RU2814680C1 - Method of producing proppant for hydraulic fracturing - Google Patents
Method of producing proppant for hydraulic fracturing Download PDFInfo
- Publication number
- RU2814680C1 RU2814680C1 RU2023115959A RU2023115959A RU2814680C1 RU 2814680 C1 RU2814680 C1 RU 2814680C1 RU 2023115959 A RU2023115959 A RU 2023115959A RU 2023115959 A RU2023115959 A RU 2023115959A RU 2814680 C1 RU2814680 C1 RU 2814680C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- hydraulic fracturing
- temperature
- granulated
- low
- fractions
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title abstract description 8
- 239000008187 granular material Substances 0.000 claims abstract description 17
- 239000004927 clay Substances 0.000 claims abstract description 14
- 238000002844 melting Methods 0.000 claims abstract description 14
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims abstract description 13
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 12
- HNPSIPDUKPIQMN-UHFFFAOYSA-N dioxosilane;oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Si]=O.O=[Al]O[Al]=O HNPSIPDUKPIQMN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 8
- 238000000227 grinding Methods 0.000 claims abstract description 8
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 6
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims abstract description 5
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims abstract description 4
- 239000002893 slag Substances 0.000 claims abstract description 3
- 239000002994 raw material Substances 0.000 claims description 15
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 3
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims description 2
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 abstract description 6
- 238000005469 granulation Methods 0.000 abstract description 3
- 230000003179 granulation Effects 0.000 abstract description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 3
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 abstract description 2
- 229910021536 Zeolite Inorganic materials 0.000 abstract 1
- 238000005453 pelletization Methods 0.000 abstract 1
- 239000007858 starting material Substances 0.000 abstract 1
- 239000010457 zeolite Substances 0.000 abstract 1
- 238000010304 firing Methods 0.000 description 7
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 5
- 229910000323 aluminium silicate Inorganic materials 0.000 description 5
- 238000005245 sintering Methods 0.000 description 3
- 239000000440 bentonite Substances 0.000 description 2
- 229910000278 bentonite Inorganic materials 0.000 description 2
- SVPXDRXYRYOSEX-UHFFFAOYSA-N bentoquatam Chemical compound O.O=[Si]=O.O=[Al]O[Al]=O SVPXDRXYRYOSEX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 2
- NLYAJNPCOHFWQQ-UHFFFAOYSA-N kaolin Chemical compound O.O.O=[Al]O[Si](=O)O[Si](=O)O[Al]=O NLYAJNPCOHFWQQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 2
- 238000000465 moulding Methods 0.000 description 2
- 238000005728 strengthening Methods 0.000 description 2
- 239000005995 Aluminium silicate Substances 0.000 description 1
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910010413 TiO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 235000012211 aluminium silicate Nutrition 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 1
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- KZHJGOXRZJKJNY-UHFFFAOYSA-N dioxosilane;oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Si]=O.O=[Si]=O.O=[Al]O[Al]=O.O=[Al]O[Al]=O.O=[Al]O[Al]=O KZHJGOXRZJKJNY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 230000036571 hydration Effects 0.000 description 1
- 238000006703 hydration reaction Methods 0.000 description 1
- 229910052622 kaolinite Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000009533 lab test Methods 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 229910052901 montmorillonite Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052863 mullite Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000012856 packing Methods 0.000 description 1
- 239000011435 rock Substances 0.000 description 1
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 description 1
- 239000004576 sand Substances 0.000 description 1
- 238000012216 screening Methods 0.000 description 1
- 238000007873 sieving Methods 0.000 description 1
- 238000001694 spray drying Methods 0.000 description 1
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N titanium dioxide Inorganic materials O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
- 238000000844 transformation Methods 0.000 description 1
Abstract
Description
Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, в частности к производству пропантов, расклинивающих гранул, применяемых при добыче нефти и газа методом гидравлического разрыва пласта.The invention relates to the oil industry, in particular to the production of proppants and propping granules used in oil and gas production using hydraulic fracturing.
