WO2017142439A1 - Керамический расклинивающий агент и его способ получения - Google Patents
Керамический расклинивающий агент и его способ получения Download PDFInfo
- Publication number
- WO2017142439A1 WO2017142439A1 PCT/RU2017/000062 RU2017000062W WO2017142439A1 WO 2017142439 A1 WO2017142439 A1 WO 2017142439A1 RU 2017000062 W RU2017000062 W RU 2017000062W WO 2017142439 A1 WO2017142439 A1 WO 2017142439A1
- Authority
- WO
- WIPO (PCT)
- Prior art keywords
- proppant
- magnesium
- firing
- stage
- ceramic
- Prior art date
Links
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 title claims abstract description 40
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title abstract description 17
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 55
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 44
- 238000010304 firing Methods 0.000 claims abstract description 42
- 239000008187 granular material Substances 0.000 claims abstract description 34
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 claims abstract description 30
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 27
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 27
- 238000000227 grinding Methods 0.000 claims abstract description 17
- 239000002243 precursor Substances 0.000 claims abstract description 13
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 31
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 23
- 239000007858 starting material Substances 0.000 claims description 16
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 14
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims description 13
- HCWCAKKEBCNQJP-UHFFFAOYSA-N magnesium orthosilicate Chemical compound [Mg+2].[Mg+2].[O-][Si]([O-])([O-])[O-] HCWCAKKEBCNQJP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 11
- 229910052634 enstatite Inorganic materials 0.000 claims description 10
- BBCCCLINBSELLX-UHFFFAOYSA-N magnesium;dihydroxy(oxo)silane Chemical compound [Mg+2].O[Si](O)=O BBCCCLINBSELLX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 239000004927 clay Substances 0.000 claims description 9
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 claims description 9
- 239000000654 additive Substances 0.000 claims description 7
- 239000006004 Quartz sand Substances 0.000 claims description 6
- 239000004576 sand Substances 0.000 claims description 6
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 claims description 6
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 5
- 239000000391 magnesium silicate Substances 0.000 claims description 5
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 5
- SZVJSHCCFOBDDC-UHFFFAOYSA-N iron(II,III) oxide Inorganic materials O=[Fe]O[Fe]O[Fe]=O SZVJSHCCFOBDDC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 235000019792 magnesium silicate Nutrition 0.000 claims description 4
- 229910052919 magnesium silicate Inorganic materials 0.000 claims description 4
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 claims description 3
- 239000000571 coke Substances 0.000 claims description 3
- GUJOJGAPFQRJSV-UHFFFAOYSA-N dialuminum;dioxosilane;oxygen(2-);hydrate Chemical compound O.[O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3].O=[Si]=O.O=[Si]=O.O=[Si]=O.O=[Si]=O GUJOJGAPFQRJSV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000003245 coal Substances 0.000 claims description 2
- 239000003345 natural gas Substances 0.000 claims description 2
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims description 2
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims description 2
- 239000002994 raw material Substances 0.000 claims description 2
- UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N Iron oxide Chemical compound [Fe]=O UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 21
- 238000005755 formation reaction Methods 0.000 description 13
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N Magnesium oxide Chemical compound [Mg]=O CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 238000001354 calcination Methods 0.000 description 8
- 229910052839 forsterite Inorganic materials 0.000 description 8
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 8
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 description 7
- 239000000395 magnesium oxide Substances 0.000 description 7
- AXZKOIWUVFPNLO-UHFFFAOYSA-N magnesium;oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[Mg+2] AXZKOIWUVFPNLO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 239000011707 mineral Substances 0.000 description 7
- 235000010755 mineral Nutrition 0.000 description 7
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 7
- 239000003921 oil Substances 0.000 description 6
- 230000035699 permeability Effects 0.000 description 6
- 239000000047 product Substances 0.000 description 6
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 5
- 238000005469 granulation Methods 0.000 description 5
- 230000003179 granulation Effects 0.000 description 5
- 235000013980 iron oxide Nutrition 0.000 description 5
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 4
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 4
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 4
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 4
- 230000008569 process Effects 0.000 description 4
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 4
- 238000005245 sintering Methods 0.000 description 4
- FKHIFSZMMVMEQY-UHFFFAOYSA-N talc Chemical compound [Mg+2].[O-][Si]([O-])=O FKHIFSZMMVMEQY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 3
- 230000018044 dehydration Effects 0.000 description 3
- 238000006297 dehydration reaction Methods 0.000 description 3
- 229910052840 fayalite Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 3
- 229910052909 inorganic silicate Inorganic materials 0.000 description 3
- 235000012245 magnesium oxide Nutrition 0.000 description 3
- 229960002366 magnesium silicate Drugs 0.000 description 3
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 2
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910010293 ceramic material Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 2
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 2
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 2
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 2
- 229910052609 olivine Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010450 olivine Substances 0.000 description 2
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 2
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 2
- 238000012216 screening Methods 0.000 description 2
- 239000006104 solid solution Substances 0.000 description 2
- 238000005979 thermal decomposition reaction Methods 0.000 description 2
- 239000003180 well treatment fluid Substances 0.000 description 2
- OMDQUFIYNPYJFM-XKDAHURESA-N (2r,3r,4s,5r,6s)-2-(hydroxymethyl)-6-[[(2r,3s,4r,5s,6r)-4,5,6-trihydroxy-3-[(2s,3s,4s,5s,6r)-3,4,5-trihydroxy-6-(hydroxymethyl)oxan-2-yl]oxyoxan-2-yl]methoxy]oxane-3,4,5-triol Chemical compound O[C@@H]1[C@@H](O)[C@@H](O)[C@@H](CO)O[C@@H]1OC[C@@H]1[C@@H](O[C@H]2[C@H]([C@@H](O)[C@H](O)[C@@H](CO)O2)O)[C@H](O)[C@H](O)[C@H](O)O1 OMDQUFIYNPYJFM-XKDAHURESA-N 0.000 description 1
- LUEWUZLMQUOBSB-FSKGGBMCSA-N (2s,3s,4s,5s,6r)-2-[(2r,3s,4r,5r,6s)-6-[(2r,3s,4r,5s,6s)-4,5-dihydroxy-2-(hydroxymethyl)-6-[(2r,4r,5s,6r)-4,5,6-trihydroxy-2-(hydroxymethyl)oxan-3-yl]oxyoxan-3-yl]oxy-4,5-dihydroxy-2-(hydroxymethyl)oxan-3-yl]oxy-6-(hydroxymethyl)oxane-3,4,5-triol Chemical compound O[C@H]1[C@@H](O)[C@H](O)[C@@H](CO)O[C@H]1O[C@@H]1[C@@H](CO)O[C@@H](O[C@@H]2[C@H](O[C@@H](OC3[C@H](O[C@@H](O)[C@@H](O)[C@H]3O)CO)[C@@H](O)[C@H]2O)CO)[C@H](O)[C@H]1O LUEWUZLMQUOBSB-FSKGGBMCSA-N 0.000 description 1
- 229910000838 Al alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000005995 Aluminium silicate Substances 0.000 description 1
- 241000416162 Astragalus gummifer Species 0.000 description 1
- 101100502610 Caenorhabditis elegans fem-2 gene Proteins 0.000 description 1
- 244000303965 Cyamopsis psoralioides Species 0.000 description 1
- 241000196324 Embryophyta Species 0.000 description 1
- CWYNVVGOOAEACU-UHFFFAOYSA-N Fe2+ Chemical compound [Fe+2] CWYNVVGOOAEACU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920000926 Galactomannan Polymers 0.000 description 1
- 229920002581 Glucomannan Polymers 0.000 description 1
- 229920000084 Gum arabic Polymers 0.000 description 1
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920002472 Starch Polymers 0.000 description 1
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 235000015125 Sterculia urens Nutrition 0.000 description 1
- 240000001058 Sterculia urens Species 0.000 description 1
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920001615 Tragacanth Polymers 0.000 description 1
- 235000010489 acacia gum Nutrition 0.000 description 1
- 239000000205 acacia gum Substances 0.000 description 1
- 235000012211 aluminium silicate Nutrition 0.000 description 1
- 230000000844 anti-bacterial effect Effects 0.000 description 1
- 239000003899 bactericide agent Substances 0.000 description 1
- 229910001570 bauxite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004566 building material Substances 0.000 description 1
- NWXHSRDXUJENGJ-UHFFFAOYSA-N calcium;magnesium;dioxido(oxo)silane Chemical compound [Mg+2].[Ca+2].[O-][Si]([O-])=O.[O-][Si]([O-])=O NWXHSRDXUJENGJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 239000001913 cellulose Substances 0.000 description 1
- 229920002678 cellulose Polymers 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 239000002817 coal dust Substances 0.000 description 1
- 239000013065 commercial product Substances 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 description 1
- 230000008025 crystallization Effects 0.000 description 1
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 1
- 229910052637 diopside Inorganic materials 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
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 239000000428 dust Substances 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 239000003995 emulsifying agent Substances 0.000 description 1
- 230000005496 eutectics Effects 0.000 description 1
- 238000009851 ferrous metallurgy Methods 0.000 description 1
- 239000003337 fertilizer Substances 0.000 description 1
- 238000011049 filling Methods 0.000 description 1
- 238000005194 fractionation Methods 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 229940046240 glucomannan Drugs 0.000 description 1
- 150000004676 glycans Chemical class 0.000 description 1
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 238000010348 incorporation Methods 0.000 description 1
- 229910052738 indium Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000008595 infiltration Effects 0.000 description 1
- 238000001764 infiltration Methods 0.000 description 1
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 1
