Пористый проппант и способ его получения
Владельцы патента RU 2339670:
Открытое акционерное общество "Боровичский комбинат огнеупоров" (RU)
Пористый проппант для добычи нефти и газа методом гидравлического разрыва пласта получен в виде гранул с пикнометрической плотностью 1,0-3,0 г/см3 и размерами 0,2-4,0 мм из порошкообразного материала и связующего. Порошкообразный материал - смесь совместного помола алюмосиликатного сырья и порообразователя. Связующее - водная суспензия органического связующего и порообразователя. В способе получения пористых проппантов осуществляют предварительный обжиг алюмосиликатного сырья, совместный помол обожженного алюмосиликатного сырья и порообразователя, гранулирование полученной смеси при добавлении связующего в смесителе-грануляторе с роторной мешалкой, линейную скорость вращения лопастей которой изменяют в зависимости от стадии грануляции, сушку, рассев, обжиг во вращающейся печи при температуре 900-1500°С и линейной скорости движения в печи 0,0015-0,003 м/сек, охлаждение, рассев на товарные фракции. Изобретение развито в зависимых пунктах формулы. Технический результат - низкая пикнометрическая плотность при сохранении достаточной механической прочности. 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 1 табл.
Изобретение относится к производству проппантов - расклинивающих гранул, применяемых при добыче нефти и газа методом гидравлического разрыва пласта.
Гидравлический разрыв пласта (ГРП) - наиболее прогрессивный способ добычи нефти и газа, позволяющий значительно увеличить производительность скважин. Сущность метода ГРП заключается в закачивании под большим давлением вязкой жидкости гидроразрыва в нефте- и газоносные пласты, в результате чего в пласте образуется трещина, в которую проникает жидкость. Для сохранения трещин в разомкнутом состоянии в закачиваемую жидкость добавляют сферические гранулы (проппанты), которые, проникая с жидкостью в трещину и заполняя ее, создают прочный расклинивающий каркас с высокой проницаемостью для нефти и газа. Проппанты отличаются способностью выдерживать высокие пластовые давления и противостоять агрессивной среде (кислые газы, солевые растворы) при высоких температурах.
Одним из способов увеличения экономической эффективности ГРП является уменьшение пикнометрической плотности проппантов при сохранении их механической прочности, достаточной для выдерживания пластовых давлений. При закачивании проппантов требуется, чтобы плотность жидкости гидроразрыва была близка к плотности проппантов, которые для более глубокого проникновения в трещину ГРП должны находиться в жидкости во взвешенном состоянии. Жидкость для ГРП представляет собой гелеобразный высококонцентрированный солевой раствор. При закачивании более легких проппантов требуется менее концентрированная жидкость гидроразрыва, что существенно снижает затраты на проведение ГРП.
В настоящее время для производства проппантов, как правило, используют в качестве исходного материала бокситы или каолины. В патентах США №4068718 и №4668645 авторы предлагают получать проппанты из кальцинированного боксита. Такие проппанты имеют пикнометрическую плотность 3,0-3,5 г/см3. В патентах США №4427068 и №4879181 авторы используют смесь боксита и каолина, что уменьшает пикнометрическую плотность полученных проппантов до менее 3,0 г/см3. Для уменьшения пикнометрической плотности проппантов в патенте РФ №2140874 авторы предлагают особый режим обжига проппантов из каолина. Способ получения легких проппантов из каолина описан в патенте США №7036591. Суть изобретения в том, что для получения проппанта с пикнометрической плотностью 1,6-2,1 г/см3 и объемной плотностью (насыпной вес) 0,95-1,3 г/см3, исходный материал - каолин гранулируют и сушат по известной технологии, а обжиг проппантов проводят при температурах 1200-1350°С в строго контролируемом промежутке времени. Содержание оксида алюминия в каолине колеблется от 40 до 60 мас.%. В зависимости от содержания глинозема в исходном каолине изменяется плотность обожженных проппантов и их прочность, которая позволяет выдерживать давления сжатия от 4000 psi до 7000 psi.
Ультралегкие пористые проппанты приводятся в патенте США №2005028979. Предлагаемые ультралегкие проппанты получают из натуральных органических (скорлупа ореха) и неорганических материалов (каолины, зольные отходы от сгорания углей). Эти проппанты получают в две стадии: грануляцией измельченной скорлупы и затем пропиткой гранул смолой. На первой стадии получают пористые гранулы, которые имеют внутреннюю пористость от 10 до 75 об.%. Пикнометрическая плотность ультралегких проппантов снижается до 2,45 г/см3 - 1,25 г/см3. Для увеличения прочности проппантов их покрывают тонким слоем смолы, что также увеличивает их проводимость.