Из уровня техники, патент № 2203248 с приоритетом от 14.06.2002 г. известен способ получения легковесных высокопрочных керамических пропантов включает термическую обработку исходного алюмосиликатного сырья, в качестве которого используют каолин, помол обработанного сырья, отсев фракций, имеющих размеры, отличные от заданных, с последующим их возвратом на стадию помола, гранулирование термически обработанного алюмосиликатного сырья при постоянном перемешивании массы и ее увлажнении, сушку и предварительный рассев полученных гранул с возвратом на помол гранул, отличающихся от заданного размера, окончательный обжиг гранул и рассев обожженных гранул. При этом перед гранулированием термически обработанного алюмосиликатного сырья в него вводят минерализатор в количестве от 2 до 5% и дисперсностью 10 мкм следующего химического состава: TiO2 в форме рутила 31; FeO 27; SiO2 13; MnO 3,8; Cr2Oз 1,7; MgO 1,1, а термическую обработку исходного сырья проводят при температуре от 1025 до 1145°С, обеспечивающей эндотермический эффект, связанный с полным разложением каолинита, началом образования кристаллов муллита и выделением и модификационными превращениями стеклофазы.From the prior art, patent No. 2203248 with priority dated June 14, 2002, a known method for producing lightweight high-strength ceramic proppants includes heat treatment of the initial aluminosilicate raw material, which is used as kaolin, grinding of the processed raw material, screening out fractions having sizes different from the specified ones, with their subsequent return to the grinding stage, granulation of thermally treated aluminosilicate raw materials with constant mixing of the mass and its moistening, drying and preliminary sifting of the resulting granules with return for grinding of granules that differ from the specified size, final firing of the granules and sieving of the fired granules. In this case, before granulating the thermally treated aluminosilicate raw material, a mineralizer is introduced into it in an amount of 2 to 5% and a dispersion of 10 microns of the following chemical composition: TiO 2 in the form of rutile 31; FeO 27; SiO 2 13; MnO 3.8; Cr 2 O 3 1.7; MgO 1.1, and the heat treatment of the feedstock is carried out at a temperature from 1025 to 1145°C, which provides an endothermic effect associated with the complete decomposition of kaolinite, the beginning of the formation of mullite crystals and the release and modification transformations of the glass phase.
Но данным способом невозможно получение легковесных высокопрочных керамических пропантов, на основе легкоплавкого глинистого сырья.But with this method it is impossible to obtain lightweight, high-strength ceramic proppants based on low-melting clay raw materials.
Самым близким по своей технической сущности является способ производства проппанта для проведения гидроразрыва пласта описанный в патенте № 2261847 с приоритетом от 16.04.2004 г., включающем размол, гидратацию, формование, сушку и обжиг исходного сырья, в качестве исходного сырья используют природную бентонитовую глину с содержанием монтморрилонита свыше 90%, для формовки сферических гранул проппанта размером от 200 до 400 мкм и от 420 до 850 мкм используют метод распылительной сушки, а формование гранул размером более 850 мкм осуществляют методом закатки, обжиг проводят при температуре 600-650°С. Техническим результатом является снижение стоимости при проведении ГРП при свойствах проппанта, удовлетворяющих нормам на искусственные проппанты для ГРП.The closest in its technical essence is the method of producing proppant for hydraulic fracturing described in patent No. 2261847 with priority dated April 16, 2004, including grinding, hydration, molding, drying and firing of the feedstock, natural bentonite clay with a montmorrilonite content of over 90% is used as the feedstock, the spray drying method is used to form spherical proppant granules ranging in size from 200 to 400 microns and from 420 to 850 microns, and the molding of granules with a size of more than 850 microns is carried out by rolling, firing is carried out at a temperature of 600-650°C. The technical result is a reduction in the cost of hydraulic fracturing with proppant properties that meet the standards for artificial proppants for hydraulic fracturing.
В данном способе производства проппанта используется природная бентонитовая глина, доставка которой к месту изготовления проппанта приводит к временным и финансовым затратам, и так же к трудозатратам.This method of producing proppant uses natural bentonite clay, the delivery of which to the place of proppant production leads to time and financial costs, as well as labor costs.
На данный момент наблюдается истощение запасов высококачественного глинистого сырья, в связи с чем возникает необходимость расширения отечественной базы керамического сырья за счет вовлечения в производство местных низкосортных глинистых пород. Однако относительно невысокая прочность после обжига образцов из таких глин обусловливает необходимость подбора упрочняющих добавок.At the moment, there is a depletion of reserves of high-quality clay raw materials, and therefore there is a need to expand the domestic base of ceramic raw materials by involving local low-grade clay rocks in production. However, the relatively low strength after firing of samples from such clays necessitates the selection of strengthening additives.
Техническим результатом заявленного изобретения является получение легковесных высокопрочных керамических пропантов на основе легкоплавкого глинистого сырья.The technical result of the claimed invention is the production of lightweight, high-strength ceramic proppants based on low-melting clay raw materials.