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- VBMVTYDPPZVILR-UHFFFAOYSA-N iron(2+);oxygen(2-) Chemical class [O-2].[Fe+2] VBMVTYDPPZVILR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 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 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 235000012243 magnesium silicates Nutrition 0.000 description 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 238000005272 metallurgy Methods 0.000 description 1
- 229910052901 montmorillonite Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052863 mullite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000025 natural resin Substances 0.000 description 1
- 238000009856 non-ferrous metallurgy Methods 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 238000004806 packaging method and process Methods 0.000 description 1
- 230000000149 penetrating effect Effects 0.000 description 1
- 229920001282 polysaccharide Polymers 0.000 description 1
- 239000005017 polysaccharide Substances 0.000 description 1
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 1
- 230000002028 premature Effects 0.000 description 1
- 238000004321 preservation Methods 0.000 description 1
- 229910052611 pyroxene Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000012429 reaction media Substances 0.000 description 1
- 239000011819 refractory material Substances 0.000 description 1
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 1
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 1
- 239000012266 salt solution Substances 0.000 description 1
- 238000004062 sedimentation Methods 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002893 slag Substances 0.000 description 1
- 239000011343 solid material Substances 0.000 description 1
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 1
- 239000007921 spray Substances 0.000 description 1
- 239000003381 stabilizer Substances 0.000 description 1
- 239000008107 starch Substances 0.000 description 1
- 235000019698 starch Nutrition 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
- 239000004575 stone Substances 0.000 description 1
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 1
- 239000004094 surface-active agent Substances 0.000 description 1
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- 239000003017 thermal stabilizer Substances 0.000 description 1
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 1
- OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N titanium oxide Inorganic materials [Ti]=O OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 235000010487 tragacanth Nutrition 0.000 description 1
- 239000000196 tragacanth Substances 0.000 description 1
- 229940116362 tragacanth Drugs 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
- 238000004876 x-ray fluorescence Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/626—Preparing or treating the powders individually or as batches ; preparing or treating macroscopic reinforcing agents for ceramic products, e.g. fibres; mechanical aspects section B
- C04B35/62605—Treating the starting powders individually or as mixtures
- C04B35/62695—Granulation or pelletising
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/01—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics
- C04B35/16—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on silicates other than clay
- C04B35/18—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on silicates other than clay rich in aluminium oxide
- C04B35/195—Alkaline earth aluminosilicates, e.g. cordierite or anorthite
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/01—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics
- C04B35/16—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on silicates other than clay
- C04B35/20—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on silicates other than clay rich in magnesium oxide, e.g. forsterite
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/01—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics
- C04B35/26—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on ferrites
- C04B35/2608—Compositions containing one or more ferrites of the group comprising manganese, zinc, nickel, copper or cobalt and one or more ferrites of the group comprising rare earth metals, alkali metals, alkaline earth metals or lead
- C04B35/2625—Compositions containing one or more ferrites of the group comprising manganese, zinc, nickel, copper or cobalt and one or more ferrites of the group comprising rare earth metals, alkali metals, alkaline earth metals or lead containing magnesium
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/626—Preparing or treating the powders individually or as batches ; preparing or treating macroscopic reinforcing agents for ceramic products, e.g. fibres; mechanical aspects section B
- C04B35/62605—Treating the starting powders individually or as mixtures
- C04B35/62645—Thermal treatment of powders or mixtures thereof other than sintering
- C04B35/62655—Drying, e.g. freeze-drying, spray-drying, microwave or supercritical drying
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/626—Preparing or treating the powders individually or as batches ; preparing or treating macroscopic reinforcing agents for ceramic products, e.g. fibres; mechanical aspects section B
- C04B35/62605—Treating the starting powders individually or as mixtures
- C04B35/62645—Thermal treatment of powders or mixtures thereof other than sintering
- C04B35/6268—Thermal treatment of powders or mixtures thereof other than sintering characterised by the applied pressure or type of atmosphere, e.g. in vacuum, hydrogen or a specific oxygen pressure
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/64—Burning or sintering processes
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/71—Ceramic products containing macroscopic reinforcing agents
- C04B35/78—Ceramic products containing macroscopic reinforcing agents containing non-metallic materials
- C04B35/80—Fibres, filaments, whiskers, platelets, or the like
- C04B35/82—Asbestos; Glass; Fused silica
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
- C09K8/00—Compositions for drilling of boreholes or wells; Compositions for treating boreholes or wells, e.g. for completion or for remedial operations
- C09K8/60—Compositions for stimulating production by acting on the underground formation
- C09K8/80—Compositions for reinforcing fractures, e.g. compositions of proppants used to keep the fractures open
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
- E21B43/00—Methods or apparatus for obtaining oil, gas, water, soluble or meltable materials or a slurry of minerals from wells
- E21B43/25—Methods for stimulating production
- E21B43/26—Methods for stimulating production by forming crevices or fractures
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
- E21B43/00—Methods or apparatus for obtaining oil, gas, water, soluble or meltable materials or a slurry of minerals from wells
- E21B43/25—Methods for stimulating production
- E21B43/26—Methods for stimulating production by forming crevices or fractures
- E21B43/267—Methods for stimulating production by forming crevices or fractures reinforcing fractures by propping
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
- C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
- C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
- C04B2235/32—Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
- C04B2235/327—Iron group oxides, their mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof
- C04B2235/3272—Iron oxides or oxide forming salts thereof, e.g. hematite, magnetite
- C04B2235/3274—Ferrites
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
- C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
- C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
- C04B2235/34—Non-metal oxides, non-metal mixed oxides, or salts thereof that form the non-metal oxides upon heating, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
- C04B2235/3418—Silicon oxide, silicic acids, or oxide forming salts thereof, e.g. silica sol, fused silica, silica fume, cristobalite, quartz or flint
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
- C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
- C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
- C04B2235/34—Non-metal oxides, non-metal mixed oxides, or salts thereof that form the non-metal oxides upon heating, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
- C04B2235/349—Clays, e.g. bentonites, smectites such as montmorillonite, vermiculites or kaolines, e.g. illite, talc or sepiolite
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
- C04B2235/65—Aspects relating to heat treatments of ceramic bodies such as green ceramics or pre-sintered ceramics, e.g. burning, sintering or melting processes
- C04B2235/658—Atmosphere during thermal treatment
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
- C04B2235/65—Aspects relating to heat treatments of ceramic bodies such as green ceramics or pre-sintered ceramics, e.g. burning, sintering or melting processes
- C04B2235/66—Specific sintering techniques, e.g. centrifugal sintering
- C04B2235/661—Multi-step sintering
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
- C04B2235/70—Aspects relating to sintered or melt-casted ceramic products
- C04B2235/74—Physical characteristics
- C04B2235/77—Density
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
- C04B2235/70—Aspects relating to sintered or melt-casted ceramic products
- C04B2235/80—Phases present in the sintered or melt-cast ceramic products other than the main phase
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
- C04B2235/70—Aspects relating to sintered or melt-casted ceramic products
- C04B2235/96—Properties of ceramic products, e.g. mechanical properties such as strength, toughness, wear resistance
Definitions
- the invention relates to the field of oil and gas industry, in particular to the technology of manufacturing ceramic proppants intended for use in oil or gas production by hydraulic fracturing - hydraulic fracturing.
- Hydraulic fracturing is a way to increase well productivity in oil or gas production. It involves the injection of fluids into an oil or gas-bearing underground formation at sufficiently high speeds and pressures in order to form cracks in the formation, increasing the flow of fluids from the oil or gas reservoir into the well.
- proppants - sphere-like granules proplates
- a proppant is a solid material designed to keep induced hydraulic fracturing open during or after a fracturing process.
- proppants are added to the well treatment fluids, which are then injected into underground formations.
- Well treatment fluids may vary in composition depending on the type of formation.
- Traditional proppants include materials such as sand (the most common type), nutshell, aluminum and aluminum alloys, crushed coke, granular slag, coal dust, crushed stone, granules metal such as steel, sintered bauxite, sintered alumina, refractory materials such as mullite, and glass granules, as well as artificial ceramic materials and polymers.
