYNOTN-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 4
- 229910052904 quartz Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 4
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 description 4
- WYTZZXDRDKSJID-UHFFFAOYSA-N (3-Aminopropyl)triethoxysilane Chemical compound CCO[Si](OCC)(OCC)CCCN WYTZZXDRDKSJID-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- DVARTQFDIMZBAA-UHFFFAOYSA-O Ammonium nitrate Chemical compound [NH4+].[O-][N+]([O-])=O DVARTQFDIMZBAA-UHFFFAOYSA-O 0.000 description 3
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 3
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminum Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- ODINCKMPIJJUCX-UHFFFAOYSA-N calcium monoxide Chemical compound [Ca]=O ODINCKMPIJJUCX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 3
- 238000001125 extrusion Methods 0.000 description 3
- 239000012467 final product Substances 0.000 description 3
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 3
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 3
- BLRPTPMANUNPDV-UHFFFAOYSA-N silane Chemical compound [SiH4] BLRPTPMANUNPDV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910000077 silane Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000005507 spraying Methods 0.000 description 3
- KXGFMDJXCMQABM-UHFFFAOYSA-N 2-methoxy-6-methylphenol Chemical compound [CH]OC1=CC=CC([CH])=C1O KXGFMDJXCMQABM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N AI2O3 Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000001354 calcination Methods 0.000 description 2
- 239000011247 coating layer Substances 0.000 description 2
- RTZKZFJDLAIYFH-UHFFFAOYSA-N diethyl ether Chemical compound CCOCC RTZKZFJDLAIYFH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000000428 dust Substances 0.000 description 2
- WSFSSNUMVMOOMR-UHFFFAOYSA-N formaldehyde Chemical compound O=C WSFSSNUMVMOOMR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 125000002887 hydroxy group Chemical group [H]O* 0.000 description 2
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 2
- UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N iron oxide Chemical compound [Fe]=O UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910000460 iron oxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 2
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 2
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 2
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 2
- 239000002002 slurry Substances 0.000 description 2
- KEAYESYHFKHZAL-UHFFFAOYSA-N sodium Chemical compound [Na] KEAYESYHFKHZAL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052708 sodium Inorganic materials 0.000 description 2
- CDBYLPFSWZWCQE-UHFFFAOYSA-L sodium carbonate Chemical compound [Na+].[Na+].[O-]C([O-])=O CDBYLPFSWZWCQE-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 2
- 239000011780 sodium chloride Substances 0.000 description 2
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N zinc monoxide Chemical compound [Zn]=O XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- WNROFYMDJYEPJX-UHFFFAOYSA-K Aluminium hydroxide Chemical compound [OH-].[OH-].[OH-].[Al+3] WNROFYMDJYEPJX-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 1
- 235000002918 Fraxinus excelsior Nutrition 0.000 description 1
- VKYKSIONXSXAKP-UHFFFAOYSA-N Hexamethylenetetramine Chemical compound C1N(C2)CN3CN1CN2C3 VKYKSIONXSXAKP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229960004011 Methenamine Drugs 0.000 description 1
- 229920001730 Moisture cure polyurethane Polymers 0.000 description 1
- 239000004743 Polypropylene Substances 0.000 description 1
- 239000011398 Portland cement Substances 0.000 description 1
- 229910010413 TiO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229920001567 Vinyl ester Polymers 0.000 description 1
- SKSIVTKFQMBQLL-UHFFFAOYSA-N [Sn].CCCCCCCCCCCC(=O)OCCCC.CCCCCCCCCCCC(=O)OCCCC Chemical compound [Sn].CCCCCCCCCCCC(=O)OCCCC.CCCCCCCCCCCC(=O)OCCCC SKSIVTKFQMBQLL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 1
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 1
- 239000008186 active pharmaceutical agent Substances 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 238000009933 burial Methods 0.000 description 1
- 239000000292 calcium oxide Substances 0.000 description 1
- 239000004359 castor oil Substances 0.000 description 1
- 235000019438 castor oil Nutrition 0.000 description 1
- 239000004568 cement Substances 0.000 description 1
- 239000007795 chemical reaction product Substances 0.000 description 1
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 1
- 239000004927 clay Substances 0.000 description 1
- 229910052570 clay Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 1
- 239000007931 coated granule Substances 0.000 description 1
- 239000008199 coating composition Substances 0.000 description 1
- 238000005056 compaction Methods 0.000 description 1
- 239000004567 concrete Substances 0.000 description 1
- 238000003379 elimination reaction Methods 0.000 description 1
- 239000003995 emulsifying agent Substances 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 1
- 239000010419 fine particle Substances 0.000 description 1
- 239000003546 flue gas Substances 0.000 description 1
- SLGWESQGEUXWJQ-UHFFFAOYSA-N formaldehyde;phenol Chemical compound O=C.OC1=CC=CC=C1 SLGWESQGEUXWJQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 239000004312 hexamethylene tetramine Substances 0.000 description 1
- 235000010299 hexamethylene tetramine Nutrition 0.000 description 1
- 239000011229 interlayer Substances 0.000 description 1
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N iron Substances [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 235000010981 methylcellulose Nutrition 0.000 description 1
- 239000003607 modifier Substances 0.000 description 1
- ISWSIDIOOBJBQZ-UHFFFAOYSA-N phenol Chemical compound OC1=CC=CC=C1 ISWSIDIOOBJBQZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920005906 polyester polyol Polymers 0.000 description 1
- 229920005862 polyol Polymers 0.000 description 1
- 150000003077 polyols Chemical class 0.000 description 1
- 229920001155 polypropylene Polymers 0.000 description 1
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 1
- 230000002028 premature Effects 0.000 description 1
- 238000010791 quenching Methods 0.000 description 1
- 230000000171 quenching Effects 0.000 description 1
- 238000004064 recycling Methods 0.000 description 1
- 239000011435 rock Substances 0.000 description 1
- 239000001187 sodium carbonate Substances 0.000 description 1
- 229910000029 sodium carbonate Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000007779 soft material Substances 0.000 description 1
- 239000007921 spray Substances 0.000 description 1
- 239000007858 starting material Substances 0.000 description 1
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 description 1
- 239000004094 surface-active agent Substances 0.000 description 1
- AYEKOFBPNLCAJY-UHFFFAOYSA-O thiamine pyrophosphate Chemical compound CC1=C(CCOP(O)(=O)OP(O)(O)=O)SC=[N+]1CC1=CN=C(C)N=C1N AYEKOFBPNLCAJY-UHFFFAOYSA-O 0.000 description 1
- 235000008170 thiamine pyrophosphate Nutrition 0.000 description 1
- 239000004408 titanium dioxide Substances 0.000 description 1
- 125000000391 vinyl group Chemical group [H]C([*])=C([H])[H] 0.000 description 1
- 239000003232 water-soluble binding agent Substances 0.000 description 1
Abstract
Description
Область техникиTechnical field
Изобретение относится к нефтегазовой промышленности, а именно, к способу производства проппанта, используемого в качестве расклинивающего агента при добыче нефти и газа методом гидравлического разрыва пласта (ГРП).The invention relates to the oil and gas industry, namely, to a method for the production of proppant used as a proppant in oil and gas production by hydraulic fracturing (HF).
Уровень техникиState of the art
Гидравлический разрыв пласта (ГРП) - процесс, при котором давление жидкости воздействует непосредственно на породу пласта вплоть до ее разрушения и возникновения трещины. Назначение гидравлического разрыва пласта заключается в следующем:Hydraulic fracturing (HF) is a process in which fluid pressure acts directly on the formation rock until it is destroyed and a crack occurs. The purpose of hydraulic fracturing is as follows:
1) увеличение производительности добывающих и приемистости нагнетательных скважин;1) increase in the productivity of producing and injectivity of injection wells;
2) повышение нефтеотдачи пластов из добывающих скважин, восстановление рабочих характеристик, невосстановимых традиционными методами;2) enhanced oil recovery from production wells, restoration of performance characteristics that are unrecoverable by traditional methods;
3) метод разработки нефтяных и газовых месторождений.3) method of development of oil and gas fields.
В результате ГРП кратно повышается дебит добывающих или приемистость нагнетательных скважин за счет снижения гидравлических сопротивлений в призабойной зоне и увеличения фильтрационной поверхности скважины, а также увеличивается конечная нефтеотдача за счет приобщения к выработке слабо дренируемых зон и пропластков. Сущность гидравлического разрыва пласта состоит в образовании и расширении в пласте трещин при создании высоких давлений на забое скважины жидкостью, закачиваемой в скважину. В образовавшиеся трещины нагнетают отсортированный крупнозернистый песок или проппант, роль которых состоит в том, чтобы не дать трещине сомкнуться после снятия давления.As a result of hydraulic fracturing, the flow rate of production wells or the injectivity of injection wells increases manifold due to a decrease in hydraulic resistance in the bottomhole zone and an increase in the filtration surface of the well, as well as an increase in the final oil recovery due to the inclusion of poorly drained zones and interlayers in the development. The essence of hydraulic fracturing is the formation and expansion of cracks in the formation when high pressures are created at the bottom of the well by the fluid pumped into the well. Screened coarse sand or proppant is injected into the fractures formed, the role of which is to prevent the fracture from closing after the pressure is released.
Одним из первых расклинивающих агентов был просеянный речной песок. Он содержал какое-то количество слишком больших частиц, которые не проходили в трещину. Это служило причиной образования мостов в скважине, подземных инструментах и в самой трещине. Из-за образования мостов происходит «стоп», в результате чего создается трещина меньшего размера, приходится заканчивать операцию по разрыву и нести дополнительные затраты на очистку ствола скважины от пропанта.One of the first proppants was screened river sand. It contained some too large particles that did not pass into the crack. This caused the formation of bridges in the well, underground tools and in the fracture itself. Due to the formation of bridges, a “stop” occurs, as a result of which a smaller fracture is created, it is necessary to complete the fracturing operation and incur additional costs for cleaning the wellbore from proppant.