Наиболее близким по совокупности признаков к данному изобретению (прототипом) является патент США №6983797, в котором приводится способ получения легких пористых проппантов с использованием микросфер. Пикнометрическая плотность проппантов, полученных по предлагаемой технологии, 0,7-2,2 г/см3. Основу для получения проппантов составляет боксит, каолин и каолиновые глины, оксиды алюминия и кремния или смеси этих материалов. Полые микросферы могут быть получены их стекла, керамики. Прочность полых микросфер составляет от 1000 до 10000 psi. Размер получаемых гранул колеблется в диапазоне 100-2000 мкм. Диаметр полых микросфер составляет 5-65 мкм. В качестве связующего для получения гранул используют поливинилацетат, метилцеллюлозу. Количество полых микросфер составляет 10-50 мас.% от веса исходной шихты. Проппанты получают различными методами, такими как грануляция, распыление и др.
Недостатком прототипа является необходимость использования дорогостоящих стеклянных или керамических микросфер для получения пористой структуры проппантов. Значительная разница в пикнометрической плотности микросфер и основного алюмосиликатного сырья создает известные трудности при получении проппантов как грануляцией, так и распылением. Кроме того, поверхность стеклянных и керамических микросфер, полученных при высоких температурах, не обладает адгезионными свойствами, необходимыми для образования гранул, что значительно затрудняет процесс грануляции. Данные недостатки позволяет устранить предлагаемое изобретение, согласно которому пористые проппанты получают из порошкообразного материала и связующего.
Задачей изобретения является получение пористых проппантов из доступных материалов без усложнения существующей технологии производства проппантов. Решение данной задачи позволяет значительно расширить физико-химичкие характеристики проппантов и увеличить эффективность их применения.
Поставленная задача решается тем, что проппант, используемый при добыче нефти и газа методом гидравлического разрыва пласта, получают в виде гранул с плотностью 1,0-3,0 г/см3 и размерами 0,2-4,0 мм из порошкообразного материала и связующего, при этом порошкообразный материал - смесь совместного помола алюмосиликатного сырья и порообразователя, а связующее - водная суспензия органического связующего и порообразователя.
Основным структурообразующим веществом для получения проппантов является алюмосиликатное сырье. При спекании маложелезистых бокситов, каолинов, кианитов, андалузитов и силлиманитов происходит процесс кристаллизации с образованием основного кристалла - муллита (3Al2О3·2SiO2), который определяет прочность полученных проппантов. Разные соотношения оксидов алюминия и кремния, а также различные количества примесей в бокситах, каолинах, кианитах, андалузитах и силлиманитах влияют лишь на образование в структуре спеченных проппантов в незначительных количествах корунда, тридимита и кристобалита, что несущественно влияет на свойства проппантов. Поэтому технический результат, т.е. свойства проппантов, практически одинаковы при выборе любого из предлагаемых алюмосиликатных видов сырья.
Существует несколько технологических способов получения пористой спеченной структуры - использование многофракционных составов исходных сырьевых материалов; метод вспенивания; метод выгорающих добавок; метод химического порообразования. В данном изобретении предлагается использовать методы химического порообразования и выгорающих добавок, которые позволяют получить поры с минимальными размерами, что, в свою очередь, необходимо для достижения высокой механической прочности обожженных проппантов. Сущность этих методов образования пор заключается в том, что, распределяясь равномерно в объеме исходной смеси, мелкоизмельченные порообразующие компоненты при термообработке гранул либо выгорают, либо в результате химических превращений выделяют газ, который образует внутренние поры в структуре проппантов.
Одним из наиболее распространенных порообразующих веществ является мел технический. Карбонат кальция - СаСО3 является основой мела технического. Доломит - смешанный карбонат кальция и магния также можно рассматривать в качестве доступного порообразователя при промышленном производстве пористых проппантов. При использовании в качестве порообразователей талька, карбонатов и/или гидрокарбонатов щелочных и/или щелочноземельных металлов механизм образования пор такой же, как и при использовании мела технического и доломита - при температурах спекания 900-1500°С происходит диссоциация с выделением углекислого газа. Применение сульфатов и/или нитратов щелочных и/или щелочноземельных металлов отличается тем, что при температурах спекания гранул происходит выделение газов оксидов серы и/или оксидов азота, которые и являются источниками образования мелких пор внутри спеченной структуры проппантов. Механизм порообразования при использование выгорающих добавок - нефтяного кокса, пекового кокса, смолы, горючих сланцев, графита, различных видов каменных углей, древесного угля, древесной муки, золы от сжигания углей - состоит в том, что углерод, присутствующий во всех этих добавках, при температурах спекания гранул окисляется, образуя СО или CO2. При добавлении используемых порообразователей в водную суспензию органических связующих достигается образование однородной суспензии, что обеспечивает более равномерное распределение порообразователя в объеме образующейся гранулы. Технический результат при выборе любых перечисленных порообразователей практически одинаков, что подтверждено экспериментально (см. таблицу).