- ceramic proppants generally have advantageous characteristics relative to many other types of materials, for example, in the context of their strength and uniformity of size and shape.
- proppant proppants which are ceramic spherical granules of sintered kaolin clay containing oxides of aluminum, silicon, iron and titanium, and the oxides in these granules are present in the following proportions, wt.%: alumina - 25-40, silicon oxide - 50-65, iron oxide - 1, 6 and titanium oxide - 2.6.
- this proppant has insufficient strength and is intended only for wells of intermediate depth with a pressure of less than 8000 psi.
- RF patent 2235702 C2 shows a similar process in which the composition of the magnesium silicate precursor consists of magnesium metasilicate with approximately 40% w / w. MDO and approximately 60% wt./wt. S1O2. Due to the very narrow sintering range (LTmax, from 10 to 20 ° C), the manufacture of such proppants is difficult and expensive. Also, due to the narrow sintering temperature range, firing in a rotary kiln under standard industrial conditions will lead to the production of underburned porous proppant particles and overbaked molten proppant particles.
- LTmax very narrow sintering range
- the actually achieved strength, acid resistance and hydrothermal stability of proppants obtained under industrial conditions are noticeably lower than for batches obtained under laboratory conditions.
- the narrow sintering range requires a greater exposure of the proppant material to the sintering temperature to achieve a uniform temperature distribution. This leads to the growth of crystals of magnesium metasilicate and phase transformation during the cooling process, which also reduces the quality of the resulting proppant.
- a disadvantage of the known method and the product obtained from it is that the proppant obtained has reduced mechanical characteristics, in particular strength values, which also leads to a decrease in the proppant layer permeability at elevated pressures.
- the objective of the present invention is to obtain a ceramic proppant (proppant particles) with high performance and low cost.
- the tasks are achieved by obtaining a ceramic proppant in accordance with a new method for producing a ceramic proppant, which allows the internal structure of the agent to be modified to give it preferential properties.
- the present invention relates to a method for producing a ceramic proppant, comprising
- a) preparation including grinding of raw materials containing magnesium-containing material, and auxiliary materials to obtain a mixture;
- the present invention relates to a ceramic proppant obtained by the above production method.
- the present invention relates to a ceramic proppant, characterized by a content of enstatite from 50 to 80 wt.% And magnesioferrite from 4 to 8 wt.%.
- the present invention relates to a method for processing a subterranean formation, including
- the present invention relates to the use of a ceramic proppant for fracturing an underground circuit board.
- the present invention relates to a method for producing proppant and proppant, which has improved performance and can be obtained using inexpensive and affordable ceramic materials.
- the proppant or proppant is a granular material, in particular ceramic granules of a substantially spherical shape.
- Magnesium-containing material in particular minerals based on magnesium silicates and possibly iron (can also be referred to as magnesium-silicate materials or magnesia-containing materials), can be used as a starting material for producing a proppant as a result of grinding, granulation, and calcination.
- Non-limiting examples of such materials include various representatives of peridotite class minerals, including olivines, dunite, serpentinite, used as starting materials for the production of ceramic proppants, as well as forsterite, enstatite and fayalite minerals present in them or formed as a result of firing, etc.
- auxiliary materials, materials and additives are used, for example, silica-containing components such as silica sand, hydromica and montmorillonite clays, or refractory clays.
- the granule size of the finished proppant is 0.4-1.7 mm. This size is not limiting and granules of any size can be obtained, depending on the specific application or requirements for a particular well.
- proppant granules should satisfy the following characteristics: bulk density in the range from 1, 3 to 1, 9 g / cm3, preservation of integrity and permeability at pressures from 5000 to 15000 psi, sphericity and roundness, acid resistance as described in GOST R 54571 -2011 "Payment of magnesia-quartz.”
- step a) of preparing the starting materials may include grinding, for example, grinding the starting materials.
- the amount of initial magnesium-containing material in the charge is from 45% to 70 wt.% And the amount of auxiliary materials is up to 55 wt.%
- the charge may contain quartz sand in an amount of from 30 wt.% To 55 wt.% By weight charge, hydromica and / or montmorillonite clay in an amount of from 0 to 10 wt.% by weight of the charge, and refractory clay in an amount of from 0 to 10 wt.% of the weight of the charge.
- Grinding can be carried out by any method known to specialists in this field of technology.
- the grinding is carried out in ball tube mills. It is also preferable to co-grind the magnesium-containing material and the auxiliary material.
- auxiliary materials can be pre-dried, in particular quartz sand, usually dried to a moisture content of less than 1% in a tumble dryer or similar devices.
- grinding is carried out to a maximum particle size of less than 40 microns, with at least 50% of the particles must have a size of less than 10 microns.
- Stage a) preparation of the starting materials may also include mixing the crushed starting materials with water to obtain a slip.
- the specified slip with a moisture content of 33-40% can be further ground, for example, in wet ball mills to a maximum particle size of less than 30 microns.
- the resulting slip is dried, for example, in tower spray dryers (BRS), to obtain a mixture (press powder) with a moisture content of 13-20%.
- BTS tower spray dryers
- a detailed description of the techniques for preparing the starting materials and compositions for producing ceramic products can also be found in the books Strelov K.K., Mamykin P.S. Refractory Technology, 4th Edition, Revised. and add. - Moscow, Metallurgy, 1988 .-- 528 s, V.L. Balkevich "Technical ceramics", Publishing house of building literature, Moscow - 1968, K.A. Nohratyan. "Drying and firing in the construction ceramics industry.” State publishing house of literature on construction, architecture and building materials.
- step b) is used to granulate the mixture to obtain proppant precursor granules with a specific granule size, for example, 0.5-2 mm.
- Granulation can be carried out by any method and in any equipment known to specialists in this field of technology.
- suitable equipment is plate-type translators.
- the method may further include drying and screening by size (fractionation) of the proppant precursor granules to separate and return granules that do not meet the required characteristics to stage a) of preparation.
- size fractionation
- the mixture before firing, the mixture is sifted into several fractions - 0.5-0.8 mm, 0.7-1, 0 mm, 0.9-1, 2 mm, 1, 1-1, 7 mm or 1, 6 -2.0 mm, and each of the fractions is fired separately.
- Description W methods and equipment for granulation can also be found in Kochetkov VN, Granulation of mineral fertilizers, M., "Chemistry", - 1975, 224s.
- the final step in producing a proppant is step c) firing the proppant precursor granules.
- Calcination is typically carried out at a temperature of from about 1200 ° C. to about 1350 ° C. for a period of time sufficient to provide spherical ceramic granules.
- the specific time and temperature will vary depending on the starting material used and the particular equipment.
- Optimum time and temperature firing for a specific composition of the starting material can be determined empirically in accordance with the results of physical tests of the obtained granules after firing. for example, firing can be carried out in a traditional rotary kiln. Description of firing equipment can also be found in P. S. Mamykin, P. V. Levchenko, K. K.
- the inventors of the present invention unexpectedly found that ceramic proppants with higher performance, in particular with increased strength, permeability and reduced bulk density, can be obtained through an additional preliminary calcination step, i.e., heat treatment of the magnesium-containing material in a reducing atmosphere .
- Preliminary firing is generally carried out to remove chemically bound moisture (dehydration) from the starting minerals in order to facilitate granulation and final firing.
- the method according to the present invention includes the step of pre-firing the magnesium-containing material in a reducing atmosphere.
- the pre-calcination step is carried out before step a) of preparing the starting materials.
- the inventors have found that conducting preliminary firing before stage a) may be preferable from the point of view of reducing the energy consumption for grinding the magnesium-containing material due to loosening of the magnesium-containing material during the preliminary firing.
- the preliminary calcination step is carried out at a temperature of from about 900 ° C to about 1,100 ° C in a reducing atmosphere.
- a reducing (weakly reducing) atmosphere means a reaction medium (atmosphere) with an oxygen content of less than 5 mass. %, preferably less than 2-3 mass. %
- a reducing atmosphere in the pre-calcination zone can be achieved by introducing a carbon-containing additive selected from the group including, for example, natural gas, coal, coke, or mixtures thereof.
- a carbon-containing additive selected from the group including, for example, natural gas, coal, coke, or mixtures thereof.
- the proposed method is not limited to these additives, and a specialist in this field can use any means and methods to ensure a reducing atmosphere in the firing zone.
- the pre-firing step can be carried out in any firing furnaces known to those skilled in the art, however, the use of shaft furnaces is preferable since it is not possible to create a reducing atmosphere in common rotary kilns.
- preliminary firing in shaft furnaces is accompanied by a distributed air supply to maintain combustion in the zones of the furnace. Part of the air is fed through the discharge grill at the bottom of the furnace, part of the air is fed through additional windows above the firing zone. In the combustion zone serves natural a gas or other agent or additive providing a reducing atmosphere in the reaction zone, as defined herein.