Современные материалы, используемые для закрепления трещин, можно разделить на два вида - кварцевые пески и синтетические проппанты средней и высокой прочности. В РФ производятся и применяются керамические проппанты двух видов - магнезиально-кварцевые (ГОСТ Р 54571-2011) и алюмосиликатные (ГОСТ - Р 51761-2013). Применяемый в настоящее время песок и другие виды расклинивающих агентов имеют менее угловатую поверхность и более точно классифицируются по размеру.Modern materials used for fixing fractures can be divided into two types - quartz sands and synthetic proppants of medium and high strength. Two types of ceramic proppants are produced and used in the Russian Federation - magnesia-quartz (GOST R 54571-2011) and aluminosilicate (GOST - R 51761-2013). Currently used sand and other types of proppants have a less angular surface and are more accurately classified by size.
Применяемые в настоящее время проппанты по прочности можно разделить на следующие группы:The currently used proppants can be divided into the following groups according to their strength:
- кварцевые пески (плотность до 2,65 г/см3),- quartz sands (density up to 2.65 g/ cm3 ),
- синтетические проппанты средней прочности (плотность 2,7-3,3 г/см3),- synthetic medium-strength proppants (density 2.7-3.3 g/cm 3 ),
- синтетические проппанты высокой прочности (плотность 3,2-3,8 г/см3). Высокая прочность пропанта обеспечивает сохранение трещины открытой длительное время. По глубине скважин проппанты имеют следующие области применения: кварцевые пески - до 2500 м; проппанты средней прочности - до 3500 м; проппанты высокой прочности - свыше 3500 м. С увеличением размера гранул увеличивается проницаемость упаковки пропанта, но снижается прочность и возникают проблемы с переносом пропанта вдоль трещины.- high-strength synthetic proppants (density 3.2-3.8 g/cm 3 ). The high strength of the proppant ensures that the fracture remains open for a long time. According to the depth of wells, proppants have the following areas of application: quartz sands - up to 2500 m; medium strength proppants - up to 3500 m; high-strength proppants - over 3500 m. With an increase in the size of the granules, the permeability of the proppant pack increases, but the strength decreases and problems arise with proppant transfer along the fracture.
Пропант предназначен для предотвращения смыкания трещины после окончания закачивания. Пропант добавляется к жидкости глушения и закачивается вместе с ней. Главный фактор, влияющий на конечный результат операции по разрыву - это сохранение хорошо раскрытой трещины. Для того, чтобы поддержать проницаемость созданную путем расклинивания применяется расклинивающий агент. Расклинивающий агент должен обеспечивать и поддерживать проход с высокой проницаемостью для потока жидкости по направлению к стволу скважины.The proppant is designed to prevent fracture closure after completion of injection. The proppant is added to the kill fluid and pumped along with it. The main factor influencing the final result of a fracturing operation is the maintenance of a well-opened fracture. In order to maintain the permeability created by wedging, a proppant is applied. The proppant must provide and maintain a high permeability passage for fluid flow towards the wellbore.
Существующие технологии производства керамических проппантов имеют два главных ограничения: экономическое - высокая цена и техническое - высокая плотность. Оба эти фактора негативно влияют на себестоимость операций ГРП и ограничивают возможности повышения эффективности нефтедобычи для заказчика.The existing technologies for the production of ceramic proppants have two main limitations: economic - high price and technical - high density. Both of these factors negatively affect the cost of hydraulic fracturing operations and limit the customer's ability to increase the efficiency of oil production.
Желательно, чтобы такие проппанты обладали высоким уровнем сопротивления раздавливанию (разрушение под воздействием пластового давления смыкания может приводить к засорению трещин) и иметь относительно низкий удельный вес (для легкой транспортировки в трещины посредствам текучей среды, закачиваемой в скважину). Эти два свойства противоречат друг другу, поскольку увеличение сопротивления раздавливанию обычно приводит к тому, что материал является более плотным.Desirably, such proppants have a high level of crush resistance (breaking under formation closure pressure can lead to plugging of fractures) and have a relatively low specific gravity (for easy transport into fractures by the fluid injected into the well). These two properties are in conflict, as an increase in crush resistance generally results in a material that is denser.
Поскольку проппанты, как правило, продают по весу, а не по объему, материал, имеющий более низкую относительную плотность, будет фактически иметь более низкую эффективную стоимость для пользователя, даже если он продается по той же цене за тонну.Because proppants are typically sold by weight rather than volume, material having a lower relative density will actually have a lower effective cost to the user, even if it is sold at the same price per ton.
Также желательно, чтобы частицы расклинивающего наполнителя были относительно круглыми и сферичными для максимизации промежутков между частицами проппанта для увеличения проводимости коллектора. В зависимости от качества расклинивающего материала, дробление гранул может привести к образованию очень мелких частиц, которые будут блокировать поровое пространство, снижая проницаемость проппантной пачки. Соответственно, желательно, чтобы, когда гранулы разрушались, осколки были бы крупными, а не превращались в порошок и не мигрировали по коллектору, создавая непроницаемые пробки.It is also desirable that the proppant particles be relatively round and spherical to maximize spacing between proppant particles to increase reservoir conductivity. Depending on the quality of the proppant, crushing the granules can produce very small particles that will block the pore space, reducing the permeability of the proppant pack. Accordingly, it is desirable that when the granules are broken, the fragments would be large, and not pulverize and migrate through the collector, creating impermeable plugs.
Таким образом, в настоящее время актуальной проблемой является создание проппантов с оптимальными физико-механическими и экономическими характеристиками.Thus, at present, the actual problem is the creation of proppants with optimal physical, mechanical and economic characteristics.
Известны способы создания проппанта с использованием золы от сжигания бурых или каменных углей в качестве исходного сырья. В патенте RU 2098618 описан способ, в котором в смесь, кроме золы от сжигания бурых и каменных углей добавляют один или более компоненты, выбранные из ряда, содержащего оксиды натрия, магния, кальция, бария, цинка, хрома, алюминия или соли этих металлов или минералы, образующие при термообработке указанные оксиды.Known methods of creating proppant using ash from the combustion of brown or hard coal as a feedstock. In patent RU 2098618, a method is described in which, in addition to ash from the combustion of brown and hard coals, one or more components are added to the mixture, 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.
Также существуют различные способы получения гранул: грануляцией исходного сырья, экструзией с последующим окутыванием, распылением суспензии в сушильном барабане или в кипящем слое, распыление расплава оксида металлов с последующей их закалкой и др. При получении гранул экструзией исходный материал тщательно измельчают для обеспечения лучшего процесса спекания и придания проплату максимальной прочности (патент ЕР 2407524).There are also various ways to obtain granules: raw material granulation, extrusion followed by wrapping, suspension spraying in a drying drum or fluidized bed, metal oxide melt spraying followed by quenching, etc. When obtaining granules by extrusion, the raw material is carefully crushed to ensure a better sintering process. and giving maximum strength to the payment (patent EP 2407524).
Известны способы получения проппанта экструзией исходной шихты (патент US 623566, патент US 6773825, заявка US 20160083645). В предлагаемых способах предусмотрена подача нескольких исходных сырьевых материалов для получения многослойного проппанта.Known methods for producing proppant by extrusion of the original mixture (patent US 623566, patent US 6773825, application US 20160083645). The proposed methods provide for the supply of several initial raw materials to obtain a multilayer proppant.
Способ изготовления проппанта, описанный в патенте RU 2514037, включает в себя приготовление шликера, введение в полученный шликер водорастворимого связующего вещества, каплеобразование путем вибрационного воздействия на ламинарную струю, отверждение капель в водном растворе закрепляющего вещества и последующий обжиг.The proppant manufacturing method described in patent RU 2514037 includes slip preparation, introduction of a water-soluble binder into the obtained slip, drop formation by vibrating the laminar jet, drop curing in an aqueous solution of a fixing agent, and subsequent firing.
Известен способ получения проппанта (заявка US 2010068744), в котором обжиг гранул, полученных из пульпы, содержащей исходное алюмосиликатное сырье, осуществляют в микроволновой печи при температуре 1480-1520°С. Полученные гранулы имеют средний размер около 200 мкм, насыпную плотность около 1,35 г/см3 и удельную плотность больше чем 2,60 г/см3.A known method for producing proppant (application US 2010068744), in which the firing of granules obtained from pulp containing the original aluminosilicate raw materials, is carried out in a microwave oven at a temperature of 1480-1520°C. The resulting granules have an average size of about 200 μm, a bulk density of about 1.35 g/cm 3 and a specific gravity of more than 2.60 g/cm 3 .
В мировой практике производство проппантов наиболее распространенным способом является грануляция исходного сырья. В патенте US 4668645 для производства гранул используют смеситель-гранулятор, в котором формирование гранул проводят при постоянной скорости вращения чащи смесителя-гранулятора. Частоту вращения мешалки изменяют в зависимости от стадии грануляции. Авторы патента RU 2452759 предлагают получать проппант гранулированием измельченной сырьевой смеси в турбосмесителе с интенсивным круговым перемешиванием массы. Гранулы доводят до требуемой сферичности в тарельчатом грануляторе интенсивным воздействием погруженных турбин, количество которых должно быть не менее двух.In world practice, the most common method for the production of proppants is the granulation of feedstock. In US Pat. No. 4,668,645, a mixer-granulator is used for the production of granules, in which the formation of granules is carried out at a constant speed of rotation of the bowl of the mixer-granulator. The stirrer speed is changed depending on the stage of granulation. The authors of patent RU 2452759 propose to obtain proppant by granulating the crushed raw mixture in a turbo mixer with intensive circular mixing of the mass. The granules are brought to the required sphericity in a plate granulator by the intensive action of submerged turbines, the number of which should be at least two.
Известен способ (патент RU 2750545) производства проппантов с использованием смесителя-гранулятора с вращающимися в разных направлениях чашей и роторной мешалкой с добавлением связующего, в качестве исходного сырья используется термообработанная магнезиально-силикатная шихта или алюмосиликатная шихта на основе бокситовой глины.A known method (patent RU 2750545) for the production of proppants using a mixer-granulator with a bowl rotating in different directions and a rotary mixer with the addition of a binder, heat-treated magnesia-silicate mixture or aluminosilicate mixture based on bauxite clay is used as the feedstock.