Для получения гранул требуются органические связующие, которые обладают высокими адгезионными свойствами по отношению к алюмосиликатным источникам сырья. Из таких связующих веществ наиболее доступными и обладающими высокими адгезионными характеристиками являются карбометилцеллюлоза, метилцеллюлоза, лигносульфаты технические. Все перечисленные органические связующие при растворении в воде образуют золь-гель растворы, которые содержат во взвешенном состоянии наночастицы, обладающие высокой поверхностной энергией. Обволакивая частицы измельченного алюмосиликатного сырья, связующее создает условия для возникновения прочных связей между этими частицами. Механизм действия всех предлагаемых в данной заявке связующих одинаков и достаточно близки технические результаты их применения.
Проппанты получают в высокоскоростном смесителе-грануляторе с центральной роторной мешалкой. Грануляцию проводят по технологии в соответствии с патентом РФ №2129987, характерной особенностью которой является увеличение скорости вращения роторной мешалки прямо пропорционально количеству введенного связующего. Формирование центров (зародышей) грануляции начинается при увеличении влажности исходной шихты. Наличие жидкого компонента в шихте позволяет увеличить подвижность частиц, что дает возможность получить высокую плотность гранулируемой массы. С увеличением диаметра формируемых гранул необходимо увеличение усилия для уплотнения их структуры. Искомые силы, уплотняющие гранулы, возникают при высоких линейных скоростях движения частиц по траектории завихрения гранулируемой массы. Кроме того, необходимые структура и форма гранулы получаются за счет вращения ее вокруг собственной оси. Таким образом, составляющие вектора скорости, зависящие от скорости вращения роторной мешалки, определяют основные характеристики образующихся гранул и параметры процесса грануляции. Поэтому изменение скорости вращения роторной мешалки пропорционально влажности шихты и в зависимости от стадии процесса грануляции является важным фактором.
Для получения пористых проппантов в качестве исходного вещества используют, например, боксит по ТУ 1512-006-00200992-2001, содержащий (мас.%): Al2O3 не менее 52,0; SiO2 не более 27,0; Fe2O3 не более 5,0; TiO2 не более 4,8; CaO+MgO не более 2,5, K2O+Na2O 0,9-1,1, который предварительно обжигают при температуре 800-1450°С. После помола в шаровой мельнице до крупности частиц менее 1,5 мм обожженный боксит совместно с порообразователем измельчают в трубчатой мельнице до содержания частиц с размерами менее 63 мкм >90,0 мас.% при среднем размере частиц 3,0-5,0 мкм. В качестве порообразователя используют, например, мел технический дисперсный МТД-1 ТУ-21-020350-06-92, содержащий не менее 98,0 мас.% СаСО3. Смесь совместного помола загружают в смеситель-гранулятор и при увеличении линейной скорости вращения лопастей роторной мешалки от 5,0 до 50,0 м/сек вводят связующее - водную суспензию, содержащую 1,0-10,0 мас.% органического связующего и 1,0-25,0 мас.% порообразователя. В качестве органического связующего используют, например, карбометилцеллюлозу, а в качестве порообразователя применяют, например, мел технический, содержащий 98,0 мас.% СаСО3. После образования гранул с размерами 0,2-4,0 мм прекращают подачу связующего и в смеситель-гранулятор дополнительно вводят порошкообразный материал в количестве 5,0-50,0 мас.% от массы первоначально введенного порошкообразного материала при линейной скорости вращения лопастей роторной мешалки 5,0-25,0 м/сек. Через 0,5-2,0 мин после окончания дополнительного ввода порошкообразного материала грануляцию прекращают. Полученные гранулы сушат при температуре 150-600°С. После рассева высушенных гранул, с выделением фракции 0,3-4,2 мм, их обжигают при температуре 900-1500°С и линейной скорости движения гранул в печи 0,0015-0,003 м/сек. После охлаждения обожженные проппанты рассевают на товарные фракции в зависимости от условий добычи нефти методом ГРП. Наиболее применяемые фракции проппантов: 0,4-0,8 мм; 0,8-1,2 мм и 0,8-1,6 мм.
Режим сушки до температуры 600°С выбран с целью предотвращения диссоциации карбоната кальция на стадии сушки гранул. Разложение карбоната кальция на оксид кальция и углекислый газ - СаСО3→СаО+СО2 начинается при температуре >600°С. Параметры обжига высушенных гранул, отличающиеся пониженной линейной скоростью движения гранул в печи, выбраны с целью уменьшения скорости подъема температуры в диапазоне температур диссоциации карбоната кальция. Поскольку гранулы движутся во вращающейся печи от холодного конца печи к горячему, при уменьшении линейной скорости движения гранул уменьшается скорость их нагрева. Уменьшение скорости подъема температуры в период диссоциации предполагает предотвращение образования больших открытых пор, что возможно при большой скорости образования газа. Кроме того, при низкой скорости нагрева уменьшается вероятность образования открытых пор, что увеличивает механическую прочность обожженных проппантов.