- Preliminary firing in a shaft furnace is also characterized by a low specific energy consumption and a reduction in dust losses compared to firing of magnesium-containing material in rotary kilns.
- magnesioferrite is a passivated element that does not participate in the formation of a given structure during the final firing of proppant precursor granules.
- conducting preliminary firing in a reducing atmosphere prevents undesirable oxidation of FeO, and as a result, the formation of magnesioferrite, to the stage of final firing.
- the increase in characteristics, especially strength, proppant is achieved due to the formation of the precursor granules during the final firing proppant in an oxidizing atmosphere, along with quartz, other crystalline phases - enstatites with embedded in magnesioferrites.
- iron oxide FeO remains in the form of a solid solution of magnesium oxides and iron oxides MgO * FeO.
- serpentinite begins at temperatures above 700 ° C, and the process intensifies with increasing temperature. At the same time, the material is loosened, which, as indicated earlier, can improve productivity during grinding.
- the inventors believe that incorporation into the crystal lattice of a more active, compared with Fe 2 03, FeO allows get a stronger structure.
- the inventors also found that the Mg2Si04 - MdRegS eutectic has a lower melting point, and therefore provides a reduction in energy costs when firing the finished product.
- the proppant obtained can be characterized by a content of magnesium-containing material, in particular from 50% to 80% by weight of enstatite (clinoenstatite) and 4-8% by weight of magnesioferrite.
- the composition of the finished proppant may also include magnetite in an amount of from 0.5-2 wt.%. The remainder may be diopside, pyroxene, quartz, and other minerals, depending on the presence of impurities in the sand and magnesium-containing material.
- a proppant characterized by a content of enstatite (clinoenstatite) from 50 to 80% and magnesioferrite 4-8%, has advantageous properties, namely, significantly higher strength, reduced bulk density, good permeability as well as hydrothermal stability.
- the present invention also relates to a ceramic proppant obtained by the method described above.
- the invention also relates to a method for treating a subterranean formation using the obtained ceramic proppant, including a) providing a ceramic proppant, b) mixing said ceramic proppant with hydraulic fracturing fluid (hydraulic fracturing), c) introducing the mixture into the subterranean formation.
- hydraulic fracturing fluid hydraulic fracturing
- the water-based, highly viscous, aqueous fluid used in hydraulic fracturing is typically thickened further using high molecular weight natural resins, such as galactomannan or glucomannan resins (guar), acacia gum karaya, tragacanth, etc., natural polysaccharides such as starch, cellulose and their derivatives.
- the working fluid must be chemically stable and viscous enough to hold the proppant in suspension while it is subjected to shear deformation and heating in the ground equipment, in the well pipe system, perforation channels and in the fracture itself, to prevent premature proppant sedimentation and, as a result, crack closure.
- the composition of the hydraulic fluid can include “staplers” of a linear gel; destructors providing controlled degradation of the high-viscosity polymer to liquid fluid for simplified hydraulic fluid withdrawal from the well, as well as thermal stabilizers, pH adjusting additives, surfactants, bactericides, emulsifiers and demulsifiers, additives that reduce infiltration, clay stabilizers, etc. .d.
- the present invention also relates to the use of a ceramic proppant for fracturing an underground circuit board.
- Dunite was preliminarily fired in a laboratory furnace at a temperature of 1000 ° C in an oxidizing atmosphere, then it was ground together with quartz sand and low-melting clay in a ratio of 48: 48: 4 weight percent to a size of 40 ⁇ m or less. After that, the obtained material was granulated on a laboratory granulator to a fraction of 1, 1-1, 7 mm. The material dried at 120 ° C was calcined at various temperatures and scattered. Quality indicators were tested in accordance with the requirements of ISO 13503-2: 2006 for crushing resistance (mass fraction of broken granules) at a specific pressure of 10,000 psi and bulk density was determined. The indicators are shown in table 1. Comparison Example 2.
- serpentinite As a magnesium-containing component, serpentinite, previously calcined at a temperature of 1250–1300 ° C in an oxidizing atmosphere in a rotary kiln, was used. Samples were prepared as in example 1.
- dunite As a magnesium-containing component, dunite was used, previously calcined at a temperature of 950-1050 ° C in a reducing atmosphere in a shaft furnace. Samples were prepared as in example 1.
- dunite As a magnesium-containing component, dunite was used, previously calcined at a temperature of 950-1050 ° C in a reducing atmosphere in a shaft furnace. Samples were prepared as in example 1 with a ratio of dunite, sand and clay of 65: 30: 5 weight percent.
- the finished samples were investigated in order to determine the quantitative phase composition on an ART 9900 Workstation X-ray fluorescence spectrometer with an integrated diffraction system.
- the content of enstatite was 63.8-67.9% and magnesioferrite 2.4-3.6%. Moreover, magnetites in the amount of 3.1-4.5% are present in the phase composition.
- the content of enstatite was 66.3% and 74.6%, respectively, of magnesioferrite 5.2-5.6%, magnetite 0.8-1, 5%, with a high content of magnesioferrites and a low content of magnetite speaks of a more complete reaction to incorporate iron into the crystal lattice of enstatite.
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Structural Engineering (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Mining & Mineral Resources (AREA)
- Geology (AREA)
- General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Fluid Mechanics (AREA)
- Geochemistry & Mineralogy (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
- Silicates, Zeolites, And Molecular Sieves (AREA)
Abstract
Изобретение относится к способу получения керамического расклинивающего агента, включающий стадию подготовки исходной шихты, включающей измельчение исходных материалов, в частности магнийсодержащих материалов, и вспомогательных материалов с получением шихты, гранулирования шихты с получением гранул предшественника расклинивающего агента; и обжиг гранул предшественника расклинивающего агента с получением гранул расклинивающего агента, где способ включает стадию предварительного обжига магнийсодержащего материала в восстановительной атмосфере. Изобретение также относится к керамическому расклинивающему агенту, полученному указанному способу.
Description
КЕРАМИЧЕСКИЙ РАСКЛИНИВАЮЩИЙ АГЕНТ И ЕГО СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ
Область техники
Изобретение относится к области нефтегазодобывающей промышленности, а именно к технологии изготовления керамических расклинивающих агентов, предназначенных для использования при добыче нефти или газа методом гидравлического разрыва пласта - ГРП.
Уровень техники
Гидравлический разрыв представляет собой способ увеличения производительности скважин при добыче нефти или газа. Он предполагает нагнетание жидкостей в нефтеносный или газоносный подземный пласт при достаточно высоких скоростях и давлениях с целью образования в пласте трещин, увеличивающих поток текучих сред из нефтяного или газового резервуара в скважину.
Для поддержания трещин в разомкнутом состоянии в них вводят механически прочные, не взаимодействующие со скважинной жидкостью, расклинивающие агенты - сфероподобные гранулы (проплаты), которые, проникая с жидкостью в трещину и, по меньшей мере, частично заполняя ее, создают прочный расклинивающий каркас, проницаемый для нефти и газа, выделяемых из пласта.
В целом, расклинивающий агент представляет собой твердый материал, предназначенный для поддержания индуцированного гидравлического разрыва открытым во время или после процесса гидроразрыва. Для проведения гидроразрыва расклинивающие агенты добавляют в жидкости для обработки скважины, которые затем вводят в подземные пласты. Жидкости для обработки скважины могут различаться по составу в зависимости от типа пласта. Традиционные расклинивающие агенты включают такие материалы, как песок (наиболее распространенный тип), ореховую скорлупу, алюминий и алюминиевые сплавы, дробленый кокс, гранулированный шлак, угольную пыль, щебень, гранулы
металла, такого как сталь, спеченных бокситов, спеченного глинозема, огнеупорных материалов, таких как муллит, и стеклянные гранулы, а также искусственные керамические материалы и полимеры.
Важность выбора подходящего для конкретной скважины материала обусловлена тем, что расклинивающие агенты должны противостоять не только высокому пластовому давлению, стремящемуся деформировать частицы проппанта, что может привести к смыканию трещины, но и выдерживать действия агрессивной скважинной среды (влага, кислые газы, солевые растворы) при высоких температурах.
Было обнаружено, что керамические расклинивающие агенты в целом обладают преимущественными характеристики относительно многих других видов материалов, например, в контексте их прочности и однородности размеров и формы.
Тем не менее, несмотря на то, что керамические расклинивающие агенты являются достаточно прочными и эффективным, и могут производиться экономически эффективным способами, существует потребность в создании новых расклинивающих агентов, обладающих улучшенными механическими характеристиками, такими как прочность, проницаемость, удельный вес (насыпная плотность), гидротермальная стабильность и кислотостойкость, а также эффективных способов их получения.