Заявленный технический результат достигается за счет того, что способ производства пропанта для проведения гидроразрыва пласта включает размол исходного сырья, его сушку, гранулирование, обжиг, охлаждение и классификацию по фракциям, при этом в качестве исходного сырья используют следующий комбинированный состав: легкоплавкая глина 60%, цеолит природный структурированный термомеханически активированный 10%, золошлаковая смесь (ЗШС) 30%, в качестве связующего вещества используют воду, данный состав тщательно измельчают, производят сушку при температуре 200°С, смешивают и в последствии гранулируют до фракции 0,5-2,0 мм, далее гранулированный фракционированный материал проходит обжиг во вращающейся печи при температуре 1100°С. Легкоплавкие глины представляют собой полиминеральное глинистое сырьё, имеющее железисто-монтмориллонитовый и гидрослюдистый состав, в них часто присутствуют примеси песка и органических веществ. Показатель огнеупорности легкоплавких глин менее 1350°С.The claimed technical result is achieved due to the fact that the method for producing proppant for hydraulic fracturing includes grinding the feedstock, drying it, granulating it, roasting it, cooling it and classifying it into fractions, while the following combined composition is used as the starting raw material: low-melting clay 60%, natural structured thermomechanically activated zeolite 10%, ash and slag mixture (ASM) 30%, water is used as a binder, this composition is thoroughly crushed, dried at a temperature of 200°C, mixed and subsequently granulated to a fraction of 0.5-2.0 mm, then the granulated fractionated material is fired in a rotating kiln at a temperature of 1100°C. Low-melting clays are polymineral clay raw materials having an iron-montmorillonite and hydromica composition; they often contain admixtures of sand and organic substances. The fire resistance of low-melting clays is less than 1350°C.
Заявленный способ получения алюмосиликатных пропантов на основе комбинаций легкоплавкого глинистого сырья с добавками прошел лабораторные испытания. Полученные результаты свидетельствуют, о том, что процедура предварительного обжига легкоплавкой глины необходима, так как прочность пропантов на основе прокаленных глин в среднем в 1,4 - 3 раза выше, чем у расклинивающего агента на основе сырых глин. Введение в легкоплавкое глинистое сырье добавок при температурах обжига выше температуры собственного плавления, добавки играют роль плавней, а при температурах обжига ниже температур их плавления играют упрочняющую роль поставщика дополнительного количества кристаллической фазы. Температура спекающего обжига гранул до 1100°С обеспечивает получение пропантов с еще более высокими характеристиками: насыпная плотность гранул 1,39-1,43 г/см3, доля разрушенных гранул фракцией 16/20 - 14,2%; фракцией 20/40 - 6,3% при разрушающем давлении 34,5 МПа. Таким образом, введение добавок в состав легкоплавких глин позволяет достичь максимальных прочностных показателей при температуре спекающего обжига 1100°С за счет повышения суммарного содержания кристаллической фазы в составе обожженного материала. The claimed method for producing aluminosilicate proppants based on combinations of low-melting clay raw materials with additives has passed laboratory tests. The results obtained indicate that the procedure of pre-firing of low-melting clay is necessary, since the strength of proppants based on calcined clays is on average 1.4 - 3 times higher than that of a proppant based on raw clays. The introduction of additives into low-melting clay raw materials at firing temperatures above their own melting temperature, the additives play the role of a smoother, and at firing temperatures below their melting temperatures they play a strengthening role as a supplier of an additional amount of the crystalline phase. The sintering temperature of granules up to 1100°C ensures the production of proppants with even higher characteristics: bulk density of granules 1.39-1.43 g/cm3, the proportion of destroyed granules with a fraction of 16/20 is 14.2%; fraction 20/40 - 6.3% at a destruction pressure of 34.5 MPa. Thus, the introduction of additives into the composition of low-melting clays makes it possible to achieve maximum strength indicators at a sintering temperature of 1100°C by increasing the total content of the crystalline phase in the composition of the fired material.
Способ производства проппанта для проведения гидроразрыва пласта осуществляется следующим образом. Производят дробление исходного кускового алюмосиликатного сырья, после чего все сушат при температуре 100-200°С в зависимости от исходной карьерной влажности. Далее производят дробление и тонкий помол до размера частиц менее 63 мкм, которые призваны обеспечить плотную упаковку частиц в грануле и способствовать интенсификации процесса спекания керамического изделия. Грануляция полученного тонкодисперсного порошка проводится в грануляторах интенсивного или тарельчатого типа с использованием воды в качестве связующего компонента. Вода вводится в гранулятор-смеситель и тарельчатый гранулятор. Количество вводимой воды устанавливается конечным размером гранул. Далее производится обжиг гранул при температуре 1100°С и их рассев на целевые фракции.The method for producing proppant for hydraulic fracturing is carried out as follows. The initial lump aluminosilicate raw material is crushed, after which everything is dried at a temperature of 100-200°C, depending on the initial quarry humidity. Next, crushing and fine grinding are carried out to a particle size of less than 63 microns, which are designed to ensure dense packing of particles in the granule and help intensify the sintering process of the ceramic product. Granulation of the resulting fine powder is carried out in intensive or plate-type granulators using water as a binding component. Water is introduced into the mixer granulator and the disc granulator. The amount of water introduced is determined by the final size of the granules . Next, the granules are fired at a temperature of 1100°C and sieved into target fractions.
Claims (3)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2814680C1 true RU2814680C1 (en) | 2024-03-04 |
Family
ID=
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2203248C1 (en) * | 2002-06-14 | 2003-04-27 | Закрытое акционерное общество "Тригорстроймонтаж" | Method of manufacturing light-weight high-strength ceramic props |
| RU2324668C1 (en) * | 2007-01-09 | 2008-05-20 | Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова (БГТУ им. В.Г. Шухова) | Method of making ceramic wall products, rough mixture for making ceramic wall products, and filler for ceramic wall products |
| US8012582B2 (en) * | 2008-09-25 | 2011-09-06 | Halliburton Energy Services, Inc. | Sintered proppant made with a raw material containing alkaline earth equivalent |
| KR101102936B1 (en) * | 2009-08-18 | 2012-01-10 | 이승현 | Micro porous ceramic tile and manufacturing method thereof |
| RU2472837C2 (en) * | 2010-12-02 | 2013-01-20 | Открытое акционерное общество "Боровичский комбинат огнеупоров" | Light proppant |
| RU2509065C1 (en) * | 2012-12-25 | 2014-03-10 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем нефти и газа Сибирского отделения Российской академии наук | Asphalt-concrete mixture based on modified bitumen |
| EP2619154A4 (en) * | 2010-09-21 | 2015-11-25 | Oxane Materials Inc | Light weight proppant with improved strength and methods of making same |
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2203248C1 (en) * | 2002-06-14 | 2003-04-27 | Закрытое акционерное общество "Тригорстроймонтаж" | Method of manufacturing light-weight high-strength ceramic props |
| RU2324668C1 (en) * | 2007-01-09 | 2008-05-20 | Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова (БГТУ им. В.Г. Шухова) | Method of making ceramic wall products, rough mixture for making ceramic wall products, and filler for ceramic wall products |
| US8012582B2 (en) * | 2008-09-25 | 2011-09-06 | Halliburton Energy Services, Inc. | Sintered proppant made with a raw material containing alkaline earth equivalent |
| KR101102936B1 (en) * | 2009-08-18 | 2012-01-10 | 이승현 | Micro porous ceramic tile and manufacturing method thereof |
| EP2619154A4 (en) * | 2010-09-21 | 2015-11-25 | Oxane Materials Inc | Light weight proppant with improved strength and methods of making same |
| RU2472837C2 (en) * | 2010-12-02 | 2013-01-20 | Открытое акционерное общество "Боровичский комбинат огнеупоров" | Light proppant |
| RU2509065C1 (en) * | 2012-12-25 | 2014-03-10 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем нефти и газа Сибирского отделения Российской академии наук | Asphalt-concrete mixture based on modified bitumen |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2742891C2 (en) | Method for producing medium-density magnesium silicate proppant and proppant | |
| RU2694363C1 (en) | Ceramic proppant and its production method | |
| US20030148893A1 (en) | Composite silica proppant material | |
| US20160053162A1 (en) | Method of manufacturing of light ceramic proppants and light ceramic proppants | |
| JP2008536781A (en) | Firing aggregate containing IBA and low-calcium silicon aluminum material and method for producing the aggregate | |
| JP2008536781A5 (en) | ||
| US9587170B2 (en) | Proppant material incorporating fly ash and method of manufacture | |
| RU2191169C1 (en) | Charge and method of producing granulated chamotte used as wedging agent | |
| US20070172655A1 (en) | Core for proppant and process for its production | |
| BRPI1010034A2 (en) | method for producing a fine material agglomerate containing metal oxide for use as blast furnace feed material | |
| RU2588634C9 (en) | Method of producing ceramic proppant (versions) | |
| US20170226410A1 (en) | Proppant Material Incorporating Fly Ash and Method of Manufacture | |
| US20170275209A1 (en) | Addition of mineral-containing slurry for proppant formation | |
| RU2394063C1 (en) | Procedure for production of propping agent out of alumina containing raw material | |
| RU2392251C1 (en) | Method for production of aluminosilicate propant and composition thereof | |
| RU2267010C1 (en) | Proppant and a method for manufacturing thereof | |
| RU2133716C1 (en) | Method for producing high-strength spherical ceramic pellets | |
| RU2814680C1 (en) | Method of producing proppant for hydraulic fracturing | |
| RU2203248C1 (en) | Method of manufacturing light-weight high-strength ceramic props | |
| RU2739180C1 (en) | Method of producing magnesium silicate proppant and proppant | |
| RU2014281C1 (en) | Method and charge for granule production | |
| RU2582162C1 (en) | Method of recycling wastes from production of magnesium silicate proppant | |
| WO2014011066A1 (en) | Light ceramic proppants and a method of manufacturing of light ceramic proppants | |
| RU2615197C1 (en) | Magnesium-silicate proppant | |
| RU2433106C2 (en) | Method of producing heat-insulating calcium hexaaluminate material |