Использование мела технического в качестве порообразователя при производстве пористых проппантов позволяет снизить температуру обжига гранул. При температурах 800-1100°С образующийся при диссоциации карбоната кальция оксид кальция взаимодействует с оксидами боксита с образованием двухкальциевого силиката - 2CaO·SiO2, двухкальциевого феррита - 2СаО·Fe2O3 и однокальциевого алюмината - СаО·Al2O3. В зависимости от содержания карбоната кальция в исходной смеси с бокситом температура твердофазового спекания, а следовательно, обжига проппантов может быть снижена до 1350-1100°С. Обычно обжиг проппантов из бокситов проводят при температурах 1550-1600°С. Такое снижение температуры обжига увеличивает экономическую эффективность производства проппантов.
Пример 1. Пористый проппант и способ его получения из порошкообразного материала - смеси совместного помола алюмосиликатного сырья (боксита) и порообразователя (мела технического) - и связующего (водной суспензии органического связующего и порообразователя). Боксит, обожженный при 1350°С, содержит (мас.%): Al2О3 - 71,3; Fe2О3 - 1,7; SiO2 - 16,9; TiO2 - 4,2; CaO+MgO - 0,9; K2O+Na2O - 1,0. Обожженный боксит измельчают в шаровой мельнице до крупности частиц менее 1,5 мм. Смесь, содержащую 95,0 мас.% измельченного в шаровой мельнице боксита и 5,0 мас.% мела технического, содержащего 98,0 мас.% СаСО3, измельчают в трубчатой мельнице до содержания частиц с размерами менее 63 мкм >90,0 мас.%. 1000 г порошкообразного материала (смесь совместного помола) загружают в лабораторный смеситель-гранулятор Eirich и при увеличении линейной скорости вращения лопастей роторной мешалки от 10,0 до 30,0 м/сек в течение 1,0 мин вводят 200 г связующего - водную суспензию, содержащую 3,0 мас.% карбомитилцеллюлозы и 2,0 мас.% мела технического (массовое соотношение порошкообразного материала и связующего = 5:1). После образования гранул с размерами 0,3-1,3 мм прекращают подачу связующего и в смеситель-гранулятор дополнительно вводят 150 г порошкообразного материала (15,0 мас.% от массы первоначально введенного порошкообразного материала) при линейной скорости вращения лопастей роторной мешалки 10,0 м/сек. Через 1,0 мин после окончания дополнительного ввода порошкообразного материала грануляцию прекращают. Полученные гранулы сушат при температуре 300°С. После рассева высушенных гранул, с выделением фракции 0,4-1,3 мм, их обжигают во вращающейся печи при температуре 1300°С со скоростью подъема температуры 300°С, что соответствует линейной скорости движения гранул в печи 0,0025 м/сек, и выдержкой при этой температуре в течение 2,0 час. После охлаждения обожженные проппанты рассевают на фракции 0,4-0,8 мм (20/40 меш) и 0,8-1,2 мм (16/20 меш).
Свойства пористых проппантов фракции 0,4-0,8 мм (20/40 меш) для всех примеров приведены в таблице.
Пример 2. Пористый проппант и способ его получения, как в примере 1, отличающийся тем, что содержание алюмосиликатного сырья в смеси совместного помола составляет 75,0 мас.%, а порообразователя - мела технического - 25,0 мас.%.
Пример 3. Пористый проппант и способ его получения, как в примере 1, отличающийся тем, что содержание алюмосиликатного сырья в смеси совместного помола составляет 99,0 мас.%, а порообразователя - мела технического - 1,0 мас.%.
Пример 4. Пористый проппант и способ его получения, как в примере 1, отличающийся тем, что содержание алюмосиликатного сырья в смеси совместного помола составляет 90,0 мас.%, а порообразователя - мела технического - 10,0 мас.%.
Пример 5. Пористый проппант и способ его получения, как в примере 1, отличающийся тем, что содержание алюмосиликатного сырья в смеси совместного помола составляет 70,0 мас.%, а порообразователя - мела технического - 30,0 мас.%.
Пример 6. Пористый проппант и способ его получения, как в примере 4 отличающийся тем, что концентрация органического связующего в водной суспензии составляет 1,0 мас.%.
Пример 7. Пористый проппант и способ его получения, как в примере 4, отличающийся тем, что концентрация органического связующего в водной суспензии составляет 10,0 мас.%.
Пример 8. Пористый проппант и способ его получения, как в примере 4, отличающийся тем, что концентрация органического связующего в водной суспензии составляет 0,5 мас.%.
Пример 9. Пористый проппант и способ его получения, как в примере 4, отличающийся тем, что концентрация порообразователя в водной суспензии составляет 0,5 мас.%.
Пример 10. Пористый проппант и способ его получения, как в примере 4, отличающийся тем, что концентрация порообразователя в водной суспензии составляет 25,0 мас.%.
Пример 11. Пористый проппант и способ его получения, как в примере 4, отличающийся тем, что концентрация порообразователя в водной суспензии составляет 5,0 мас.%.