Плакирование проппанта традиционно используют для придания проппанту необходимых функциональных свойств. Покрытие из отверждаемых смол, которые отверждаются при введении в пласт, наносится на проппант с целью создания обладающей сцеплением проницаемой массы, и используется для предотвращения выноса проппанта. В патенте WO 2016044016 А1 описан способ получения проппанта с отверждаемым при низких температурах полимерным покрытием, в котором проппант покрывают слоем полимера и дополнительным слоем поверхностно-активного вещества, которое предотвращает преждевременное отверждение покрытия и улучшает консолидирующих свойств проппанта в скважине при низких температурах.Proppant cladding is traditionally used to give the proppant the required functional properties. A coating of curable resins, which cure when injected into the formation, is applied to the proppant to create a cohesive permeable mass and is used to prevent proppant runaway. WO 2016044016 A1 describes a method for producing proppant with a low-temperature curable polymer coating, in which the proppant is coated with a layer of polymer and an additional layer of surfactant, which prevents premature curing of the coating and improves the consolidating properties of the proppant in the well at low temperatures.
Создание проппанта с отверждаемым покрытием описан в патенте RU 2006103366, покрытие содержит отверждаемую органическую смолу, силановое связующее и разрушитель геля, отверждения покрывающего состава на проппанте происходит в пласте под воздействием температуры и уплотнения частиц проппанта уплотняются в проницаемые пачки, предотвращая вынос.The creation of a proppant with a curable coating is described in patent RU 2006103366, the coating contains a curable organic resin, a silane binder and a gel destroyer, the curing of the coating composition on the proppant occurs in the formation under the influence of temperature and the compaction of the proppant particles is compacted into permeable packs, preventing carryover.
Для получения высоких прочностных характеристик и химической стойкости используют отвержденные смолы. Известен способ получения проппанта с полимерным покрытием, описанный в патенте RU 2318856, в котором упрочнение покрытия достигается за счет развития микрорельефа поверхности керамических гранул путем припекания частиц того же состава или состава большей огнеупорности в количестве 0,5-1,5% от веса гранулы и размером 5-30 мкм к поверхности. Полимерное покрытие представляет собой эпоксидную смолу и ПЭПА (полэтиленполиамин) с вкраплениями частиц гексаметилентетрамина и фенолформальдегидной смолы с добавлением неорганического модификатора в количестве 0,5-20% от массы фенолформальдегидной смолы, при соотношении фенолформальдегидной и эпоксидной смол от 1:5 до 5:1.To obtain high strength characteristics and chemical resistance, cured resins are used. A known method for producing polymer-coated proppant is described in patent RU 2318856, in which the hardening of the coating is achieved by developing a microrelief of the surface of ceramic granules by sintering particles of the same composition or composition of higher refractoriness in an amount of 0.5-1.5% by weight of the granule and 5-30 microns in size to the surface. The polymer coating is an epoxy resin and PEPA (polyethylenepolyamine) interspersed with particles of hexamethylenetetramine and phenol-formaldehyde resin with the addition of an inorganic modifier in an amount of 0.5-20% by weight of the phenol-formaldehyde resin, at a ratio of phenol-formaldehyde and epoxy resins from 1:5 to 5:1.
Известен способ создания проппанта (патент RU 2267010, опубликован 27.12.2005), который может быть принят в качестве наиболее близкого аналога. Описан проппант на основе спеченного двухкомпонентного алюмосиликатного сырья в виде гранул с плотностью 2,2-3,0 г/см3 и размерами 0,2-2,5 мм, состоящих из ядра и оболочки, который содержит в качестве одного из компонентов алюмосиликатного сырья, образующего ядро гранулы - низкоглиноземистое вещество - золу от сжигания углей, а в качестве другого компонента алюмосиликатного сырья, образующего оболочку гранулы - высокоглиноземистое вещество -отработанные катализаторы.A known method of creating a proppant (patent RU 2267010, published 12/27/2005), which can be taken as the closest analogue. Described is a proppant based on a sintered two-component aluminosilicate raw material in the form of granules with a density of 2.2-3.0 g/cm 3 and a size of 0.2-2.5 mm, consisting of a core and a shell, which contains aluminosilicate raw materials as one of the components , which forms the core of the granule - low alumina substance - ash from coal combustion, and as another component of the aluminosilicate raw material, which forms the shell of the granule - high alumina substance - spent catalysts.
Проппант с использованием золы от сжигания бурых или каменных углей, произведенный данным способом, не обладает достаточными прочностными характеристиками.Proppant using ash from the combustion of brown or black coal, produced by this method, does not have sufficient strength characteristics.
Задачей, на которое направлено предложенное изобретение, является преодоление недостатков уровня техники и получение проппанта с оптимальными физико-механическими характеристиками.The task to which the proposed invention is directed is to overcome the shortcomings of the prior art and obtain a proppant with optimal physical and mechanical characteristics.
Раскрытие изобретенияDisclosure of invention
Настоящее изобретение относится к керамическим расклинивающим наполнителям (проппантам) с низкой плотностью (менее 3,0 г/см3) и высокой прочности, содержащим значительную долю зольной пыли. Зола уноса содержит мелкие частицы, которые поднимаются с дымовыми газами, полученными во время сжигания угля. Компоненты зольной пыли значительно различаются, но вся летучая зола включает значительное количество диоксида кремния (SiO2) и в некоторых случаях значительные количества оксида кальция (СаО) и/или оксида железа (Fе2О3), которые являются компонентами многих пластов угля, несущих уголь. Другие компоненты зольной пыли зависят от конкретного состава слоя угля.The present invention relates to ceramic proppants with low density (less than 3.0 g/cm 3 ) and high strength, containing a significant proportion of fly ash. Fly ash contains fine particles that rise with flue gases produced during coal combustion. The components of fly ash vary considerably, but all fly ash includes a significant amount of silica (SiO 2 ) and in some cases significant amounts of calcium oxide (CaO) and/or iron oxide (Fe 2 O 3 ), which are components of many coal seams bearing coal. Other components of fly ash depend on the specific composition of the coal bed.
Преимущество использования зольной пыли в настоящей заявке заключается в том, что она имеет относительно низкую плотность по сравнению с бокситом (удельный вес боксита может изменяться от около 2,5 до 3,5 в зависимости от его конкретной композиции, в то время как удельный вес зольной пыли может варьироваться от около 2,0 до 2,5).The advantage of using fly ash in this application is that it has a relatively low density compared to bauxite (specific gravity of bauxite can vary from about 2.5 to 3.5 depending on its particular composition, while the specific gravity of fly ash dust can vary from about 2.0 to 2.5).
В то же время накопление зольной пыли стало возрастающей проблемой со значительными экологическими последствиями, что делает актуальными возможности утилизации (полезного применения) зольной пыли. В настоящее время золошлаки и золы уноса, полученные из электростанций, работающих на угле, расположены в местах захоронения и зольных прудах на золошлакоотвалах ТЭС. Единственный эффективный вариант повторного использования зольной пыли в настоящее время заключается в замене части содержания Портландцемента в бетоне, цементах и сухих смесях. Решение вопроса использования и утилизации ЗШО угольных тепловых ТЭС является одной из актуальных задач в РФ. Кроме того, решение данного вопроса соответствует действующим национальным приоритетам в области развития топливно-энергетического комплекса, отраженным в Энергетической стратегии РФ на период до 2035 года, утвержденным распоряжением Правительства Российской Федерации от 9 июня 2020 г. №1523-р, и позволит организовать повышение эффективности традиционной угольной генерации и рациональное природопользование. Таким образом, дополнительно настоящее изобретение позволяет утилизировать отходы зольной пыли в материал с высокой добавленной стоимостью, который может быть использован в операциях гидравлического разрыва в нефтяных и газовых скважинах.At the same time, the accumulation of fly ash has become an increasing problem with significant environmental consequences, which makes the possibilities of utilization (useful use) of fly ash relevant. Currently, fly ash and fly ash obtained from coal-fired power plants are located in burial sites and ash ponds at TPP ash and slag dumps. The only viable option for fly ash reuse at present is to replace some of the Portland cement content in concrete, cements and dry mixes. Solving the issue of using and recycling ASW of coal-fired thermal power plants is one of the urgent tasks in the Russian Federation. In addition, the solution of this issue is in line with the current national priorities in the development of the fuel and energy complex, reflected in the Energy Strategy of the Russian Federation for the period up to 2035, approved by the Decree of the Government of the Russian Federation dated June 9, 2020 No. 1523-r, and will allow organizing an increase in efficiency traditional coal generation and rational nature management. Thus, further, the present invention makes it possible to dispose of waste fly ash into a high value-added material that can be used in hydraulic fracturing operations in oil and gas wells.
Технико-экономическая целесообразность изобретения заключается в получении проппанта пониженной плотности, с сохранением основных характеристик по требованию API RP 60-95 "Recommended practices for testing high strength proppant used in hydraulic fracturing operations", NEQ.The technical and economic feasibility of the invention lies in obtaining a low density proppant, while maintaining the main characteristics as required by API RP 60-95 "Recommended practices for testing high strength proppant used in hydraulic fracturing operations", NEQ.
Более того, задачей настоящего изобретения было использование в качестве исходного сырья материалов и отходов, загрязняющих окружающую среду, для вовлечения их во вторичный экономический оборот в качестве вторичных материальных ресурсов.Moreover, the aim of the present invention was to use materials and wastes that pollute the environment as raw materials in order to involve them in the secondary economic circulation as secondary material resources.
Для решения поставленных задач предложен способ получения проппанта, используемого при добыче нефти и газа методом гидравлического разрыва пласта, включающий предварительную термообработку исходного сырья и добавок, его помол, гранулирование в смесителе - грануляторе с вращающимися в разных направлениях чашей и роторной мешалкой, сушку при температуре 110-550°С и рассев высушенных гранул, обжиг высушенных гранул при температуре 900-1600°С и рассев обожженных гранул на товарные фракции, плакирование поверхности проппанта отвержденной полимерной композицией.To solve these problems, a method is proposed for producing proppant used in oil and gas production by hydraulic fracturing, including preliminary heat treatment of feedstock and additives, its grinding, granulation in a mixer-granulator with a bowl rotating in different directions and a rotary mixer, drying at a temperature of 110 -550°C and screening of dried granules, firing of dried granules at a temperature of 900-1600°C and screening of fired granules into commercial fractions, cladding of the proppant surface with a hardened polymer composition.