Известны технические решения для получения расклинивающих агентов, а именно, расклинивающий проппант (патент US Ns5188175), представляющий собой керамические гранулы сферической формы из спеченной каолиновой глины, содержащей оксиды алюминия, кремния, железа и титана, причем оксиды в данных гранулах присутствуют в следующих соотношениях, мас.%: оксида алюминия - 25-40, оксида кремния - 50-65, оксида железа - 1 ,6 и оксида титана - 2,6. Однако данный расклинивающий агент обладает недостаточной прочностью и предназначен только для скважин промежуточной глубины с давлением менее 8000 psi.
Кроме того из патента РФ 2235703 С1 известен способ получения керамических расклинивающих наполнителей, выполненных из магний- силикатного материала с содержанием форстерита от 55 до 80% мас./мас. Согласно данному способу исходный керамический материал на основе форстерита измельчают, гранулируют и обжигают при температуре от 1150 до 1350°С.
Недостатком известного способа является то, что в гидротермальных условиях форстерит частично гидратируется, поэтому механическая прочность гранул расклинивающего агента заметно снижается.
В патенте РФ 2235702 С2 показан схожий способ, в котором состав магний- силикатного предшественника состоит из метасиликата магния с приблизительно 40% мас./мас. МдО и приблизительно 60% мас./мас. S1O2. Из-за очень узкого диапазона спекания (ЛТмакс, от 10 до 20°С) изготовление таких расклинивающих наполнителей является сложным и дорогостоящим. Также вследствие узкого диапазона температуры спекания обжиг во вращающейся печи в стандартных промышленных условиях будет приводить к получению недообожженных пористых частиц расклинивающего наполнителя и переобожженных расплавленных частиц расклинивающего наполнителя.
Таким образом, реально достигаемые прочность, кислотоустойчивость и гидротермальная стабильность полученных в промышленных условиях расклинивающих наполнителей заметно ниже, чем для партий, полученных в лабораторных условиях. Кроме того, узкий диапазон спекания требует большей выдержки материала расклинивающего наполнителя при температуре спекания для достижения равномерного распределения температуры. Это приводит к росту кристаллов метасиликата магния и фазовому превращению во время процесса охлаждения, что также снижает качество получаемого расклинивающего наполнителя.
Таким образом, недостатком известного способа и полученного по нему продукта является то, что получаемый проппант имеет пониженные механические
характеристики, в частности значения прочности, что также приводит к снижению проницаемости слоя проппантов при повышенных давлениях.
Задача настоящего изобретения состоит в получении керамического расклинивающего агента (частиц проппанта) с высокими эксплуатационными характеристиками и низкой себестоимостью.
В частности, задачей настоящего изобретения является обеспечение нового расклинивающего агента с улучшенными свойствами и экономичного и энергоэффективного способа получения керамического расклинивающего агента, позволяющего получить расклинивающий агент с повышенной прочностью, сниженной насыпной плотностью, хорошей проницаемостью, гидротермальной стабильностью и кислотостойкостью.
Краткое описание изобретения
Поставленные задачи достигается путем получения керамического расклинивающего агента в соответствии с новым способом получения керамического расклинивающего агента, позволяющим модифицировать внутреннюю структуру агента с приданием ему преимущественных свойств.
В одном из аспектов настоящее изобретение относится к способу получения керамического расклинивающего агента, включающему
а) подготовку, включающую измельчение исходных материалов, содержащих магнийсодержащий материал, и вспомогательных материалов с получением шихты;
б) гранулирование шихты с получением гранул предшественника расклинивающего агента; и
в) обжиг гранул предшественника расклинивающего агента с получением гранул расклинивающего агента;
причем важной особенностью указанного способа является проведение стадии предварительного обжига магнийсодержащего материала в восстановительной атмосфере.
В другом аспекте настоящее изобретение относится к керамическому расклинивающему агенту, полученному по указанному выше способу получения.
В еще одном аспекте настоящее изобретение относится керамическому расклинивающему агенту, характеризующемуся содержанием энстатита от 50 до 80 масс.% и магнезиоферрита от 4 до 8 масс.%.
Кроме того, настоящее изобретение относится к способу обработки подземного пласта, включающему
а) обеспечение керамического расклинивающего;
б) смешивание указанного керамического расклинивающего агента с рабочей жидкостью ГРП (жидкостью для гидроразрыва пласта);
в) введение смеси со стадии б) в подземный пласт.
Также, в одном из аспектов настоящее изобретение относится применению керамического расклинивающего агента для гидроразрыва подземного плата.
Подробное описание изобретения
Настоящее изобретение относится к способу получения расклинивающего агента и расклинивающему агенту, который обладает улучшенными эксплуатационными характеристиками и может быть получен с использованием недорогих и доступных керамических материалов.
В настоящем описании, расклинивающий агент или проппант представляет собой гранулообразный материал, в частности керамические гранулы по существу сферической формы. В качестве исходного материала для получения расклинивающего агента в результате измельчения, гранулирования и обжига можно использовать магнийсодержащий материал, в частности минералы на основе силикатов магния и возможно железа (могут также именоваться как магнийсиликатные материалы или магнезиальносодержащие материалы). Неограничивающими примерами таких материалов могут служить различные представители минералов класса перидотитов, в том числе оливины, дунит,
серпентинит, используемые в качестве исходных веществ для получения керамических проппантов, а также присутствующие в них или формирующиеся в результате обжига минералы форстерит, энстатит и фаялит и т.д. В качестве вспомогательных материалов используют материалы и добавки, например, кремнеземсодержащие компоненты, такие как кварцевый песок, гидрослюдистые и монтмориллонитовые глины или огнеупорные глины.
Размер гранул готового расклинивающего агента, как правило, составляет 0,4-1 ,7 мм. Данный размер не является ограничивающим и могут быть получены гранулы любого размера, в зависимости от конкретной области применения или требований для конкретной скважины. В целом, гранулы расклинивающих агентов должны удовлетворять следующим характеристикам: объемная плотность в диапазоне от 1 ,3 до 1 ,9 г/смЗ, сохранение целостности и проницаемости при давлениях от 5000 до 15000 psi, сферичность и округлость, кислотостойкость как описано в ГОСТ Р 54571-2011 «Проплаты магнезиально-кварцевые».
Согласно предложенному способу получения расклинивающего агента на первой стадии а) проводят подготовку, например измельчение или помол, исходных материалов, содержащих магнийсодержащий материал, и вспомогательных материалов, таких как кремнеземсодержащие компоненты, например, кварцевый песок, с получением шихты исходных материалов. Так, согласно способу стадия а) подготовки исходных материалов может включать измельчение, например, помол исходных материалов. Согласно предложенному способу количество исходного магнийсодержащего материала в шихте составляет от 45% до 70 масс.% и количество вспомогательных материалов составляет до 55 масс.%, в частности шихта может содержать кварцевый песок в количестве от 30 масс.% до 55 масс.% от массы шихты, гидрослюдистые и/или монтмориллонитовые глины в количестве от 0 до 10 масс.% от массы шихты, и огнеупорные глины в количестве от 0 до 10 масс.% от массы шихты.
Измельчение можно проводить любым способом, известным специалистам в данной области техники. Предпочтительно измельчение проводят в шаровых трубных мельницах. Также предпочтительно проводят совместное измельчение магнийсодержащего материала и вспомогательного материала. Перед
измельчением вспомогательные материалы можно предварительно высушить, в частности кварцевый песок, как правило, высушивают до влажности менее 1% в сушильном барабане или аналогичных устройствах Предпочтительно измельчение проводят до максимального размера частиц менее 40 мкм, при этом не менее 50% частиц должны иметь размер менее 10 мкм.
Стадия а) подготовки исходных материалов может также включать смешивание измельченных исходных материалов с водой с получением шликера. Указанный шликер с влажностью 33-40% можно дополнительно измельчать, например, в шаровых мельницах мокрого помола до максимального размера частиц менее 30 мкм. После чего полученный шликер подвергают сушке, например, в башенных распылительных сушилах (БРС), с получением шихты (пресс-порошка) с влажностью 13-20%. Подробное описание методик для подготовки исходных материалов и композиций для получения керамических изделий могут быть также найдено в книгах Стрелов К.К., Мамыкин П.С. Технология огнеупоров, 4-е издание, перераб. и доп. - Москва, Металлургия, 1988. - 528 с, В.Л. Балкевич «Техническая керамика», Издательство литературы по строительству, Москва - 1968, К.А. Нохратян. «Сушка и обжиг в промышленности строительной керамики». Государственное издательство литературы по строительству, архитектуре и строительным материалам. Москва - 1962.
После стадии подготовки осуществляют стадию б) гранулирования шихты с получением гранул предшественника расклинивающего агента с определенным размером гранул, например, 0,5-2 мм. Гранулирование можно проводить любым способом и в любом оборудовании, известном специалистам в данной области техники. Одним из примеров подходящего оборудования являются трансляторы тарельчатого типа.