Пример 12. Пористый проппант и способ его получения, как в примере 11, отличающийся тем, что предварительный обжиг алюмосиликатного сырья проводят при температуре 800°С, а массовое соотношение порошкообразного материала и связующего = 2:1.
Пример 13. Пористый проппант и способ его получения, как в примере 11, отличающийся тем, что предварительный обжиг алюмосиликатного сырья проводят при температуре 1450°С, а массовое соотношение порошкообразного материала и связующего = 9:1.
Пример 14. Пористый проппант и способ его получения, как в примере 11, отличающийся тем, что предварительный обжиг алюмосиликатного сырья проводят при температуре 1500°С, а массовое соотношение порошкообразного материала и связующего = 10:1.
Пример 15. Пористый проппант и способ его получения, как в примере 11, отличающийся тем, что линейную скорость вращения лопастей роторной мешалки увеличивают прямо пропорционально количеству введенного связующего от 5,0 до 50,0 м/сек.
Пример 16. Пористый проппант и способ его получения, как в примере 11, отличающийся тем, что линейную скорость вращения лопастей роторной мешалки увеличивают прямо пропорционально количеству введенного связующего от 20,0 до 50,0 м/сек.
Пример 17. Пористый проппант и способ его получения, как в примере 11, отличающийся тем, что в смеситель-гранулятор дополнительно вводят порошкообразный материал в количестве 5,0 мас.% от массы первоначально введенного порошкообразного материала.
Пример 18. Пористый проппант и способ его получения, как в примере 11, отличающийся тем, что в смеситель-гранулятор дополнительно вводят порошкообразный материал в количестве 50,0 мас.% от массы первоначально введенного порошкообразного материала.
Пример 19. Пористый проппант и способ его получения, как в примере 11, отличающийся тем, что в смеситель-гранулятор дополнительно вводят порошкообразный материал при линейной скорости вращения лопастей роторной мешалки 5,0 м/сек.
Пример 20. Пористый проппант и способ его получения, как в примере 11, отличающийся тем, что в смеситель-гранулятор дополнительно вводят порошкообразный материал при линейной скорости вращения лопастей роторной мешалки 25,0 м/сек.
Пример 21. Пористый проппант и способ его получения, как в примере 11, отличающийся тем, что сушку гранул проводят при температуре 150°С.
Пример 22. Пористый проппант и способ его получения, как в примере 11, отличающийся тем, что сушку гранул проводят при температуре 600°С.
Пример 23. Пористый проппант и способ его получения, как в примере 11, отличающийся тем, что обжиг гранул проводят при температуре 900°С.
Пример 24. Пористый проппант и способ его получения, как в примере 11, отличающийся тем, что обжиг гранул проводят при температуре 1500°С.
Пример 25. Пористый проппант и способ его получения, как в примере 11, отличающийся тем, что обжиг гранул проводят при температуре 1100°С.
Пример 26. Пористый проппант и способ его получения, как в примере 25, отличающийся тем, что обжиг гранул проводят со скоростью подъема температуры 200°С, что соответствует линейной скорости движения гранул во вращающейся печи 0,0015 м/сек.
Пример 27. Пористый проппант и способ его получения, как в примере 25, отличающийся тем, что обжиг гранул проводят со скоростью подъема температуры 400°С, что соответствует линейной скорости движения гранул во вращающейся печи 0,003 м/сек.
Пример 28. Пористый проппант и способ его получения, как в примере 25, отличающийся тем, что в качестве порообразователя применяют доломит.
Пример 29. Пористый проппант и способ его получения, как в примере 25, отличающийся тем, что в качестве порообразователя применяют графит.
Пример 30. Пористый проппант и способ его получения, как в примере 25, отличающийся тем, что в качестве порообразователя применяют золу от сжигания углей, содержащую, мас.%: Al2О3 - 23,2; SiO2 - 54,8; Fe2O3 - 3,26; CaO - 1,18; MgO - 1,5; Na2O - 0,5; Ka2O - 0,5, C - 15,0.
Пример 31. Пористый проппант и способ его получения, как в примере 25, отличающийся тем, что в качестве порообразователя применяют тальк ГОСТ 21234-75.
Пример 32. Пористый проппант и способ его получения, как в примере 25, отличающийся тем, что в качестве порообразователя применяют техническую соду (карбонат натрия) ГОСТ 5100-85.
Пример 33. Пористый проппант и способ его получения, как в примере 25, отличающийся тем, что в качестве порообразователя применяют гашенную известь (гидрокарбонат кальция) ГОСТ 9179-77.
Пример 34. Пористый проппант и способ его получения, как в примере 25, отличающийся тем, что в качестве порообразователя применяют гидрокарбонат натрия (каустическая сода) ГОСТ 2263-79.
Пример 35. Пористый проппант и способ его получения, как в примере 25, отличающийся тем, что в качестве порообразователя применяют сульфат натрия ГОСТ 6318-77.