В частных вариантах реализации способа предложены следующие дополнения:In private embodiments of the method, the following additions are proposed:
- в качестве исходного сырья используются золошлаковые отходы или золы-уноса,- ash and slag waste or fly ash is used as a feedstock,
- в качестве добавки используют оксид натрия Nа2О в количестве 2 мас. % на массу исходного сырья,- as an additive, sodium oxide Na 2 O is used in the amount of 2 wt. % by weight of feedstock,
- в качестве добавки используют сульфат бария Ва2SO4 в количестве 2 мас. % на массу исходного сырья,- as an additive, barium sulfate Ba 2 SO 4 is used in the amount of 2 wt. % by weight of feedstock,
- в качестве добавки используют оксид магния MgO в количестве 1,6 мас. % на массу исходного сырья,- magnesium oxide MgO is used as an additive in the amount of 1.6 wt. % by weight of feedstock,
- в качестве добавки используют два компонента оксид хрома Сr2О3 и оксид магния MgO в количестве 3,2 и 2 мас. %, соответственно, на массу исходного сырья,- as an additive, two components are used - chromium oxide Cr 2 O 3 and magnesium oxide MgO in the amount of 3.2 and 2 wt. %, respectively, on the weight of the feedstock,
- в качестве добавок используют один или более компонентов, выбранных из ряда, содержащего оксиды бария, хрома, кальция, магния, цинка, или минералы, содержащие указанные оксиды или другие соединения, образующие при термообработке указанные оксиды,- as additives, one or more components are used, selected from a series containing oxides of barium, chromium, calcium, magnesium, zinc, or minerals containing these oxides or other compounds that form these oxides during heat treatment,
- предварительную термообработку исходного сырья: золошлаковые отходы или золы-уноса и добавки проводят при 110-1450°С,- preliminary heat treatment of feedstock: ash and slag waste or fly ash and additives are carried out at 110-1450°C,
- помол предварительно термообработанного исходного сырья проводят совместно до содержания частиц с размерами менее 63,0 мкм более 90,0 масс. % при среднем размере частиц 3,0-5,0 мкм,- grinding pre-heat-treated feedstock is carried out together to the content of particles with sizes less than 63.0 microns more than 90.0 wt. % with an average particle size of 3.0-5.0 microns,
- в качестве связующего используют воду или 0,5-5,0% водный раствор связующего, в том числе карбоксиметилцеллюлозы или метилцеллюлозы, или поливинилового спирта или лингосульфатов технических,- water or a 0.5-5.0% aqueous solution of a binder, including carboxymethylcellulose or methylcellulose, or polyvinyl alcohol or technical lingosulfates, is used as a binder,
- сформированное зерно покрывают одним или несколькими слоями боксита,- the formed grain is covered with one or more layers of bauxite,
- сформированное зерно покрывают одним слоем бокситового порошка в количестве 3-4 мас. %,- the formed grain is covered with one layer of bauxite powder in the amount of 3-4 wt. %,
- сформированное зерно покрывают двумя слоями бокситового порошка, в количестве 4 и 6 мас. %,- the formed grain is covered with two layers of bauxite powder, in the amount of 4 and 6 wt. %,
- сформированное зерно покрывают двумя слоями бокситового порошка, в количестве 3 и 4 мас. %,- the formed grain is covered with two layers of bauxite powder, in the amount of 3 and 4 wt. %,
- сформированное зерно покрывают двумя слоями бокситового порошка, в количестве 4 и 4 мас. %,- the formed grain is covered with two layers of bauxite powder, in the amount of 4 and 4 wt. %,
- рассев высушенных гранул осуществляют на фракции в диапазоне 0,2-1,2 мм,- screening of dried granules is carried out on fractions in the range of 0.2-1.2 mm,
- обжиг высушенных гранул осуществляют при температуре 900-1550°С,- roasting of the dried granules is carried out at a temperature of 900-1550°C,
- поверхность обожженных гранул плакируют отвержденной полимерной композицией, выбранной из ряда резольных и новолачных фенолоальдегидных смол, меламиноальдегидных смол, эпоксидных смол и смол на базе фурфурилового спирта, виниловых эфиров, полиэфиров и полиуретанов, а также их смесей.- the surface of the fired granules is clad with a hardened polymer composition selected from a number of resole and novolac phenolic resins, melamine aldehyde resins, epoxy resins and resins based on furfuryl alcohol, vinyl ethers, polyesters and polyurethanes, as well as their mixtures.
- в качестве связующих агентов для улучшения межфазной органическо-неорганической адгезии используют органофункциональные силаны.- organofunctional silanes are used as binding agents to improve interfacial organic-inorganic adhesion.
Также предлагается композитный проппант, характеризующийся тем, что он получен предложенным способом или по любому из частных вариантов, указанных выше.A composite proppant is also proposed, characterized in that it is obtained by the proposed method or by any of the particular options indicated above.
Более подробное раскрытие предложенной группы изобретений приведено ниже.A more detailed disclosure of the proposed group of inventions is given below.
Изобретение относится к способу изготовления композиционного проппанта относительно низкой плотности, в котором золошлаки и зола уноса являются существенным компонентом конечного продукта.The invention relates to a method for manufacturing a relatively low density composite proppant, in which ash and slag and fly ash are an essential component of the final product.
К особенностям предложенного изобретения относится:The features of the proposed invention include:
1. Исходное сырье, в качестве которого используют золы от сжигания бурых или каменных углей, смешивают с одним или более соединением, выбранном из ряда, содержащего оксиды натрия, магния, алюминия, цинка, кальция, бария, хрома или других соединений, образующихся при термообработке оксиды и их смеси, или минералов, содержащих указанные оксиды.1. The feedstock, which is used as ash from the combustion of brown or hard coal, is mixed with one or more compounds selected from a series containing oxides of sodium, magnesium, aluminum, zinc, calcium, barium, chromium or other compounds formed during heat treatment oxides and mixtures thereof, or minerals containing said oxides.
2. Чтобы предотвратить вероятность консолидации и спекания поверхности гранул при нагревании до температуры формирования требуемой структуры зерна, гранулы ядра (которые содержат значительное количество золошлаков или зол уноса) покрывают бокситом. В некоторых вариантах на гранулы ядра наносят множество покрытий из боксита, что улучшает адгезию покрытия к гранулам ядра по сравнению с частицей, имеющей однослойное покрытие.2. To prevent the possibility of consolidation and sintering of the surface of the granules when heated to the temperature of formation of the required grain structure, the core granules (which contain a significant amount of ash or fly ash) are coated with bauxite. In some embodiments, multiple bauxite coatings are applied to the core pellets, which improves the adhesion of the coating to the core pellets compared to a single coated particle.
3. Поверхностный слой сформированных и прокаленных гранул проппанта плакируют полимерной композицией из ряда, состоящего из резольных и новолачных фенолформальдегидных смол, меламиноальдегидных смол, эпоксидных смол и смол на базе фурфурилового спирта, а также их смесей, полиуретанов и виниловых эфиров, полиэфиров.3. The surface layer of the formed and calcined proppant granules is clad with a polymer composition from a series consisting of resole and novolac phenol-formaldehyde resins, melamine-aldehyde resins, epoxy resins and resins based on furfuryl alcohol, as well as their mixtures, polyurethanes and vinyl ethers, polyesters.
Согласно изобретению, задача решается путем синергии нескольких факторов, комбинированное воздействие которых, существенно превосходит эффект каждого отдельно взятого компонента и их простой суммы. Известно, что возможно получить проппант с требуемыми характеристиками с использованием зол от сжигания бурых и каменных углей. Однако, как показали опытные данные, гранулированные частицы проппанта, изготовленные из золы отвалов, не обладают достаточной прочностью, предъявляемой к проппантам.According to the invention, the problem is solved by the synergy of several factors, the combined effect of which significantly exceeds the effect of each individual component and their simple sum. It is known that it is possible to obtain a proppant with the required characteristics using ash from the combustion of brown and black coals. However, as experimental data have shown, granular proppant particles made from dump ash do not have sufficient strength required for proppants.
В заявляемом способе получения проппанта необходимые прочностные и химические свойства достигаются за счет композиционной структуры, сочетающей в себе подбор необходимого состава шихты из золы уноса и добавок, дополнительного слоя боксита и специально разработанной композиции отвержденных полимеров для плакирования проппанта.In the proposed method for producing proppant, the necessary strength and chemical properties are achieved through a composite structure that combines the selection of the required composition of the charge from fly ash and additives, an additional layer of bauxite and a specially designed composition of hardened polymers for proppant cladding.
В данном изобретении при грануляции на сформированное из золы уноса и добавок зерно наносится один или несколько слоев боксита. Боксит представляет собой обычный боксит алюминия, который состоит главным образом из одного или нескольких минералов гидроксида алюминия, плюс различные смеси диоксида кремния (SiO2), оксида железа, диоксида титана (ТiO2), алюмосиликата и других примесей в незначительных количествах. Спеченный боксит использовали в прошлом в качестве материала расклинивающего наполнителя, поскольку частицы, изготовленные, по существу, из боксита, будучи спеченными, образуют относительно твердый, устойчивый к раздавливанию материал. Однако боксит имеет высокую удельную массу, а спеченный боксит считается материалом с высокой плотностью. Кроме того, требования к качеству для боксита, используемого для получения спеченного бокситового расклинивающего наполнителя, являются очень жесткими. Существует относительно мало источников боксита, которые подходят для получения спеченного бокситового проппанта из-за примесей, присутствующих в большинстве бокситов.In the present invention, during granulation, one or more layers of bauxite are applied to the grain formed from fly ash and additives. Bauxite is ordinary aluminum bauxite, which consists mainly of one or more minerals of aluminum hydroxide, plus various mixtures of silicon dioxide (SiO 2 ), iron oxide, titanium dioxide (TiO 2 ), aluminosilicate and other minor impurities. Sintered bauxite has been used in the past as a proppant material because particles made essentially of bauxite, when sintered, form a relatively hard, crush-resistant material. However, bauxite has a high specific gravity, and sintered bauxite is considered a high density material. In addition, the quality requirements for bauxite used to make sintered bauxite proppants are very stringent. There are relatively few sources of bauxite that are suitable for producing sintered bauxite proppant due to the impurities present in most bauxite.