Способ может дополнительно включать сушку и отсев по размеру (фракционирование) гранул предшественника расклинивающего агента с отделением и возвратом гранул, не соответствующих требуемым характеристикам, на стадию а) подготовки. Как правило, перед обжигом смесь рассевают на несколько фракций - 0,5-0,8 мм, 0,7-1 ,0 мм, 0,9-1 ,2 мм, 1 ,1-1 ,7 мм или 1 ,6-2,0 мм, причем каждую из фракций обжигают по отдельности. Описание
W методик и оборудования для гранулирования может быть также найдено в Кочетков В.Н., Гранулирование минеральных удобрений, М., "Химия", - 1975, 224с.
Заключительной стадией получения расклинивающего агента является стадия в) обжига гранул предшественника расклинивающего агента. Обжиг как правило проводят при температуре от примерно 1200 °С до примерно 1350 "С в течение периода времени, достаточного, чтобы обеспечить получение сферических керамических гранул. Конкретный срок и температура будут варьироваться в зависимости от используемого исходного материала и конкретного оборудования. Оптимальное время и температуру обжига для конкретного состава исходного материала можно определить эмпирически в соответствии с результатами физических испытаний полученных гранул после обжига. Обжиг проводят в окислительной атмосфере. Например, обжиг может быть проведен в традиционной вращающейся печи. Описание оборудования для обжига может быть также найдено в П. С. Мамыкин, П.В. Левченко, К.К. Стрелов, «Печи и сушила огнеупорных заводов». Государственное научно-техническое издательство литературы по черной и цветной металлургии, Свердловское отделение, Свердловск 1963. По окончании может быть проведен отсев гранул расклинивающего агента требуемого размера и фасовка товарного продукта в емкость для хранения.
При этом авторами настоящего изобретения было неожиданно обнаружено, что керамические расклинивающие агенты с более высокими эксплуатационными характеристиками, в частности с повышенной прочностью, проницаемостью и пониженной насыпной плотностью, могут быть получены посредством проведения дополнительной стадии предварительного обжига, то есть термической обработки магнийсодержащего материала в восстановительной атмосфере. Предварительный обжиг в целом проводят для удаления химически связанной влаги (дегидратации) из исходных минералов с целью облегчения проведения гранулирования и конечного обжига. Однако, как было обнаружено, его проведение в восстановительной атмосфере связано с приданием конечным продуктам улучшенных свойств.
Таким образом, способ согласно настоящему изобретению включает стадию предварительного обжига магнийсодержащего материала в восстановительной атмосфере.
Согласно предпочтительному варианту реализации, стадию предварительного обжига проводят перед стадией а) подготовки исходных материалов. Авторы изобретения обнаружили, что проведение предварительного обжига перед стадией а) может быть предпочтительным с точки зрения снижения энергозатрат на измельчение магнийсодержащего материала вследствие разрыхления магнийсодержащего материала в ходе предварительного обжига.
Далее, в способе согласно настоящему изобретению стадию предварительного обжига проводят при температуре от примерно 900 °С до примерно 1 100 °С в восстановительной атмосфере. В настоящем способе восстановительная (слабо восстановительная) атмосфера означает среду для реакции (атмосферу) с содержанием кислорода менее 5 масс. %, предпочтительно менее 2-3 масс. %. Восстановительная атмосфера в зоне предварительного обжига может быть обеспечена путем введения углеродсодержащей добавки, выбранной из группы включающей, например, природный газ, уголь, кокс или их смеси. Однако следует отметить, что предложенный способ не ограничивается указанными добавками, и специалист в данной области может использовать любые средства и методики, позволяющие обеспечить восстановительную атмосферу в зоне обжига.
Стадию предварительного обжига можно проводить в любых печах для обжига, известных специалистам в данной области техники, однако предпочтительно использование печей шахтного типа, поскольку в распространённых вращающихся печах невозможно создание восстановительной атмосферы.
Поведение предварительного обжига в шахтных печах сопровождается с распределенной подачей воздуха для поддержания горения по зонам печи. Часть воздуха подают через разгрузочную решетку в низу печи, часть воздуха подают через дополнительные окна выше зоны обжига. В зону горения подают природный
газ или другой агент или добавку, обеспечивающую восстановительную атмосферу в зоне реакции, как определено в настоящем описании. Предварительный обжиг в шахтной печи также характеризуется низким удельным расходом энергоносителя и снижением потерь от пылеуноса по сравнению с обжигом магнийсодержащего материала во вращающихся печах.
Не ограничиваясь конкретной теорией, авторы настоящего изобретения полагают, что улучшение характеристик расклинивающего агента обусловлено следующими факторами.
Авторы изобретения обнаружили, что при предварительном обжиге при температурах менее 900°С не происходит полной дегидратации магнийсодержащего материала (дунит, оливин, серпентинит, и др.), а при температурах более 1 100°С могут протекать нежелательные взаимодействия, например находящийся в дуните (оливинах) фаялит (Fe2Si04), в том числе FeO, содержащийся в фаялите, может взаимодействовать с МдО с образованием магнезиоферрита. При этом образование магнезиоферрита на стадии предварительного обжига нежелательно, поскольку магнезиоферрит увеличивает прочность материала и, следовательно, затрудняет дальнейшее измельчение на стадии получения шихты исходных материалов. Кроме того, магнезиоферрит является пассивированым элементом, который не участвует в образовании заданной структуры при приведении окончательного обжига гранул предшественника расклинивающего агента. Таким образом, проведение предварительного обжига в восстановительной атмосфере позволяет предотвратить нежелательное окисление FeO, и как следствие образование магнезиоферрита, до стадии конечного обжига.
Проведение предварительного дегидратационного обжига в восстановительной атмосфере приводит к тому, что присутствующий в минеральном материале оксид железа (FeO) не переходит в РегОз или езОл и остается в твердом растворе с оксидом магния (МдО).
Повышение характеристик, особенно прочности, расклинивающего агента достигается за счет образования при конечном обжиге гранул предшественника
расклинивающего агента в окислительной атмосфере, наряду с кварцем, других кристаллических фаз - энстатитов с внедренными в магнезиоферритами.
При предварительном обжиге дунита происходит термический распад серпентинитов и оливинов с образованием форстерита и энстатитов, и удаление химически связанной влаги, а именно
(Mgni,Femi)2Si04 -> (Mgn2,Fem2)2Si04 + (Mgn3,Fem3)2Si03 , где m = П2+гп2= пз+тз=1 и т <пг, a mi> тг;
3MgO*2Si02*2H20 - 2MgO*Si02 + MgO*Si02 + 2Н20
3MgO*4Si02*2H20 3(MgO*Si02) + Si02+ 2НгО
При этом оксид железа FeO остается в виде твердого раствора оксидов магния и оксидов железа MgO*FeO.
Термический распад серпентинита начинается при температурах более 700° С, с повышением температуры процесс интенсифицируется. Материал при этом разрыхляется, что как указывалось ранее, позволяет повысить производительность при измельчении.
Далее при этом начинается кристаллизация энстатитов и форстерита, что приводит к увеличению прочности материала.
Во время конечного обжига продукта происходит взаимодействие форстерита, оксида железа и оксида кварца с образованием кристаллической решетки энстатита с внедренным в нее магнезиоферритом:
Mg2Si04 + Si02 -+ 2MgO*Si02
2Mg2Si04 +4FeO +Ог-> 2MgO*Si02+ 2MgO* РегОз
Иными словами, авторы изобретения полагают, что встраивание в кристаллическую решётку более активного, по сравнению с Fe203, FeO позволяет
получить более прочную структуру. Кроме того, авторы изобретения также обнаружили, что эвтектика Mg2Si04 - МдРегС имеет более низкую температуру плавления, и следовательно дает снижение затрат энергоносителей при обжиге готового продукта.
Таким образом, согласно настоящему изобретению в результате конечного обжига полученный расклинивающий агент может характеризоваться содержанием магнийсодержащего материала, в частности от 50% до 80 масс.% энстатита (клиноэнстатита) и магнезиоферрита 4-8% масс.%. В состав готового расклинивающего агента может также входить магнетит в количестве от 0,5-2 масс.%. Остаток могут составлять диопсид, пироксен, кварц и другие минералы в зависимости от наличия примесей в песке и магнийсодержащем материале.
В результате исследований, проведенных авторами настоящего изобретения, было обнаружено, расклинивающий агент, характеризующийся содержанием энстатита (клиноэнстатита) от 50 до 80% и магнезиоферрита 4-8%, обладает преимущественными свойствами, а именно значительно более высокой прочностью, пониженной насыпной плотностью, хорошей проницаемостью, а также гидротермальной стабильностью.
Следовательно, настоящее изобретение также относится к керамическому расклинивающему агент, полученному по описанному выше способу.
Изобретение также относится к способу обработки подземного пласта с использованием полученного керамического расклинивающего агента, включающего а) обеспечение керамического расклинивающего агента, б) смешивание указанного керамического расклинивающего агента с рабочей жидкостью ГРП (гидроразрыва пласта), в) введение смеси в подземный пласт.