Пример 36. Пористый проппант и способ его получения, как в примере 25, отличающийся тем, что в качестве порообразователя применяют нитрат натрия ГОСТ 828-77.
Пример 37. Пористый проппант и способ его получения, как в примере 25, отличающийся тем, что в качестве порообразователя применяют сульфат магния ГОСТ 4523-77.
Пример 38. Пористый проппант и способ его получения, как в примере 25, отличающийся тем, что в качестве порообразователя применяют нитрат кальция ГОСТ 4142-77.
Пример 39. Пористый проппант и способ его получения, как в примере 25, отличающийся тем, что в качестве порообразователя применяют пековый кокс ГОСТ 3213-91.
Пример 40. Пористый проппант и способ его получения, как в примере 25, отличающийся тем, что в качестве порообразователя применяют смолу (древесная смола SDO-L, ТУ 2453-013-10644738-2000).
Пример 41. Пористый проппант и способ его получения, как в примере 25, отличающийся тем, что в качестве порообразователя применяют горючие сланцы ГОСТ 16094-78.
Пример 42. Пористый проппант и способ его получения, как в примере 25, отличающийся тем, что в качестве порообразователя применяют каменный уголь марки СС ГОСТ Р51591-2000.
Пример 43. Пористый проппант и способ его получения, как в примере 25, отличающийся тем, что в качестве порообразователя применяют древесный уголь ТУ ОП 64-11-132-91.
Пример 44. Пористый проппант и способ его получения, как в примере 25, отличающийся тем, что в качестве порообразователя применяют древесную муку ГОСТ 16361-87.
Пример 45. Пористый проппант и способ его получения, как в примере 25, отличающийся тем, что в качестве алюмосиликатного сырья применяют каолин марки КБЛС-1.
Пример 46. Пористый проппант и способ его получения, как в примере 25, отличающийся тем, что в качестве алюмосиликатного сырья применяют кианит ТУ У 14-10-017-98.
Пример 47. Пористый проппант и способ его получения, как в примере 25, отличающийся тем, что в качестве алюмосиликатного сырья применяют андалузит Таймырской провинции.
Пример 48. Пористый проппант и способ его получения, как в примере 25, отличающийся тем, что в качестве алюмосиликатного сырья применяют силлиманит Кейвского месторождения Кольского полуострова.
Пример 49. Пористый проппант и способ его получения, как в примере 25, отличающийся тем, что в качестве связующего применяют метилцеллюлозу ТУ 2231-107-05743755-96.
Пример 50. Пористый проппант и способ его получения, как в примере 25, отличающийся тем, что в качестве связующего применяют лигносульфат технический ЛСТ ТУ 13-0281036-029-94.
Пример 51. Пористый проппант и способ его получения, как в примере 25, отличающийся тем, что рассев высушенных гранул проводят с выделением фракции 0,3-4,2 мм.
Пример 52. Пористый проппант и способ его получения, как в примере 25, отличающийся тем, что рассев высушенных гранул проводят с выделением фракции 0,5-2,0 мм.
Пример 53. Пористый проппант и способ его получения, как в примере 25, отличающийся тем, что рассев высушенных гранул проводят с выделением фракции 0,2-1,4 мм.
Пример 54. Пористый проппант и способ его получения, как в примере 25, отличающийся тем, что в качестве алюмосиликатного сырья используют смесь боксита и каолина.
Пример 55. Пористый проппант и способ его получения, как в примере 25, отличающийся тем, что в качестве алюмосиликатного сырья используют смесь боксита и глины.
Пример 56. Пористый проппант и способ его получения, как в примере 25, отличающийся тем, что в качестве алюмосиликатного сырья используют каолин с андалузитом.
Пример 57. Пористый проппант и способ его получения, как в примере 25, отличающийся тем, что в качестве алюмосиликатного сырья используют смесь каолина и кианита.
Пример 58. Пористый проппант и способ его получения, как в примере 25, отличающийся тем, что в качестве алюмосиликатного сырья используют смесь андалузита и силлиманита.
Для сравнения свойств пористых проппантов со свойствами проппантов, полученных без порообразователя, в таблице приведены свойства проппантов, полученных из боксита без добавок порообразователя и обожженных при 1550°С (пример 59).