В данном изобретении покрытие из боксита используется для предотвращения вероятности консолидации и спекания поверхности гранул при нагревании до температуры формирования требуемой структуры зерна и придания сферичности проппанту. Содержание боксита по отношению к общей массе составляет 3-15%, что не оказывает влияние на плотность проппанта и достаточно для обеспечения необходимых технических характеристик, при этом сохраняется экономическая эффективность за счет использования золы уноса в качестве основного сырья для создания шихты.In this invention, a bauxite coating is used to prevent the possibility of consolidation and sintering of the surface of the granules when heated to a temperature to form the desired grain structure and impart sphericity to the proppant. The content of bauxite in relation to the total mass is 3-15%, which does not affect the density of the proppant and is sufficient to provide the necessary technical characteristics, while maintaining economic efficiency due to the use of fly ash as the main raw material for creating the charge.
Вместе с тем, полученные из золы уноса с бокситовым покрытием гранулированные частицы проппанта не обладают достаточными прочностными характеристиками, для достижения необходимых свойств полученные гранулы покрывают специальной отвержденной полимерной композицией.At the same time, granular proppant particles obtained from bauxite-coated fly ash do not have sufficient strength characteristics; in order to achieve the required properties, the obtained granules are coated with a special hardened polymer composition.
В данном изобретении предлагается использовать плакирование для придания проппанту необходимых прочностных и химических свойств. Для плакирования подготовленных гранул используется отвержденная полимерная композиция из ряда, состоящего из резольных и новолачных фенолформальдегидных смол, меламиноальдегидных смол, эпоксидных смол и смол на базе фурфурилового спирта, а также их смесей, полиуретанов и виниловых эфиров, полиэфиров.In this invention, it is proposed to use cladding to give the proppant the necessary strength and chemical properties. For cladding of prepared granules, a cured polymer composition is used from a series consisting of resole and novolac phenol-formaldehyde resins, melamine aldehyde resins, epoxy resins and resins based on furfuryl alcohol, as well as their mixtures, polyurethanes and vinyl esters, polyesters.
Особенности технологии изготовления проппантов в общем виде приведены ниже.Features of the proppant manufacturing technology in general terms are given below.
1. Подготовка шихты.1. Preparation of the mixture.
Для получения проппанта с требуемыми значениями по плотности и прочности и уменьшение влияния минералогического состава, особенно стеклофазы в сырье на качество конечного продукта, необходимо введение специальных добавок. Получить оптимальный положительный эффект возможно путем добавления к золам одного и более оксидов, выбранных из ряда соединений в следующих количествах (мас): ВаО 0,3-1,5; СаО 1,0-5,0; Сr2O3 0,5-2,0; Na2O 0,5-2,0; MgO не более 4,0; ZnO 0,5-10,0 мас. Добавки могут быть введены в виде оксида или в любой другой форме (соль, минерал), которая дает при термообработке оксид или смесь требуемых оксидов.To obtain a proppant with the required density and strength values and to reduce the influence of the mineralogical composition, especially the glass phase in the feedstock, on the quality of the final product, it is necessary to introduce special additives. It is possible to obtain the optimal positive effect by adding one or more oxides selected from a number of compounds in the following amounts (wt) to the ashes: ВаО 0.3-1.5; CaO 1.0-5.0; Cr 2 O 3 0.5-2.0; Na 2 O 0.5-2.0; MgO not more than 4.0; ZnO 0.5-10.0 wt. Additives can be introduced in the form of an oxide or in any other form (salt, mineral) that produces an oxide or mixture of the required oxides upon heat treatment.
Основное сырье (ЗШО или зола уноса) смешивают с добавками при одновременном измельчении в шаровой мельнице до частиц размером меньше 15 мкм.The main raw material (ASW or fly ash) is mixed with additives while grinding in a ball mill to particles smaller than 15 µm.
Указанные добавки не являются единственными для использования и приведены в качестве примера.These additives are not the only ones for use and are given as an example.
2. Особенности формирования структуры гранулы.2. Features of the formation of the granule structure.
Гранулирование осуществляют с использованием лабораторного смесителя АЙРИХ EL5Eco (Внутренний объем - 3-5 литров, максимум - 8 кг. Окружная скорость (6-ступенчатая) - 6-35 м/с).Granulation is carried out using an EIRICH EL5Eco laboratory mixer (Internal volume 3-5 liters, maximum 8 kg. Circumferential speed (6-speed) 6-35 m/s).
Подготовленную шихту, например, по пункту 1, загружают в смеситель. Вода равномерно добавляется в виде спрея к порошковым сырьевым материалам в процессе перемешивания образуя когезионный материал. Воду предпочтительно добавляют в две стадии, чтобы минимизировать пыль, выходящую из смесителя. Небольшое количество воды добавляют сначала в смеситель с низкой скоростью до тех пор, пока не смочены исходные материалы, и остаток добавляют в смеситель при более высокой скорости. После смешивания исходных материалов и воды в смесителе начинается процесс формирования гранул. Полученные микрогранулы выращивают до требуемого размера.The prepared mixture, for example, according to paragraph 1, is loaded into the mixer. Water is evenly added as a spray to the powder raw materials during the mixing process to form a cohesive material. Water is preferably added in two steps to minimize dust coming out of the mixer. A small amount of water is first added to the mixer at a low speed until the starting materials are wetted, and the remainder is added to the mixer at a higher speed. After mixing the raw materials and water in the mixer, the process of forming granules begins. The obtained microgranules are grown to the desired size.
Содержание влаги после гранулирования находится в диапазоне 13-14%. Содержание остаточной влаги может изменяться в зависимости от состава используемого сырья, включая относительные пропорции исходного сырья и их индивидуальные спецификации. При относительно небольших изменениях содержания влаги, температуры и времени процесса гранулирования могут быть достигнуты различные размеры гранул.The moisture content after granulation is in the range of 13-14%. The residual moisture content may vary depending on the composition of the raw materials used, including the relative proportions of the raw materials and their individual specifications. With relatively small changes in moisture content, temperature and time of the granulation process, various granule sizes can be achieved.
Для управления размером гранул и их сферичностью используют различные скорости вращения чаши и мешалки на разных этапах процесса гранулирования. Специалист без труда сможет подобрать необходимые параметры гранулирования для получения необходимого размера и формы гранул. Гранулирование осуществляют в грануляторе с вращающимися в разных направлениях чашей и роторной мешалкой.To control the size of the granules and their sphericity, different rotation speeds of the bowl and agitator are used at different stages of the granulation process. A specialist can easily select the necessary granulation parameters to obtain the required size and shape of the granules. Granulation is carried out in a granulator with a bowl rotating in different directions and a rotary mixer.
3. Нанесение боксита.3. Application of bauxite.
Оптимальным предполагается нанесение двух и более слоев боксита. Первая стадия нанесения покрытия из боксита не изменяет размер гранул и составляет около 4% от общего веса сухих ингредиентов. На этом этапе происходит дополнительное придание гранулам сферичной формы.It is optimal to apply two or more layers of bauxite. The first stage of bauxite coating does not change the size of the granules and is about 4% of the total weight of the dry ingredients. At this stage, the granules are additionally spherical.
На второй стадии в смеситель добавляют около 6% от общего веса сухого ингредиента порошкообразного боксита. Различая в составе гранул ядра, первого слоя порошкового покрытия и второго сдоя порошкового покрытия могут обеспечить хороший переход в состав материалов в слоях, что способствует хорошему сцепления покрытия с ядром.In the second stage, about 6% of the total weight of the dry bauxite powder ingredient is added to the mixer. Differentiating the composition of the core granules, the first powder coating layer and the second powder coating layer can provide a good transition into the composition of the materials in the layers, which contributes to good adhesion of the coating to the core.
На любой стадии нанесения покрытия может быть осуществлено путем распыления на гранулы суспензии, обогащенной порошковым бокситом, вместо добавления порошкообразного боксита в сухом виде. В суспензию можно вводить ПВС или другое подходящее связующее (PVA действует как эмульгатор, так и как связующее). Если покрытие наносят в виде суспензии добавляют к массе сухого ингредиента для целей определения общего веса сухого ингредиента. Осуществляют сушку при температуре 110-550°С. После добавления в ядро бокситного покрытия или покрытий гранулы могут быть просеяны.At any stage, the coating can be carried out by spraying the granules with a powdered bauxite-enriched slurry instead of dry addition of powdered bauxite. PVA or other suitable binder can be added to the suspension (PVA acts both as an emulsifier and as a binder). If the coating is applied as a slurry, add to the weight of the dry ingredient for the purpose of determining the total weight of the dry ingredient. Drying is carried out at a temperature of 110-550°C. After adding the bauxite coating or coatings to the core, the granules can be screened.
Прочность не прокаленных гранул с покрытием достаточна для просеивания на стандартном оборудовании. Затем гранулы прокаливают во вращающейся печи, при температуре 900-1600°С, преимущественно, от 900 до 1150°С, в течение 15-20 минут. Кальцинирование материала при слишком высокой температуре может привести к тому, что кристаллическая вода и другие летучие материалы высвобождаются слишком быстро, а это может привести к трещинам в неокрепшем материале, ослабить структуру гранулы и понизить его прочность.The strength of uncalcined coated granules is sufficient for screening on standard equipment. Then the granules are calcined in a rotary kiln, at a temperature of 900-1600°C, preferably from 900 to 1150°C, for 15-20 minutes. Calcining the material at too high a temperature can cause crystal water and other volatile materials to be released too quickly, which can lead to cracks in the soft material, weaken the granule structure and reduce its strength.