Рабочая высоковязкая жидкость на водной основе, используемая при ГРП, как правило, дополнительно загущается с помощью высокомолекулярных природных смол, таких как галактоманнановые или глюкоманановые смолы (гуар), смола акации карайя, трагакант и др., природных полисахаридов, таких как например, крахмал, целлюлоза и их производных. Рабочая жидкость должна быть
химически устойчивой и достаточно вязкой, чтобы удерживать расклинивающий агент во взвешенном состоянии, пока он подвергается сдвиговым деформациям и нагреву в наземном оборудовании, в системе труб скважины, перфорационных каналах и в самой трещине, во избежание преждевременного осаждения расклинивающего агента и, как следствие смыкания трещины. В состав рабочей жидкости ГРП можно включать «сшиватели» линейного геля; деструкторы, обеспечивающие контролируемую деградацию высоковязкого полимера до жидкого флюида для упрощенного забора жидкости ГРП из скважины, а также термостабилизаторы, присадки, регулирующие уровни рН, поверхностно-активные вещества (ПАВ), бактерициды, эмульгаторы и деэмульгаторы, добавки снижающие инфильтрацию, стабилизаторы глин и т.д.
Таким образом, настоящее изобретение также относится к применению керамического расклинивающего агента для гидроразрыва подземного плата.
ПРИМЕРЫ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Изобретение далее будет проиллюстрировано со ссылкой на следующие неограничивающие примеры. Были получены и исследованы опытные образцы расклинивающего агента с использованием в качестве исходного магнийсодержащего материала дунита и серпентинита, термообработанных различным способом.
Пример сравнения 1.
Дунит предварительно обжигали в лабораторной печи при температуре 1000 °С в окислительной атмосфере, затем размололи совместно с кварцевым песком и легкоплавкой глиной в соотношении 48:48:4 массовых процентов до размера 40 мкм и менее. После чего полученный материал гранулировали на лабораторном грануляторе до фракции 1 ,1-1 ,7 мм. Просушенный при 120 °С материал обжигали при различных температурах и рассевали. Качественные показатели тестировали в соответствии с требованиями ISO 13503-2:2006 на сопротивление раздавливанию (массовая доля разрушенных гранул) при удельном давлении 10000 psi и определяли насыпную плотность. Показатели приведены в таблице 1.
Пример сравнения 2.
В качестве магнийсодержащего компонента использовали дунит, предварительно обожженный при температуре 1250-1300 С в окислительной атмосфере во вращающейся печи. Образцы изготавливали как в примере 1.
Пример сравнения 3.
В качестве магнийсодержащего компонента использовали серпентинит, предварительно обожженный при температуре 1250-1300°С в окислительной атмосфере во вращающейся печи. Образцы изготавливали как в примере 1.
Пример 4.
В качестве магнийсодержащего компонента использовали дунит, предварительно обожженный при температуре 950-1050°С в восстановительной атмосфере в шахтной печи. Образцы изготавливали как в примере 1.
Пример 5.
В качестве магнийсодержащего компонента использовали дунит, предварительно обожженный при температуре 950-1050 °С в восстановительной атмосфере в шахтной печи. Образцы изготавливали как в примере 1 при соотношении дунита, песка и глины 65:30:5 массовых процентов.
Таблица 1.
Кварцевый песок - 48 1300 1 ,57 15,1 легкоплавкая глина - 4 1320 1 ,58 16,7
5. Дунит в шахтной печи -65 950-1050 1300 1 ,58 15,3
Кварцевый песок - 30 1320 1 ,60 14,6 легкоплавкая глина - 5 1340 1 ,61 16,2
Как видно из результатов таблицы, изменение режимов предварительного обжига влияет на качественные показатели готового продукта, и ведение предварительной термообработки в шахтной печи позволило получить более прочные проппанты.
Пример 6
Дополнительно готовые образцы были исследованы с целью определения количественного фазового состава на ренгенофлуоресцентном спектрометре серии ART 9900 Workstation с встроенной системой дифракции.
В пробах примеров 1-3 содержание энстатитов составляло 63,8-67,9% и магнезиоферритов 2,4-3,6%. При этом в фазовом составе присутствуют магнетиты в количестве 3,1-4,5%.
В пробах примеров 4 и 5 содержание энстатитов составляло 66,3% и 74,6%, соответственно, магнезиоферритов 5,2-5,6%, магнетита 0,8-1 ,5%, при этом высокое содержание магнезиоферритов и низкое содержание магнетита говорит о более полной реакции по внедрению железа в кристаллическую решётку энстатита.
Claims
1. Способ получения керамического расклинивающего агента, включающий стадии:
а) подготовку, включающую измельчение исходных материалов, содержащих магнийсодержащий материал, и вспомогательных материалов с получением шихты;
б) гранулирование шихты с получением гранул предшественника расклинивающего агента; и
в) обжиг гранул предшественника расклинивающего агента с получением гранул расклинивающего агента,
причем способ включает стадию предварительного обжига магнийсодержащего материала в восстановительной атмосфере.
2. Способ по п. 1 , отличающийся тем, что стадию предварительного обжига проводят перед стадией а).
3. Способ по п. 1 , отличающийся тем, что стадию предварительного обжига проводят при температуре от примерно 900 "С до примерно 1100 °С.
4. Способ по п. 1 , отличающийся тем, что стадия а) подготовки исходных материалов включает совместное измельчение магнийсодержащего материала и вспомогательного материала.
5. Способ по п. 1 , отличающийся тем, что стадия а) подготовки исходных материалов дополнительно включает смешивание измельченных исходных материалов с водой с получением шликера, сушку и измельчение шликера с получением шихты.
6. Способ по п. 1 , дополнительно включающий фракционирование гранул расклинивающего агента.
7. Способ по п. 1 , дополнительно включающий сушку и фракционирование гранул предшественника расклинивающего агента.
8. Способ по п. 1 , отличающийся тем, что восстановительная атмосфера представляет собой атмосферу с содержанием кислорода менее 5 масс. %, предпочтительно менее 2-3 масс. %.
9. Способ по п. 8, отличающийся тем, что восстановительную атмосферу в ходе предварительного обжига обеспечивают путем введения углеродсодержащей добавки, выбранной из группы, включающей природный газ, уголь, кокс или их смеси.
10. Способ по п. 1 , отличающийся тем, что стадию предварительного обжига проводят в шахтных печах.
1 1. Способ по п. 1 , отличающийся тем, что магнийсодержащий материал представляет собой материал на основе силиката магния, выбранный из перидотитов, включая оливины, дунит, серпентинит.
12. Способ по п. 1 , отличающийся тем, что обжиг магнийсодержащего материала на стадии в) проводят при температуре от примерно 1200 °С до примерно 1350 °С.
13. Способ по п. 1 , отличающийся тем, что вспомогательный материал представляет собой кремнеземсодержащие компоненты, включая кварцевый песок, гидрослюдистые и/или монтмориллонитовые глины, и огнеупорные глины.
14. Способ по п. 1 , отличающийся тем, что шихта содержит от 45% до 70 масс.% магнийсодержащего материала.
15. Способ по п. 14, отличающийся тем, что вспомогательные материалы включают кварцевый песок в количестве от 30 масс.% до 55 масс.% от массы шихты и глины в количестве от 0 до 10 масс.% от массы шихты.
16. Керамический расклинивающий агент, полученный способом по любому из п. п. 1-15.
17. Керамический расклинивающий агент, характеризующийся содержанием энстатита от 50 до 80 масс.% и магнезиоферрита от 4 до 8 масс.%.
18. Керамический расклинивающий агент по п.17, отличающийся тем, что энстатит представляет собой клиноэнстатит.
19. Керамический расклинивающий агент по п.17, дополнительно содержащий магнетита от 0,5-2 масс.%.
20. Способ обработки подземного пласта, включающий
а) обеспечение керамического расклинивающего агента по п.п.16 или 17; б) смешивание указанного керамического расклинивающего агента с рабочей жидкостью для гидроразрыва плата;
в) введение смеси со стадии б) в подземный пласт.
21. Применение керамического расклинивающего агента по п.п.16 или 17 для гидроразрыва подземного плата.