У пористых проппантов, полученных из смеси боксита с 10,0 мас.% мела технического и обожженных при 1100°С (пример 25), пикнометрическая плотность равна 1,2 г/см3, что почти в три раза меньше чем у проппантов, полученных из 100 мас.% боксита, при этом механическая прочность пористых проппантов остается соответствующей международным стандартам для проппантов средней прочности. Свойства проппантов, полученных по предлагаемой заявке, практически не зависят от размеров выделенной фракции после сушки гранул. Проппанты фракции 0,4-0,8 мм (20/40 меш) могут быть использованы для ГРП при давлении, при котором количество разрушений менее 10,0 мас.%. Значительная часть пористых проппантов, полученных в приведенных примерах, может быть использована при пластовом давлении 69 МПа и, практически, все полученные пористые проппанты - при давлении 52 МПа.
| Таблица | |||||
| Свойства пористых проппантов | |||||
| № примера | пористость Р | пикнометрическая плотность ρ | насыпная плотность γ | прочность (количество разрушенных проппантов) при давлении | |
| 69 МПа | 52 МПа | ||||
| об.% | г/см3 | г/см3 | мас.% | мас.% | |
| 1 | 25,8 | 2,6 | 1,7 | 8,7 | 4,3 |
| 2 | 40,3 | 1,8 | 1,1 | 25,5 | 10,9 |
| 3 | 6,2 | 3,0 | 1,8 | 9,1 | 6,7 |
| 4 | 31,0 | 2,3 | 1,4 | 10,8 | 7,4 |
| 5 | 44,1 | 1,2 | 0,7 | 27,6 | 13,7 |
| 6 | 31,1 | 2,3 | 1,8 | 17,1 | 9,8 |
| 7 | 32,0 | 2,2 | 1,4 | 9,8 | 5,8 |
| 8 | 30,8 | 2,3 | 1,5 | 13,6 | 8,9 |
| 9 | 29,9 | 2,4 | 1,6 | 7,5 | 5,1 |
| 10 | 32,6 | 2,2 | 1,3 | 12,6 | 8,4 |
| 11 | 37,6 | 1,7 | 1,0 | 9,3 | 5,7 |
| 12 | 39,9 | 1,3 | 0,9 | 17,0 | 9,6 |
| 13 | 32,5 | 2,2 | 1,3 | 9,4 | 5,8 |
| 14 | 31,4 | 2,3 | 1,4 | 11,9 | 6,1 |
| 15 | 37,6 | 1,7 | 1,0 | 9,5 | 5,8 |
| 16 | 37,6 | 1,7 | 1,0 | 9,4 | 5,7 |
| 17 | 37,3 | 1,8 | 1,0 | 9,5 | 5,8 |
| 18 | 32,7 | 2,2 | 1,3 | 12,1 | 8,3 |
| 19 | 37,6 | 1,7 | 1,0 | 9,9 | 6,0 |
| 20 | 37,4 | 1,8 | 1,1 | 9,9 | 5,7 |
| 21 | 37,6 | 1,7 | 1,0 | 9,4 | 5,9 |
| 22 | 37.6 | 1,7 | 1,0 | 9,5 | 6,1 |
| 23 | 49,1 | 1,0 | 0,6 | 17,9 | 9,6 |
| 24 | 35,8 | 1,9 | 1,2 | 9,7 | 6,0 |
| 25 | 43,9 | 1,2 | 0,7 | 9,9 | 6,4 |
| 26 | 43,9 | 1,2 | 0,7 | 9,8 | 6,3 |
| 27 | 43,9 | 1,2 | 0,7 | 10,5 | 7,9 |
| 28 | 41,6 | 1,3 | 0,8 | 9,7 | 6,1 |
| 29 | 37,2 | 1,7 | 1,0 | 15,2 | 9,3 |
| 30 | 29,0 | 1,9 | 1,1 | 9,9 | 6,7 |
| 31 | 41,6 | 1,2 | 0,7 | 9,2 | 6,5 |
| 32 | 41,3 | 1,2 | 0,7 | 9,7 | 6,6 |
| 33 | 42,0 | 1,3 | 0,8 | 9,8 | 6,7 |
| 34 | 41,2 | 1,2 | 0,7 | 9,7 | 6,5 |
| 35 | 40,7 | 1,2 | 0,7 | 9,5 | 6,3 |
| 36 | 42,6 | 1,3 | 0,8 | 9,6 | 6,3 |
| 37 | 41,4 | 1,2 | 0,7 | 9,7 | 6,4 |
| 38 | 40,4 | 1,2 | 0,7 | 9,1 | 6,2 |
| 39 | 41,1 | 1,3 | 0,8 | 10,0 | 7,1 |
| 40 | 40,5 | 1,4 | 0,9 | 9,8 | 6,2 |
| 41 | 42,2 | 1,2 | 0,7 | 10,1 | 7,3 |
| 42 | 42,7 | 1,2 | 0,7 | 9,7 | 6,4 |
| 43 | 41,4 | 1,2 | 0,7 | 8,9 | 6,0 |
| 44 | 42,6 | 1,3 | 0,8 | 9,0 | 6,1 |
| 45 | 43,0 | 1,2 | 0,7 | 10,5 | 7,9 |
| 46 | 42,9 | 1,3 | 0,8 | 9,3 | 6,9 |
| 47 | 42,7 | 1,3 | 0,8 | 9,2 | 6,8 |
| 48 | 41,8 | 1,2 | 0,7 | 9,4 | 6,6 |
| 49 | 41,4 | 1,2 | 0,7 | 9,2 | 6,5 |
| 50 | 41,2 | 1,2 | 0,7 | 9,1 | 6,2 |
| 51 | 43,0 | 1,2 | 0,7 | 9,9 | 6,5 |
| 52 | 42,3 | 1,2 | 0,7 | 9,2 | 6,3 |
| 53 | 41,9 | 1,2 | 0,7 | 9,4 | 6,6 |
| 54 | 40,3 | 1,2 | 0,7 | 9,5 | 6,8 |
| 55 | 42,0 | 1,2 | 0,7 | 9,4 | 6,7 |
| 56 | 42,8 | 1,2 | 0,7 | 9,5 | 6,8 |
| 57 | 41,2 | 1,2 | 0,7 | 9,2 | 6,3 |
| 58 | 39,9 | 1,4 | 0,9 | 8,7 | 6,0 |
| 59 | 3,5 | 3,4 | 1,9 | 9,7 | 5,2 |
1. Пористый проппант, используемый при добыче нефти и газа методом гидравлического разрыва пласта, полученный в виде гранул с пикнометрической плотностью 1,0-3,0 г/см3 и размерами 0,2-4,0 мм, из порошкообразного материала и связующего, отличающийся тем, что порошкообразный материал - смесь совместного помола алюмосиликатного сырья и порообразователя, а связующее - водная суспензия органического связующего и порообразователя.
2. Пористый проппант по п.1, отличающийся тем, что алюмосиликатное сырье - маложелезистые бокситы, и/или каолины, и/или глины, и/или кианиты, и/или андалузиты, и/или силлиманиты.
3. Пористый проппант по п.1, отличающийся тем, что порообразователь - мел технический, тальк, доломит, карбонаты и/или гидрокарбонаты щелочных и/или щелочноземельных металлов, сульфаты и/или нитраты щелочных и/или щелочноземельных металлов, нефтяной кокс, пековый кокс, смолы, горючие сланцы, графит, различные виды каменных углей, древесный уголь, древесная мука, зола от сжигания углей.
4. Пористый проппант по п.1, отличающийся тем, что содержание алюмосиликатного сырья в смеси совместного помола составляет 75,0-99,0 мас.%.
5. Пористый проппант по п.1, отличающийся тем, что содержание порообразователя в смеси совместного помола составляет 1,0-25,0 мас.%.
6. Пористый проппант по п.1, отличающийся тем, что органическое связующее - карбометилцеллюлоза, метилцеллюлоза, лигносульфаты технические.
7. Пористый проппант по п.1, отличающийся тем, что концентрация органического связующего в водной суспензии составляет 1,0-10,0 мас.%.
8. Пористый проппант по п.1, отличающийся тем, что концентрация порообразователя в водной суспензии составляет 0,5-25,0 мас.%.
9. Пористый проппант по п.1, отличающийся тем, что массовое соотношение порошкообразного материала и связующего изменяется в пределах от 2:1 до 9:1.
10. Способ получения пористого проппанта из порошкообразного материала - смеси совместного помола алюмосиликатного сырья и порообразователя - и связующего, включающий предварительный обжиг алюмосиликатного сырья, совместный помол предварительно обожженного алюмосиликатного сырья и порообразователя, гранулирование смеси совместного помола при добавлении связующего в смеситель-грануляторе с вращающейся с постоянной скоростью тарельчатой чашей и роторной мешалкой, линейную скорость вращения лопастей которой изменяют в зависимости от стадии грануляции, сушку, рассев высушенных гранул, обжиг гранул во вращающейся печи, охлаждение обожженных гранул и рассев их на товарные фракции, отличающийся тем, что обжиг гранул проводят при температуре 900-1500°С и линейной скорости движения гранул в печи 0,0015-0,003 м/с.
11. Способ получения пористого проппанта по п.10, отличающийся тем, что предварительный обжиг алюмосиликатного сырья проводят при температуре 800-1450°С.
12. Способ получения пористого проппанта по п.10, отличающийся тем, что совместный помол предварительно обожженного алюмосиликатного сырья и порообразователя проводят до содержания частиц с размерами менее 63 мкм более 90,0 мас.%, при среднем размере частиц 3,0-5,0 мкм.
13. Способ получения пористого проппанта по п.10, отличающийся тем, что линейную скорость вращения лопастей роторной мешалки увеличивают прямо пропорционально количеству введенного связующего от 5,0 до 50,0 м/с, а после образования гранул с размерами 0,2-4,0 мм прекращают подачу связующего и в смеситель-гранулятор дополнительно вводят порошкообразный материал в количестве 5,0-50,0 мас.% от массы первоначально введенного порошкообразного материала при линейной скорости вращения лопастей роторной мешалки 5,0-25,0 м/с.
14. Способ получения пористого проппанта по п.10, отличающийся тем, что сушку гранул проводят при температуре 150-600°С.
15. Способ получения пористого проппанта по п.10, отличающийся тем, что рассев высушенных гранул проводят с выделением фракции 0,3-4,2 мм.