Прокаленные гранулы затем пропекают в печи при температуре, по меньшей мере, 1200°С (температура печи может быть несколько выше, чем температура спекания в слое спекания). Такой способ производства, к котором гранулы ядра формируют из смеси золошлака или зол уноса и функциональных добавок и впоследствии покрывают бокситом, максимальная температура спекания может быть повышена до примерно 1240-1280°С без существенного слипания гранул друг с другом во время спекания. Температуру спекания нужно корректировать с учетом химического состава золошлаков или зол уноса.The calcined pellets are then baked in an oven at a temperature of at least 1200° C. (the oven temperature may be somewhat higher than the sintering temperature in the sintering layer). Such a production method, in which core pellets are formed from a mixture of fly ash or fly ash and functional additives and subsequently coated with bauxite, the maximum sintering temperature can be increased to about 1240-1280°C without significant sticking of the pellets to each other during sintering. The sintering temperature must be adjusted to the chemical composition of the ash or fly ash.
4. Плакирование.4. Cladding.
Полученные после прокаливания гранулы проппанта с техническими характеристиками по прочности и кислотоустойчивости недостаточны для широкомасштабного использования их в качестве расклинивающего материала при гидроразрыве пласта. Для получения продукта, отвечающего международным требованиям к подобным материалам, необходимо нанесение на проппант полимерного покрытия. В результате мы получаем композитный проппант низкой плотности, отвечающий всем техническим требованиям, применяем к подобным материалам.The proppant granules obtained after calcination with technical characteristics for strength and acid resistance are insufficient for their large-scale use as a proppant in hydraulic fracturing. To obtain a product that meets international requirements for such materials, it is necessary to apply a polymer coating to the proppant. As a result, we get a low density composite proppant that meets all the technical requirements that we apply to similar materials.
Операцию плакирования можно осуществлять в смесителе АЙРИХ EL5Eco, а также и других аналогичных смесителях, обеспечивающих эффективное перемешивание и необходимый температурный режим.The cladding operation can be carried out in an EIRICH EL5Eco mixer, as well as other similar mixers that provide efficient mixing and the required temperature conditions.
Количество полимера, используемого для покрытия сыпучего материала, обычно изменяется от 1 до 8% и предпочтительно примерно от 2 до 4% от массы сыпучего материала. Было также обнаружено, что множество полимерных покрытий на песке приводит к получению конечного продукта с покрытием, который имеет более гладкую и более однородную поверхность, чем в результате, если бы весь полимер был нанесен на песок в одну операцию. Более гладкие покрытия создают расклинивающий наполнитель с меньшим сопротивлением потоку текучей среды.The amount of polymer used to coat the bulk material typically varies from 1 to 8% and preferably from about 2 to 4% by weight of the bulk material. It has also been found that multiple polymer coatings on sand result in a coated end product that has a smoother and more uniform surface than would result if all of the polymer were applied to the sand in one operation. Smoother coatings create a proppant with less resistance to fluid flow.
Оптимальным является многослойное покрытие отвержденной полимерной композицией полимерами из группы, выбранной из ряда резольных и новолачных фенолоальдегидных смол, меламиноальдегидных смол, эпоксидных смол и смол на базе фурфурилового спирта, виниловых эфиров, полиэфиров и полиуретанов, а также их смесей.Optimum is a multi-layer coating with a cured polymer composition with polymers from a group selected from a number of resole and novolac phenolic resins, melamine aldehyde resins, epoxy resins and resins based on furfuryl alcohol, vinyl ethers, polyesters and polyurethanes, as well as mixtures thereof.
Температуру проведения операции плакирования подбирают исходя из состава полимерной композиции и особенностей каждого из составляющих.The temperature of the cladding operation is selected based on the composition of the polymer composition and the characteristics of each of the components.
Первую часть полимера добавляют к нагретому проппанту и перемешивают до тех пор, пока гранулы не будут достаточно покрыты, после чего требуемое количество катализатора добавляют к смеси для отверждения. После того как полимер отвержден и смесь распадается на свободно текучие частицы, к ранее покрытому проппанту добавляют вторую порцию полимера с последующим вторым добавлением катализатора.The first part of the polymer is added to the heated proppant and mixed until the granules are sufficiently coated, after which the required amount of catalyst is added to the mixture for curing. After the polymer has cured and the mixture has broken down into free flowing particles, a second batch of polymer is added to the previously coated proppant, followed by a second addition of catalyst.
Перемешивание продолжается до тех пор, пока не затвердеет вторая порция полимера и материал снова разбивается на свободно текучие частицы. Также желательно включать силановую добавку для повышения адгезии между полимером и проппантом. В качестве связующих агентов для улучшения межфазной органическо-неорганической адгезии предпочтительным является применение органофункциональных силанов.Mixing is continued until the second portion of the polymer solidifies and the material again breaks down into free-flowing particles. It is also desirable to include a silane additive to improve adhesion between the polymer and the proppant. The use of organofunctional silanes is preferred as coupling agents for improving interfacial organic-inorganic adhesion.
Примеры, которые следуют далее, служат для иллюстрации настоящего изобретения, и все части и проценты являются массовыми, если не указано иное, и все размеры ячеек сита представляют собой Стандартные Размеры сита США.The examples that follow are illustrative of the present invention and all parts and percentages are by weight unless otherwise noted and all mesh sizes are US Standard Sieve Sizes.
Осуществление изобретенияImplementation of the invention
Пример 1Example 1
1,5 кг золы отвала тепловой электростанции, состав, который приведен в Таблице 1 (см. состав №3) смешивают при одновременном измельчении с углекислым натрием, взятом в количестве 0,0231 кг (0,9 маc. в пересчете нa Na2О) в вибромельнице. Помол проводят по сухому способу до дисперсности менее 12 мкм. Полученный порошок гранулируется с добавлением 375 мл 2% раствора замидина, обеспечивающим влажность загруженного порошка 25%. Получают сферические гранулы с насыпной массой 1,12 г/см3, на которые нанося 60 граммов (4% от массы сухих компонентов) суспензии порошкообразного (10-22 мкм) боксита с раствором воды ПВА. Через 60 секунд наносят второй слой 90 граммов (6% от массы сухих компонентов) суспензии порошкообразного (10-22 мкм) боксита с раствором воды и ПВА. Сушат до остаточной влажности, равной 8% при температуре 550°С. Отбирают на ситах фракцию 0,8±0,4 мм. Спекание проводят на воздухе при температуре 1275°С в течение 0,5 ч. Скорость нагрева составляла 500 град/ч, а охлаждения 600-800 град/ч. На вибросите выделяют 1 кг фракции 20/40. При температуре 90°С добавляют 17 г преполимера на базе МДИ (М.Д.Н.В. - 100%, вязкость - 2000-2800 мПа*с, с содержанием NCO групп - 8,3-8,9%) и перемешивают в течение 20 секунд. Затем добавляют 0,3 г силана 1100 (Union Cardibe Corp). Через 50 секунд перемешивания добавляют 0,2 г дибутилдилаурата олова, который катализирует процесс отверждения полимера, делая проппант рассыпчатым. Через 90 секунд добавляли 1 г силиконовой жидкости L-45(Union Carbide Corp.) при продолжении перемешивания. После добавления силиконовой жидкости L-45 смесь становится рассыпчатой, состоящей из отдельно покрытых полимером частиц проппанта. Перемешивание продолжают в течение всего 120 секунд, при этом температура смеси поддерживается на уровне 90°С. Готовый продукт извлекали из чаши и оставляли охлаждаться. Свойства полученного целевого продукта, определенные по методике ISO 13503-2:2006 для фракций частиц 20/ 40 mash, приведены в табл. 2.1.5 kg of ash from the dump of a thermal power plant, the composition that is given in Table 1 (see composition No. 3) is mixed with simultaneous grinding with sodium carbonate, taken in the amount of 0.0231 kg (0.9 wt. in terms of Na 2 O ) in a vibrating mill. Grinding is carried out according to the dry method to a dispersion of less than 12 microns. The resulting powder is granulated with the addition of 375 ml of a 2% solution of zamidin, providing a moisture content of the loaded powder of 25%. Spherical granules with a bulk density of 1.12 g/cm 3 are obtained, on which 60 grams (4% by weight of dry components) of a suspension of powdered (10-22 μm) bauxite with a PVA water solution are applied. After 60 seconds, a second layer of 90 grams (6% by weight of dry components) of a suspension of powdered (10-22 microns) bauxite with a solution of water and PVA is applied. Dry to a residual moisture content of 8% at 550°C. A fraction of 0.8 ± 0.4 mm is taken on sieves. Sintering is carried out in air at a temperature of 1275°C for 0.5 h. The heating rate was 500 deg/h, and the cooling rate was 600-800 deg/h. On a vibrating sieve, 1 kg of fraction 20/40 is isolated. At a temperature of 90 ° C, 17 g of an MDI-based prepolymer (M.D.N.V. - 100%, viscosity - 2000-2800 mPa * s, with an NCO content of groups - 8.3-8.9%) are added and mixed within 20 seconds. Then 0.3 g of silane 1100 (Union Cardibe Corp) is added. After 50 seconds of mixing, 0.2 g of tin dibutyl dilaurate is added, which catalyzes the polymer curing process, making the proppant crumbly. After 90 seconds, 1 g of L-45 silicone fluid (Union Carbide Corp.) was added with continued stirring. After the addition of L-45 silicone fluid, the mixture becomes crumbly, consisting of proppant particles individually coated with polymer. Stirring is continued for only 120 seconds, while the temperature of the mixture is maintained at 90°C. The finished product was removed from the bowl and left to cool. The properties of the resulting target product, determined by the method of ISO 13503-2:2006 for fractions of particles 20/40 mash, are given in table. 2.
Пример 2Example 2
1,5 кг золы отвала тепловой электростанции, состав которой приведен в таблице 1 (см. состав №2) смешивают при одновременном измельчении с Ва2SО4, взятом в количестве 0,034 кг в вибромельнице. Помол проводят по сухому способу до дисперсности менее 12 мкм. Полученный порошок гранулируют с добавлением 375 мл 2% водного раствора замидина, обеспечивающим влажность загруженного порошка 25%. Получают сферические гранулы с насыпной массой 1,12 г/см3, на которые наносят 45 граммов (3% от массы сухих компонентов) суспензии порошкообразного (10-22 мкм) боксита с раствором воды и ПВА. Через 60 секунд наносят второй слой 60 граммов (4% от массы сухих компонентов) суспензии порошкообразного (10-22 мкм) боксита с раствором воды и ПВА. Сушат до остаточной влажности, равной 8%, при температуре 550°С. Отбирают на ситах фракцию 0,8±0,4 мм. Спекание проводят на воздухе при температуре 1275°С в течение 0,5 ч. Скорость нагрева составляла 500 град/ч, а охлаждение 600-800 град/ч. На вибросите выделяют 1 кг фракции 20/40. При температуре 90°С добавляют 0,3 г силана 1100 (Union Carbide Corp). Затем добавляют 8 г нагретого до 80°С трифункционального полиола на основе полипропиленового эфира (вязкость 860 мПа*с, содержание гидроксильных групп - 35 мг КОН/г, плотность - ок. 1,0 г/см3, молекулярная масса - ок. 5000, М.Д.Н.В. - 100%) и 7 г полимерного МДИ (вязкость (25°С) -160-240 - мПа*с, функциональность 2,9, содержание NCO групп - 30,0-32,5%, М.Д.Н.В. - 100% плотность 1,24 г/см3 и перемешивают в течение 50 секунд. Через 55 секунд добавляли 1 г силиконовой жидкости L-45 (Union Carbide Corp.) при продолжении перемешивания. После добавления силиконовой жидкости L-45 смесь становится рассыпчатой, состоящей из отдельно покрытых полимером частиц песка. Перемешивание продолжают в течение всего 90 секунд, при этом температура смеси поддерживается на уровне 90°С. Готовый продукт извлекали из чаши и оставляли охлаждаться. Свойства полученного целевого продукта, определенные по методике ISO 13503-2:2006 для фракций частиц 20/ 40 mash, приведены в табл. 2.1.5 kg of ash from the dump of a thermal power plant, the composition of which is given in table 1 (see composition No. 2) is mixed with simultaneous grinding with Ba 2 SO 4 taken in the amount of 0.034 kg in a vibrating mill. Grinding is carried out according to the dry method to a dispersion of less than 12 microns. The resulting powder is granulated with the addition of 375 ml of a 2% aqueous solution of zamidine, providing a moisture content of the loaded powder of 25%. Receive spherical granules with a bulk density of 1.12 g/cm 3 , which cause 45 grams (3% by weight of dry components) suspension of powdered (10-22 μm) bauxite with a solution of water and PVA. After 60 seconds, a second layer of 60 grams (4% by weight of dry components) of a suspension of powdered (10-22 microns) bauxite with a solution of water and PVA is applied. Dry to a residual moisture content of 8% at a temperature of 550°C. A fraction of 0.8 ± 0.4 mm is taken on sieves. Sintering is carried out in air at a temperature of 1275°C for 0.5 h. The heating rate was 500 deg/h, and cooling 600-800 deg/h. On a vibrating sieve, 1 kg of fraction 20/40 is isolated. At 90° C., 0.3 g of silane 1100 (Union Carbide Corp) is added. Then 8 g of a trifunctional polyol based on polypropylene ether heated to 80°C (viscosity 860 mPa*s, hydroxyl content 35 mg KOH/g, density approx. 1.0 g/cm3, molecular weight approx. 5000) are added. M.D.N.V. - 100%) and 7 g of polymeric MDI (viscosity (25 ° C) -160-240 - mPa * s, functionality 2.9, content of NCO groups - 30.0-32.5% , M.D.H.V. - 100% density 1.24 g/cm 3 and stirred for 50 seconds After 55 seconds, 1 g of L-45 silicone fluid (Union Carbide Corp.) was added with continued stirring. silicone fluid L-45, the mixture becomes crumbly, consisting of sand particles individually coated with polymer.Stirring is continued for only 90 seconds, while the temperature of the mixture is maintained at 90 ° C. The finished product was removed from the bowl and left to cool.Properties of the resulting target product, determined according to ISO 13503-2:2006 for 20/40 mash particle fractions are shown in Table 2.
Пример 3Example 3
1,5 кг золы отвала тепловой электростанции, состав которой приведен в табл. 1, (см. состав №3) смешивают при одновременном измельчении с MgO, взятом в количестве 0,024 кг в вибромельнице. Помол проводят по сухому способу до дисперсности менее 12 мкм. Полученный порошок гранулируют с добавлением 375 мл 2% водного раствора замидина, обеспечивающим влажность загруженного порошка 25%. Получают сферические гранулы с насыпной массой 1,12 г/см3, на которые наносят 60 грамм (4% от массы сухих компонентов) суспензии порошкообразного (10-22 мкм) боксита с раствором воды и ПВА. Через 60 секунд наносят второй слой 60 граммов (4% от массы сухих компонентов) суспензии порошкообразного (10-22 мкм) боксита с раствором воды и ПВА. Сушат до остаточной влажности, равной 8% при температуре 550°С. Отбирают на ситах фракцию 0,8±0,4 мм. Спекание проводят на воздухе при температуре 1275°С в течение 0,5 ч. Скорость нагрева составляла 500 град/ч, а охлаждения 600-800 град/ч. На вибросите выделяют 1 кг фракции 20/40. При температуре 90°С добавляют 0,3 г силана 1100 (Union Carbide Corp). Затем добавляют 8 г нагретого до 80°С сложный полиэфирполиол на основе касторового масла (вязкость 3000-4000 мПа*с, содержание гидроксильных групп-155-156 мг КОН/г, плотность - 0,9-1,1 г/см3) и 7 г полимерного МДИ (вязкость (25°С) -70-110- мПа*с, функциональность 2,7, содержание NCO групп - 31,0-32,0%, М.Д.Н.В. -100% плотность 1,24 г/см3 и перемешивают в течение 90 секунд. Через 95 секунд добавляли 1 г силиконовой жидкости L-45 (Union Carbide Corp.) при продолжении перемешивания. После добавления силиконовой жидкости L-45 смесь становится рассыпчатой, состоящей из отдельно покрытых полимером частиц песка. Перемешивание продолжают в течение всего 120 секунд, при этом температура смеси поддерживается на уровне 90°С. Готовый продукт извлекали из чаши, размещали в сушильный шкаф при температуре 100±5°С и оставляли на 600 секунд. Готовый продукт извлекали из чаши и оставляли охлаждаться. Свойства полученного целевого продукта, определенные по методике ISO 13503-2:2006 для фракций частиц 20/ 40 mash, приведены в табл. 2.1.5 kg of ash from the dump of a thermal power plant, the composition of which is given in Table. 1, (see composition No. 3) is mixed with simultaneous grinding with MgO, taken in an amount of 0.024 kg in a vibrating mill. Grinding is carried out according to the dry method to a dispersion of less than 12 microns. The resulting powder is granulated with the addition of 375 ml of a 2% aqueous solution of zamidine, providing a moisture content of the loaded powder of 25%. Spherical granules with a bulk density of 1.12 g/cm 3 are obtained, on which 60 grams (4% by weight of dry components) of a suspension of powdered (10-22 μm) bauxite with a solution of water and PVA are applied. After 60 seconds, a second layer of 60 grams (4% by weight of dry components) of a suspension of powdered (10-22 microns) bauxite with a solution of water and PVA is applied. Dry to a residual moisture content of 8% at 550°C. A fraction of 0.8 ± 0.4 mm is taken on sieves. Sintering is carried out in air at a temperature of 1275°C for 0.5 h. The heating rate was 500 deg/h, and the cooling rate was 600-800 deg/h. On a vibrating sieve, 1 kg of fraction 20/40 is isolated. At 90° C., 0.3 g of silane 1100 (Union Carbide Corp) is added. Then add 8 g heated to 80°C polyester polyol based on castor oil (viscosity 3000-4000 mPa*s, content of hydroxyl groups-155-156 mg KOH/g, density - 0.9-1.1 g/cm 3 ) and 7 g of polymeric MDI (viscosity (25°C) -70-110- mPa * s, functionality 2.7, content of NCO groups - 31.0-32.0%, M.D.N.V. -100% density of 1.24 g/cm 3 and stirred for 90 seconds After 95 seconds, 1 g of silicone fluid L-45 (Union Carbide Corp.) was added with continued stirring.After adding silicone fluid L-45, the mixture becomes crumbly, consisting of separately polymer-coated sand particles.Stirring is continued for a total of 120 seconds, while the temperature of the mixture is maintained at 90°C.The finished product was removed from the bowl, placed in an oven at a temperature of 100±5°C and left for 600 seconds.The finished product was removed out of the bowl and left to cool.Properties of the final product obtained, determined according to the method ISO 13503-2:2006 for particle fractions 20/40 mash are given in Table. 2.
Пример 4Example 4
1,5 кг золы отвала тепловой электростанции, состав которой приведен в табл.1 (см. состав №1), смешивают при одновременном измельчении с Сr2O3, взятом в количестве 0,048 кг и MgO взятом в количестве 0,030 кг в вибромельнице. Помол проводят по сухому способу до дисперсности менее 12 мкм. Полученный порошок гранулируют с добавлением 375 мл 2% водного раствора замидина, обеспечивающим влажность загруженного порошка 25% Получают сферические гранулы с насыпной массой 1,12 г/см3, на которые наносят 60 грамм (4% от массы сухих компонентов) суспензии порошкообразного (10-22 мкм) боксита с раствором воды и ПВА. Через 60 секунд наносят второй слой 60 граммов (4% от массы сухих компонентов) суспензии порошкообразного (10-22 мкм) боксита с раствором воды и ПВА. Сушат до остаточной влажности, равной 8% при температуре 550°С. Отбирают на ситах фракцию 0,8±0,4 мм. Спекание проводят на воздухе при температуре 1275°С в течение 0,5 ч. Скорость нагрева составляла 500 град/ч, а охлаждения 600-800 град/ч. На вибросите выделяют 1 кг фракции 20/40. При температуре 110°С добавляют 20 грамм фенолформальдегидной резольной смолы, модифицированной фурфуриловым спиртом (со следующими свойствами: вязкость. 726 сП при 25°С; непрореагировавший формальдегид: 1,6%; непрореагировавший фурфуриловый спирт: 38%; непрореагировавший фенол: 18,1%, показатель преломления: 1,533 при 25°С) и перемешивание продолжается в течении 20 секунд до добавления 0,3 силана А1100 (Union Carbide Corp). Через 50 секунд перемешивания добавляют 1 миллилитр 25% раствора нитрата аммония в воде, который катализирует отверждение смолы. Через 85 секунд добавляют 20 дополнительных граммов той же смолы. Через 110 секунд добавляли 1 миллилитр 50% раствора нитрата аммония и до 155 секунд смесь отверждалась. Через 155 секунд к смеси добавляли 10 дополнительных граммов той же смолы с последующим добавлением 1 миллилитра 50% нитрата аммония в течение 180 секунд. В течение 200 секунд добавляли 1 г силиконовой жидкости L-45 (Union Carbide Corp.). Перемешивание продолжают в течение всего 350 секунд, при этом температура смеси составляет 110°С. Готовый продукт извлекали из чаши и оставляли охлаждаться. Свойства полученного целевого продукта, определенные по методике ISO 13503-2:2006 для фракции частиц 20/40 mash, приведены в табл. 2.1.5 kg of waste dump ash from a thermal power plant, the composition of which is given in Table 1 (see composition No. 1), is mixed with simultaneous grinding with Cr 2 O 3 taken in an amount of 0.048 kg and MgO taken in an amount of 0.030 kg in a vibrating mill. Grinding is carried out according to the dry method to a dispersion of less than 12 microns. The resulting powder is granulated with the addition of 375 ml of a 2% aqueous solution of zamidin, providing a moisture content of the loaded powder of 25%. Spherical granules are obtained with a bulk density of 1.12 g/cm -22 µm) bauxite with a solution of water and PVA. After 60 seconds, a second layer of 60 grams (4% by weight of dry components) of a suspension of powdered (10-22 microns) bauxite with a solution of water and PVA is applied. Dry to a residual moisture content of 8% at 550°C. A fraction of 0.8 ± 0.4 mm is taken on sieves. Sintering is carried out in air at a temperature of 1275°C for 0.5 h. The heating rate was 500 deg/h, and the cooling rate was 600-800 deg/h. On a vibrating sieve, 1 kg of fraction 20/40 is isolated. At a temperature of 110°C, 20 grams of phenol-formaldehyde resole resin modified with furfuryl alcohol (with the following properties: viscosity. 726 cP at 25°C; unreacted formaldehyde: 1.6%; unreacted furfuryl alcohol: 38%; unreacted phenol: 18.1 %, refractive index: 1.533 at 25°C) and stirring continued for 20 seconds until 0.3 silane A1100 (Union Carbide Corp) was added. After 50 seconds of stirring, 1 ml of a 25% ammonium nitrate solution in water is added, which catalyzes the curing of the resin. After 85 seconds, 20 additional grams of the same resin is added. After 110 seconds, 1 ml of 50% ammonium nitrate solution was added and the mixture cured up to 155 seconds. After 155 seconds, 10 additional grams of the same resin was added to the mixture, followed by the addition of 1 milliliter of 50% ammonium nitrate over 180 seconds. 1 g of L-45 silicone fluid (Union Carbide Corp.) was added over 200 seconds. Stirring is continued for only 350 seconds, while the temperature of the mixture is 110°C. The finished product was removed from the bowl and left to cool. The properties of the resulting target product, determined by the method of ISO 13503-2:2006 for the fraction of particles 20/40 mash, are given in table. 2.
Анализ полученных результатов показывает, что эффект, получаемый от применения в качестве исходного сырья золы от сжигания бурых или каменных углей с введением специальных добавок, использования заявленного способа формирования гранулы и плакирования отвержденной полимерной композицией, позволяет получить легковесный (плотность не выше 2,5 г/см3) прочный расклинивающий агент, обладающий всеми положительными характеристиками полимернопокрытого проппанта. При этом стоимость проппанта становится намного ниже предложенных альтернатив за счет использования золошлаков или зол уноса и, кроме того, решается важная экологическая задача ликвидация отвалов зол, загрязняющих окружающую среду.The analysis of the obtained results shows that the effect obtained from the use of ash from the combustion of brown or hard coal as a feedstock with the introduction of special additives, the use of the claimed method of forming a granule and cladding with a hardened polymer composition, makes it possible to obtain a lightweight (density not higher than 2.5 g / cm 3 ) is a durable proppant that has all the positive characteristics of a polymer-coated proppant. At the same time, the proppant cost becomes much lower than the proposed alternatives due to the use of ash and slag or fly ash, and, in addition, an important environmental problem is solved - the elimination of ash dumps that pollute the environment.
В представленных ниже таблицах 1 и 2 приведены результаты проведенных испытаний.Tables 1 and 2 below show the results of the tests carried out.
Эти данные представлены в качестве иллюстративных сведений и не ограничивают объем изобретения.These data are presented as illustrative information and do not limit the scope of the invention.
Приведенные экспериментальные сведения показывают эффективность предложенного способа для получения проппанта с хорошими физико-механическими характеристиками, производство которого экономически выгодно.The above experimental data show the effectiveness of the proposed method for obtaining proppant with good physical and mechanical characteristics, the production of which is economically viable.
При этом испытания были проведены также и с использованием другого исходного сырья, приведенного в таблице 1. Результаты испытаний в целом аналогичны представленным сведениям.In this case, the tests were also carried out using other raw materials shown in table 1. The test results are generally similar to the information presented.
Claims (18)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2783399C1 true RU2783399C1 (en) | 2022-11-14 |
Family
ID=
Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2014281C1 (en) * | 1992-09-02 | 1994-06-15 | Симановский Борис Абрамович | Method and charge for granule production |
| US5597784A (en) * | 1993-06-01 | 1997-01-28 | Santrol, Inc. | Composite and reinforced coatings on proppants and particles |
| RU2098618C1 (en) * | 1995-12-27 | 1997-12-10 | Татьяна Николаевна Жаркова | Method for production of propping agent |
| RU2535540C1 (en) * | 2013-08-15 | 2014-12-20 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Форэс" | Ultralight siliceous magnesium-containing proppant manufacturing method |
| RU2608100C1 (en) * | 2015-08-25 | 2017-01-13 | Акционерное общество "Боровичский комбинат огнеупоров" | Charge and method of producing proppant |
| US9587170B2 (en) * | 2013-08-20 | 2017-03-07 | Epropp, Llc | Proppant material incorporating fly ash and method of manufacture |
| RU2644369C1 (en) * | 2016-09-19 | 2018-02-09 | Акционерное общество "Боровичский комбинат огнеупоров" | Proppant production method and proppant |
| RU2732770C2 (en) * | 2018-10-31 | 2020-09-22 | Общество с ограниченной ответственностью "Платинус" | Method of producing magnesium-silicate proppant with a polymer coating and magnesium-silicate proppant |
| RU2745505C1 (en) * | 2020-01-09 | 2021-03-25 | Акционерное общество "Боровичский комбинат огнеупоров" | Method for producing ceramic proppant and proppant |
Patent Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2014281C1 (en) * | 1992-09-02 | 1994-06-15 | Симановский Борис Абрамович | Method and charge for granule production |
| US5597784A (en) * | 1993-06-01 | 1997-01-28 | Santrol, Inc. | Composite and reinforced coatings on proppants and particles |
| RU2098618C1 (en) * | 1995-12-27 | 1997-12-10 | Татьяна Николаевна Жаркова | Method for production of propping agent |
| RU2535540C1 (en) * | 2013-08-15 | 2014-12-20 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Форэс" | Ultralight siliceous magnesium-containing proppant manufacturing method |
| US9587170B2 (en) * | 2013-08-20 | 2017-03-07 | Epropp, Llc | Proppant material incorporating fly ash and method of manufacture |
| RU2608100C1 (en) * | 2015-08-25 | 2017-01-13 | Акционерное общество "Боровичский комбинат огнеупоров" | Charge and method of producing proppant |
| RU2644369C1 (en) * | 2016-09-19 | 2018-02-09 | Акционерное общество "Боровичский комбинат огнеупоров" | Proppant production method and proppant |
| RU2732770C2 (en) * | 2018-10-31 | 2020-09-22 | Общество с ограниченной ответственностью "Платинус" | Method of producing magnesium-silicate proppant with a polymer coating and magnesium-silicate proppant |
| RU2745505C1 (en) * | 2020-01-09 | 2021-03-25 | Акционерное общество "Боровичский комбинат огнеупоров" | Method for producing ceramic proppant and proppant |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| А, 20.11.2020. * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US7160844B2 (en) | Proppants and their manufacture | |
| CN1274376B (en) | Composite proppant, composite filtration media and methods for making and using same | |
| US6372678B1 (en) | Proppant composition for gas and oil well fracturing | |
| US20070023187A1 (en) | Sintered spherical pellets useful for gas and oil well proppants | |
| CN101627101A (en) | Low-density ceramic proppant and its production method | |
| EA012634B1 (en) | A composition and method for making a proppant | |
| CA2721916A1 (en) | Strong low density ceramics | |
| US9587170B2 (en) | Proppant material incorporating fly ash and method of manufacture | |
| US20070172655A1 (en) | Core for proppant and process for its production | |
| WO2002026656A1 (en) | Proppant composition for gas and oil-well fracturing | |
| US20170226410A1 (en) | Proppant Material Incorporating Fly Ash and Method of Manufacture | |
| RU2783399C1 (en) | Method for obtaining proppant | |
| CN109534793B (en) | Low-density petroleum fracturing propping agent containing sapphirine crystals and preparation method thereof | |
| RU2472837C2 (en) | Light proppant | |
| CN111500277A (en) | Preparation method of high-strength sand consolidation propping agent | |
| KR20200116708A (en) | Coated proppant | |
| KR102651926B1 (en) | A double-coated proppant | |
| KR20200129391A (en) | A double-coated proppant | |
| KR20210108666A (en) | The coated proppant | |
| KR20210039756A (en) | A coated proppant | |
| JP2020143173A (en) | Coated proppant | |
| KR20210087317A (en) | A coated proppant | |
| CN110950558A (en) | Application of ceramic waste in preparation of high-strength lightweight aggregate and high-strength lightweight aggregate prepared from ceramic waste | |
| KR20200125798A (en) | A coated proppant | |
| MXPA00002532A (en) | Composite proppant, composite filtration media and methods for making and using same |