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201780009588.9A CN108603102B (zh) | 2016-02-19 | 2017-02-08 | 陶粒支撑剂及其制造方法 |
| US16/072,570 US10442738B2 (en) | 2016-02-19 | 2017-02-08 | Ceramic proppant and method for producing same |
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016105796A RU2694363C1 (ru) | 2016-02-19 | 2016-02-19 | Керамический расклинивающий агент и его способ получения |
| RU2016105796 | 2016-02-19 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| WO2017142439A1 true WO2017142439A1 (ru) | 2017-08-24 |
Family
ID=58506582
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| PCT/RU2017/000062 WO2017142439A1 (ru) | 2016-02-19 | 2017-02-08 | Керамический расклинивающий агент и его способ получения |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US10442738B2 (ru) |
| CN (1) | CN108603102B (ru) |
| RU (1) | RU2694363C1 (ru) |
| WO (1) | WO2017142439A1 (ru) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2737683C1 (ru) * | 2020-04-30 | 2020-12-02 | Игорь Александрович Фарбер | Магнийсиликатный пропант и способ его получения |
| CN113582676A (zh) * | 2021-08-31 | 2021-11-02 | 西南科技大学 | 一种硅酸镁铝支撑剂及其生产工艺和应用 |
Families Citing this family (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109534793B (zh) * | 2018-12-29 | 2021-07-13 | 陕西科技大学 | 含假蓝宝石晶体的低密度石油压裂支撑剂及其制备方法 |
| RU2728300C1 (ru) * | 2019-02-08 | 2020-07-29 | Общество с ограниченной ответственностью "Платинус" | Способ получения проппанта - сырца из природного магнийсиликатного сырья |
| RU2744130C2 (ru) * | 2019-06-24 | 2021-03-02 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Форэс" | Керамический расклинивающий агент |
| EA039135B1 (ru) * | 2020-11-23 | 2021-12-09 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Форэс" | Керамический расклинивающий агент |
| RU2761424C1 (ru) * | 2020-12-29 | 2021-12-08 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Ника-Петротэк" | Сырьевая смесь для изготовления магнезиально-силикатного проппанта |
| CN113563867B (zh) * | 2021-08-31 | 2022-11-22 | 西南科技大学 | 一种高强度硅酸镁铝支撑剂及其制备方法 |
| CN113666730A (zh) * | 2021-08-31 | 2021-11-19 | 西南科技大学 | 一种高强度石油压裂硅酸镁铝支撑剂及其制备方法 |
| CN113651632A (zh) * | 2021-09-26 | 2021-11-16 | 西南科技大学 | 一种硅酸镁陶质材料及其制备方法 |
| CN114735936B (zh) * | 2022-05-17 | 2023-10-17 | 山东理工大学 | 一种钢渣基陶瓷釉乳浊剂及其制备方法 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2235702C2 (ru) * | 2002-10-10 | 2004-09-10 | Шмотьев Сергей Федорович | Способ изготовления керамических расклинивателей нефтяных скважин |
| US20080070774A1 (en) * | 2006-08-04 | 2008-03-20 | Ilem Research And Development Establishment | Ceramic proppant with low specific weight |
| RU2476477C1 (ru) * | 2011-09-12 | 2013-02-27 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Форэс" | Способ изготовления композиционного магнийсиликатного проппанта и проппант |
Family Cites Families (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6576579B2 (en) * | 2000-10-03 | 2003-06-10 | Corning Incorporated | Phosphate-based ceramic |
| RU2235703C9 (ru) * | 2003-05-12 | 2019-01-15 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Форэс" | Способ изготовления керамических расклинивателей нефтяных скважин |
| FR2870686B1 (fr) * | 2004-05-27 | 2006-07-21 | Techni Sangles Soc Par Actions | Boucle ou anneau pour attacher ou porter une charge |
| WO2009012455A1 (en) * | 2007-07-18 | 2009-01-22 | Oxane Materials, Inc. | Proppants with carbide and/or nitride phases |
| CA2721916A1 (en) * | 2008-04-28 | 2009-11-05 | Schlumberger Canada Limited | Strong low density ceramics |
| RU2437913C1 (ru) * | 2010-06-03 | 2011-12-27 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Форэс" | Способ изготовления легковесного магнийсиликатного проппанта и проппант |
| CN102180684A (zh) * | 2011-03-09 | 2011-09-14 | 淄博工陶耐火材料有限公司 | 工业化合成的镁铁铝复合尖晶石及合成方法 |
| RU2463329C1 (ru) * | 2011-05-06 | 2012-10-10 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Форэс" | Способ изготовления магнийсиликатного проппанта и проппант |
| CN102674866B (zh) * | 2012-06-06 | 2013-12-11 | 郑州真金耐火材料有限责任公司 | 镁铁尖晶石隔热复合砖 |
| RU2518618C1 (ru) * | 2012-12-25 | 2014-06-10 | Открытое акционерное общество "Боровичский комбинат огнеупоров" | Способ получения проппанта и проппант |
| DE202013011886U1 (de) * | 2013-06-28 | 2014-09-03 | Refratechnik Holding Gmbh | Feuerfestes Erzeugnis |
| CN104250102A (zh) * | 2013-06-29 | 2014-12-31 | 西峡宏泰镁橄榄石有限公司 | 一种利用废弃的镁橄榄石矿粉制备轻质镁砖的方法 |
| CN103436248B (zh) * | 2013-08-05 | 2016-03-23 | 杨松 | 利用镁矿尾矿、铁矿尾矿、硼泥制备的支撑剂及其制备方法 |
| RU2563853C9 (ru) * | 2014-08-05 | 2021-03-18 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Форэс" | Шихта для изготовления магнийсиликатного проппанта и проппант |
-
2016
- 2016-02-19 RU RU2016105796A patent/RU2694363C1/ru active IP Right Grant
-
2017
- 2017-02-08 CN CN201780009588.9A patent/CN108603102B/zh active Active
- 2017-02-08 WO PCT/RU2017/000062 patent/WO2017142439A1/ru active Application Filing
- 2017-02-08 US US16/072,570 patent/US10442738B2/en active Active
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2235702C2 (ru) * | 2002-10-10 | 2004-09-10 | Шмотьев Сергей Федорович | Способ изготовления керамических расклинивателей нефтяных скважин |
| US20080070774A1 (en) * | 2006-08-04 | 2008-03-20 | Ilem Research And Development Establishment | Ceramic proppant with low specific weight |
| RU2476477C1 (ru) * | 2011-09-12 | 2013-02-27 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Форэс" | Способ изготовления композиционного магнийсиликатного проппанта и проппант |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2737683C1 (ru) * | 2020-04-30 | 2020-12-02 | Игорь Александрович Фарбер | Магнийсиликатный пропант и способ его получения |
| CN113582676A (zh) * | 2021-08-31 | 2021-11-02 | 西南科技大学 | 一种硅酸镁铝支撑剂及其生产工艺和应用 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2694363C1 (ru) | 2019-07-12 |
| RU2615563C9 (ru) | 2018-10-16 |
| US20190031568A1 (en) | 2019-01-31 |
| CN108603102A (zh) | 2018-09-28 |
| CN108603102B (zh) | 2021-01-05 |
| US10442738B2 (en) | 2019-10-15 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2615563C9 (ru) | Керамический расклинивающий агент и его способ получения | |
| CN101617018B (zh) | 支撑剂、支撑剂制备方法以及支撑剂的用途 | |
| US7521389B2 (en) | Ceramic proppant with low specific weight | |
| CA2593996C (en) | Precursor compositions for ceramic products | |
| US8063000B2 (en) | Low bulk density proppant and methods for producing the same | |
| AU2015259045B2 (en) | Ultra-light ultra-strong proppants | |
| US8614157B2 (en) | Sintered particles and methods for producing sintered particles from a slurry of an alumina-containing raw material | |
| RU2383578C2 (ru) | Проппант, способ его получения и способ гидравлического разрыва пласта с использованием полученного проппанта | |
| CN102753648A (zh) | 含有无机纤维的水力压裂支撑剂 | |
| RU2459852C1 (ru) | Способ изготовления керамического проппанта и проппант | |
| AU2018200659A1 (en) | Proppant Material Incorporating Fly Ash and Method of Manufacture | |
| CN104560006A (zh) | 一种利用镁渣制备陶粒支撑剂的工艺及陶粒支撑剂 | |
| CN103468239A (zh) | 以焦宝石为原料的低密高强陶粒支撑剂及其制备方法 | |
| RU2394063C1 (ru) | Способ изготовления проппанта из глиноземсодержащего сырья | |
| US20170226410A1 (en) | Proppant Material Incorporating Fly Ash and Method of Manufacture | |
| RU2728300C1 (ru) | Способ получения проппанта - сырца из природного магнийсиликатного сырья | |
| RU2521680C1 (ru) | Проппант и способ его применения | |
| RU2650149C1 (ru) | Шихта для изготовления легковесного кремнезёмистого проппанта и проппант | |
| EA024901B1 (ru) | Состав и способ получения керамического расклинивающего агента | |
| RU2761424C1 (ru) | Сырьевая смесь для изготовления магнезиально-силикатного проппанта | |
| RU2636089C9 (ru) | Легкий керамический расклинивающий агент и способ его изготовления | |
| EA041289B1 (ru) | Шихта для изготовления магнезиально-кварцевого проппанта |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| 121 | Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application |
Ref document number: 17753563 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |
|
| NENP | Non-entry into the national phase |
Ref country code: DE |
|
| 122 | Ep: pct application non-entry in european phase |
Ref document number: 17753563 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |