Способ изготовления высококремнеземистого керамического проппанта для добычи сланцевого газа



Способ изготовления высококремнеземистого керамического проппанта для добычи сланцевого газа
Способ изготовления высококремнеземистого керамического проппанта для добычи сланцевого газа
Способ изготовления высококремнеземистого керамического проппанта для добычи сланцевого газа
Способ изготовления высококремнеземистого керамического проппанта для добычи сланцевого газа

 


Владельцы патента RU 2500713:

Общество с ограниченной ответственностью "ФОРЭС" (RU)

Изобретение относится к газонефтедобывающей промышленности, а именно к технологии изготовления керамических проппантов, предназначенных для использования в качестве расклинивающих агентов при добыче газа или нефти методом гидравлического разрыва пласта (ГРП). В способе изготовления высококремнеземистого керамического проппанта для добычи сланцевого газа, включающем помол исходной шихты, формирование гранул и их обжиг, помол осуществляют последовательно - сначала сухой, а затем мокрый с добавлением при мокром помоле водорастворимого полимерного связующего и 0,3-3,0 мас.% водорастворимой соли минеральной кислоты, способной образовывать кристаллогидрат, молекула которой удерживает не менее 6 молекул воды с температурой дегидратации не ниже 100°C, а также в качестве разжижителя и пластификатора - соответственно жидкое стекло в количестве 0,5-3,5 мас.% и низкомолекулярный полиалкиленгликоль в количестве 0,005-0,03 мас.% с получением шликера влажностью 25-30 мас.%, растекаемостью не менее 100 мм и температурой 40-60°C, формирование гранул осуществляют путем диспергирования полученного шликера через по крайней мере одно калибровочное отверстие в водный раствор закрепляющего вещества, образующего с указанным связующим водонерастворимое соединение, с использованием при диспергировании бокового или осевого вибрационного воздействия на ламинарный поток шликера с последующей сушкой и обжигом гранул. Технический результат - снижение насыпного веса проппанта при увеличении проницаемости проппантной пачки и сохранении высокой прочности проппанта. 1 з.п. ф-лы, 4 пр., 2 табл., 3 ил.

 

Изобретение относится к газо-нефтедобывающей промышленности, а именно, к технологии изготовления керамических проппантов, предназначенных для использования в качестве расклинивающих агентов при добыче газа или нефти методом гидравлического разрыва пласта - ГРП.

Проппанты (расклиниватели) - прочные гранулы, удерживающие трещины ГРП от смыкания под большим давлением и обеспечивающие необходимую производительность газовых и/или нефтяных скважин путем создания в пласте проводящего канала. В качестве проппантов используют песок, дробь, дробленую скорлупу грецких орехов, стеклосферы, полимерные или керамические гранулы и пр. Каждый из применяемых видов расклинивателей имеет свои преимущества и свои недостатки, а выбор того или иного типа проппанта осуществляется сервисными компаниями исходя из конкретных условий залегания добываемого сырья.

В последние годы в связи с ростом цен на энергоносители быстрыми темпами развиваются технологии извлечения углеводородов из нетрадиционных источников. Например, совершенствование технологии горизонтального бурения в сочетании с гидроразрывом сделало рентабельной добычу сланцевого газа. Поскольку у горизонтальной и разорванной скважины в сланце площадь контакта с породой в сотни раз выше, чем у традиционной вертикальной, такая скважина имеет коммерческие дебиты. В соответствии с технологией добычи сланцевого газа, в газоносных сланцевых пластах пробуриваются горизонтальные скважины, куда затем закачивается под давлением смесь проппанта и жидкости ГРП. Гидроудар разрушает перегородки газовых карманов, что позволяет собрать все запасы газа и обойтись без бурения множества вертикальных скважин. Технология многоступенчатого гидроразрыва пласта в сочетании с горизонтальным бурением стала серьезным технологическим прорывом, обеспечившим доступ к новым сырьевым запасам. Однако, добыча сланцевых углеводородов обладает рядом особенностей: во - первых, высокая твердость породы усложняет бурение и последующую эксплуатацию скважины; во - вторых, малый поровый объем снижает выход продукта с единицы объема месторождения; в - третьих, плохая связность пор снижает скорость истечения продукта по коллектору к стволу скважины, т.е. скважина имеет ограниченную область дренирования. В итоге - количество запасов газа, осваиваемых одной скважиной низкое, а время ее эксплуатации ограничено.

Таким образом, увеличение полноты извлечения продукта из скважины является основным направлением совершенствования технологии добычи сланцевых углеводородов. Поскольку после проведения ГРП степень извлечения сланцевого газа в значительной мере определяется проницаемостью проппантной пачки. К самому проппанту предъявляются особые требования. Для облегчения транспортировки проппанта к месту проведения гидроразрыва, величина его насыпной плотности должна быть менее 1,45 г/см3, предпочтительно менее 1,4 г/см3, при этом механическая прочность гранул должна быть достаточной для противодействия разрушающим нагрузкам твердых сланцевых пород. Кроме того, для увеличения проводимости слоя проппанта показатель сферичности/округлости гранул должен быть не менее 0.9. Учитывая тот факт, что общая себестоимость работ по извлечению сланцевого газа составляет значительную величину, проппант должен быть изготовлен из дешевого, доступного природного сырья, а технологический процесс его производства должен быть максимально упрощен. Принимая во внимание приведенные факты и соображения, можно сделать вывод о том, что в настоящее время на рынке отсутствуют проппанты, обладающие оптимальной совокупностью указанных выше характеристик.

Известен способ изготовления проппанта из стеклянных сфер (патент РФ №2336293), включающий получение расплава оксидов с последующим формированием из него сфер, их охлаждением и дополнительной изотермической выдержкой в течение 8-25 минут при температуре 870-1100°C до получения стеклокристаллической структуры. Указанным способом получают проппант со сферичностью 0,93-0,97 и округлостью 0,93-0,95.

К недостаткам известного способа можно отнести сложность технологического процесса, а именно, необходимость установки двух высокотемпературных агрегатов - плавильной печи для варки стекла и вращающейся печи для дополнительной термообработки гранул, а также необходимость проведения перед отжигом тщательного рассева гранул из-за большого разброса размеров сфер по диаметру и наличия значительного количества стекловаты. В результате чего выход товарных фракций проппанта не превышает 60%. Необходимо отметить, что, несмотря на высокие показатели сферичности/округлости и низкую разрушаемость гранул стеклокристаллических проппантов на воздухе, при их эксплуатации во влажной среде, в условиях высоких давлений и температур происходит значительная потеря прочности. Этот недостаток присущ подавляющему большинству стеклокерамических материалов и объясняется физико-химическими особенностями их структуры. В связи с этим, проппанты данного вида рекомендуется использовать при давлениях не превышающих 6000 psi. Применение в качестве проппанта стеклянных и стеклокристаллических сфер ограничивается также тем, что в отличие от керамических гранул, указанные материалы имеют низкую трещиностойкость и их разрушение при достижении критических давлений носит хрупкий лавинообразный характер. Кроме того, известный проппант обладает высокой (более 1.55 г/см3) насыпной плотностью. Совокупность перечисленных недостатков не позволяет эффективно применять данный продукт при добыче сланцевого газа.

Известен также способ изготовления изделий из алюминиевых шлаков (патент РФ №2163227), в котором керамические расклиниватели нефтяных скважин получают из более дешевого глиноземсодержащего сырья. Способ включает в себя следующие операции: спекание исходного сырья, его измельчение, компактирование и обжиг полученных гранул. Спекание исходного сырья осуществляют в аглочаше при 1360-1650°C, а обжиг гранул ведут - при 1180-1350°C. Измельчение осуществляют мокрым помолом в слабокислой среде при pH 4,5-6,0 до удельной поверхности более 12000 см2/г, а компактирование изделий осуществляется грануляцией из порошков, полученных распылительной сушкой шликера (БРС) в присутствии 0,01-0,3% гидрофобного ПАВ. Данный способ изготовления проппанта был реализован на предприятях ООО «Форэс» (РФ, г.Екатеринбург) при влажности шликера подаваемого в БРС 32-35 масс.%.

Усложнение технологического процесса путем введения в технологическую цепочку мокрого помола и башенного распылительного сушила позволяет в некоторой степени повысить сферичность гранул за счет формирования зародышей микросфер уже на выходе из БРС, однако вследствие высокой влажности распыляемого шликера показатели сферичности и округлости остаются недостаточно высокими. Кроме того, усложняет технологию предварительный высокотемпературный обжиг исходного сырья. Необходимо отметить, что проппант получаемый известным способом имеет высокий насыпной вес. Таким образом, эффективность использования указанного продукта при добыче сланцевого газа будет недостаточно высокой.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому решению является способ изготовления легковесного проппанта и проппант (патент РФ №2425084), включающий сушку исходных компонентов шихты, их дозирование, помол, гранулирование шихты и обжиг полученных гранул. Для изготовления проппанта используют шихту состава, мас.%: кварцполе-вопшатовый песок 90,0-97,0, глина и/или каолин 3,0-10,0, а обжиг осуществляют при скорости нагрева 350-370°C/ч и скорости охлаждения 800-820°C/ч. Причем для увлажнения шихты используют 2-8%-ный раствор гидроксида натрия и/или гидроксида калия, помол компонентов шихты осуществляют до фракции не более 40 мкм при содержании фракции не более 5 мкм не менее 60 мас.%, указанную сушку осуществляют при температуре 200-240°C. Легковесный проппант характеризуется тем, что он получен указанным выше способом.

К недостаткам известного способа наряду с повышенным насыпным весом можно также отнести невысокие показатели сферичности/округлости проппанта, обусловленные способом формования сырцовых гранул, осуществляемом на грануляторе тарельчатого типа. В режиме постоянного перемещения окатываемого материала по поверхности тарели происходит перераспределение частиц внутри гранулы - более крупные частицы перемешаются на поверхность гранулы, ухудшая показатели округлости. Кроме того, указанное перераспределение частиц вызывает искажение геометрической формы гранул из-за неравномерной объемной усадки при обжиге, что приводит ухудшению их сферичности.

Технической задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение является снижение насыпного веса проппанта при одновременном увеличении проницаемости проппантной пачки, осуществляемых путем получения гранул с общей сферичностью и округлостью не менее 0,9 и колебаниями по диаметру гранул не более 10%, а также за счет сохранения высокой прочности гранул.

Указанный результат достигается тем, что в способе изготовления высококремнеземистого керамического проппанта для добычи сланцевого газа, включающем помол исходной шихты, формирование гранул и их обжиг, помол осуществляют последовательно - сначала сухой, а затем мокрый с добавлением при мокром помоле водорастворимого полимерного связующего и 0,3-3,0 масс.% водорастворимых солей минеральных кислот, способных образовывать кристаллогидраты, молекула которых удерживает не менее 6 молекул воды с температурой дегидратации не ниже 100°C, а также в качестве разжижителя и пластификатора - соответственно жидкое стекло в количестве 0,5-3,5 масс.% и низкомолекулярные полиалкиленгликоли в количестве 0,005-0,03 масс.% с получением шликера влажностью 25-30 масс.%, растекаемостью - не менее 100 мм и температурой - 40-60°C, формирование гранул осуществляют путем диспергирования полученного шликера через, по крайней мере, одно калибровочное отверстие в водный раствор закрепляющего вещества, образующего с указанным связующим водонерастворимое соединение, с использованием при диспергировании бокового или осевого вибрационного воздействия на ламинарный поток шликера с последующей сушкой и обжигом гранул. Исходная шихта представляет собой природный песок или смесь природных песков различных месторождений.

Выбор природных песков в качестве шихты для изготовления проппанта обусловлен во - первых тем, что из данного вида сырья можно получить продукт обладающий низким насыпным весом, во - вторых тем, что природные пески являются наиболее доступным, дешевым и не требующим предварительной высокотемпературной обработки материалом, в некоторых случаях требуется лишь сушка песка для предотвращения запаривания мельницы сухого помола.

Получение тонкодисперсной жидкоподвижной суспензии с небольшой влажностью является необходимым условием для формирования качественных сфер путем диспергирования шликера в закрепляющий раствор. Избыточная (более 30 масс.%) влажность суспензии приводит к тому, что во время сушки в сырцовых гранулах возникают усадочные дефекты, сохраняющиеся и в обожженных сферах, кроме того, из-за низкой плотности сырцовых гранул при технологических перемещениях, а также во время сушки и обжига происходит значительное пылеобразование. Вышеперечисленные факторы в значительной степени снижают показатели округлости/сферичности продукта. Необходимо добавить, что испарение лишней воды ведет к перерасходу энергии и увеличению себестоимости продукции. Недостаточная (менее 25 масс.%) влажность шликера приводит к ухудшению истечения шликера через калибровочные отверстия и нарушению сферичности гранул уже на стадии соприкосновения капель шликера с поверхностью раствора закрепляющего вещества. Недостаточная (менее 100 мм) растекаемость приводит к забиванию калибровочных отверстий каплеобразующего устройства, что препятствует формованию гранул. Для предотвращения расслоения высококремнеземистого шликера и создания постоянного ламинарного режима его истечения, температуру суспензии необходимо поддерживать в интервале 40-60°C. При температуре шликера ниже 40°C и выше 60°C происходит его загустевание, расслоение, нарушение ламинарности потока, забивание магистральных трубопроводов и калибровочных отверстий. Введение в шликер водорастворимых солей минеральных кислот, способных образовывать кристаллогидраты, удерживающие значительные количества молекул воды обусловлено необходимостью упрочнения сырцовых гранул и организации замедленного влагоудаления при сушке. Кристаллогидраты, сохраняющие влагу при температурах выше 100°C, позволяют избежать лавинообразного удаления влаги в начальной стадии обжига продукта, в результате чего уменьшается степень деформации обожженных гранул. Предварительная деаэрация шликера, например его вакуумирование, также способствует сохранению высоких показателей сферичности/округлости гранул и их прочностных характеристик. Добавка водорастворимых солей минеральных кислот в количестве менее 0,3 масс.% не оказывает заметного влияния на свойства продукта, увеличение количества добавки свыше 3 масс.% вызывает изменение микроструктуры керамики и отрицательно сказывается на прочностных характеристиках материала.

В шликер с температурой 40-60°C, полученный последовательно выполненными сухим, а затем мокрым помолом или приготовленный из заранее измельченного исходного материала путем добавления воды, вводят водорастворимое полимерное связующее вещество, а в качестве разжижителя и пластификатора используют соответственно жидкое стекло в количестве 0,5-3,5 масс.% и низкомолекулярные полиалкиленгликоли (например полиэтиленгликоль) в количестве 0,005-0,03 масс.%. Могут использоваться и другие разжижители и пластификаторы, пригодные для применения в высококремнеземистых суспензиях.

При использовании разжижителя в количестве менее 0,5 масс.% влияние добавки малозаметно, увеличение количества разжижителя свыше 3,5 масс.% не приводит к улучшению текучести суспензии и вызывает коагуляцию твердых частиц в шликере. Добавка низкомолекулярных полиалкиленгликолей способствует улучшению прохождения шликера через калибровочные отверстия и ускоряет сфероидизацию сырцовых гранул. Применение добавки в количестве менее 0,005 масс.% не оказывает существенного влияния на свойства суспензии, увеличение количества добавки свыше 0,03 масс.% не приводит к улучшению реологических характеристик шликера. Водорастворимое полимерное связующее вещество выбирается из группы карагенов, пектинов, желатинов, альгинатов, целлюлоз, карбоксиметилированных полисахаридов, агара, крахмала, гуаровой смолы, ксантановой смолы, производных акриловой кислоты, полиолов. Количество связующего вещества зависит от его вида и типа закрепляющего вещества.

Шликер, содержащий все необходимые добавки, диспергируют через калибровочные отверстия на капли требуемого диаметра, которые отверждают в растворе закрепляющего вещества, после чего полученные сферы высушивают и обжигают при температуре, достаточной для максимального уплотнения гранул. Диспергирование осуществляют путем бокового или осевого вибрационного воздействия на ламинарный поток шликера. Диаметр калибровочных отверстий определяется заданным фракционным составом проппанта. Приготовление раствора закрепляющего вещества осуществляется в зависимости от вида и количества полимерного связующего, а концентрация закрепляющего раствора подбирается индивидуально для каждой пары - полимерное связующее вещество/закрепляющее вещество. В качестве закрепляющего вещества могут быть использованы, например, соли Me2+, Me3+, Н+, B(OH)4-, SO42- и т.д.

Заявляемый способ изготовления проппанта путем сфероидизации концентрированного высококремнеземистого шликера с заданными реологическими характеристиками позволяет получать продукт практически монофракционного гранулометрического состава, чего невозможно достичь с использованием других известных способов. Поскольку из-за быстрого отверждения не происходит миграции крупных частиц на поверхность гранулы, реализуется возможность получения гранулята с идеальными показателями сферичности и округлости. Кроме того, высокая плотность сырцовых гранул позволяет в значительной степени уменьшить усадочную деформацию материала при сушке и обжиге, а также сохранить достаточно высокие прочностные характеристики готового проппанта. Варьирование влагосодержания суспензии в заявляемом интервале дает возможность производить проппант с различным насыпным весом. Изготовление проппанта по предлагаемому способу позволяет снизить требования к качеству рассева и значительно уменьшить количество рассевного оборудования, так как в данном техническом решении рассев нужен лишь для отделения обломков гранул, которые могут образовываться при технологических перемещениях, сушке и обжиге проппанта - сырца. Проппант с улучшенными показателями сферичности и округлости обеспечивает преимущественно ламинарный режим движения углеводородов внутри проппантной пачки, а практически монофракционный состав материала гарантирует образование между гранулами высокопроницаемых крупных пустот, не заполненных сферами меньшего диаметра. Наличие однородных крупных пор между гранулами укорачивает длину пути добываемого углеводорода внутри слоя проппанта и поддерживает ламинарность потока за счет отсутствия резкого изменения сечения каналов в пачке проппанта. Следует также подчеркнуть, что проппантная пачка, состоящая из гранул с бездефектной поверхностью, способна выдерживать без выкрашивания значительные сжимающие нагрузки за счет проскальзывания гранул друг относительно друга. Совокупность вышеизложенных преимуществ проппанта, получаемого заявляемым способом, позволяет производить продукт, обладающий повышенной проводимостью.

Примеры осуществления изобретения

Пример 1.

8 кг предварительно высушенного при температуре 150°C песка №1, содержащего: SiO2 - 91,45, Al2O3 - 3,68, Fe2O3 - 0,77, CaO - 0,79, MgO - 0,05, Na2O - 0,42, K2O - 1,3, влага - 0,92, примеси - остальное и 2 кг предварительно высушенного при температуре 150°C песка №2, содержащего, масс.%: SiO2 - 85,5, Al2O3 - 7,8, Fe2O3 - 0,7, CaO - 1,4, MgO - 0,25, Na2O - 1,91, K2O - 1,22, влага - 1,25, примеси - остальное, подвергали последовательно сухому, а затем мокрому помолу до размера частиц менее 15 мкм. Контроль фракционного состава проводился на фотоседиментографе Horiba LA - 300. На стадии мокрого помола в мельницу добавляли 1,5 масс.% (150 г) алюмокалиевых квасцов (KAl(SO4)2·12H2O), 0,5 масс.% (50 г) натриевого жидкого стекла по ГОСТ 13078-81 (возможно применение калиевого жидкого стекла), полиэтиленгликоль ПЭГ - 200 в количестве 0,03 масс.% (3 г) и альгинат натрия в количестве 1,1 мас.% (110 г). Полученную суспензию сливали в расходный бак, оборудованный перемешивающим устройством, оснащенный системой подогрева и находящийся под разрежением 0,2 атм. Контроль растекаемости суспензии осуществляли по ГОСТ 26798.1-96. Шликер с влажностью 25 масс.%, растекаемостью 100 мм и температурой 60°C диспергировали через калибровочные отверстия каплеобразующего устройства в емкость с 6%-ным раствором хлористого кальция. Для формирования капель использовали источник вертикальных акустических колебаний частотой 550 Гц. Отвержденные гранулы отмывали от раствора хлористого кальция проточной водой, высушивали до влажности 1,5-2% и обжигали в лабораторной печи с карбидкремниевыми электронагревателями при температуре, достаточной для максимального уплотнения керамики. После спекания были получены гранулы фракции 30/50 меш. У полученных гранул определяли насыпной вес, округлость, сферичность, разрушаемость и проводимость по методике ISO 13503-2:2006 (Е). Для сравнения дополнительно были изготовлены проппанты фракции 30/50 меш сопоставимого насыпного веса по способу, указанному в патенте РФ №2425084 (прототип). При использовании указанного шликера, имеющего растекаемость 95 мм, гранулы сформировать не удалось.

Результаты измерений приведены в таблице 1.

Пример 2.

10 кг предварительно высушенного при температуре 150°C песка №1, содержащего: SiO2 - 91,45, Al2O3 - 3,68, Fe2O3 - 0,77, CaO - 0,79, MgO - 0,05, Na2O - 0,42, W - 1,3, влага - 0,92, примеси - остальное, подвергали совместному сухому, а затем мокрому помолу до размера частиц менее 15 мкм. Контроль фракционного состава проводился на фотоседиментографе Horiba LA - 300. На стадии мокрого помола в мельницу добавляли 3,0 масс.% (300 г) сульфата магния (MgSO4·7H2O), 3,5 масс.% (350 г) натриевого жидкого стекла по ГОСТ 13078-81, полиэтиленгликоль ПЭГ-200 в количестве 0,005 масс.% (0,5 г) и альгинат натрия в количестве 1,1 мас.% (110 г). Полученную суспензию сливали в расходный бак, оборудованный перемешивающим устройством, оснащенный системой подогрева и находящийся под разрежением 0,2 атм. Контроль растекаемости суспензии осуществляли по ГОСТ 26798.1-96. Шликер с влажностью 27 масс.%, растекаемостью 105 мм и температурой 50°С диспергировали через калибровочные отверстия каплеобразующего устройства в емкость с 6%-ным раствором хлористого кальция. Для формирования капель использовали источник вертикальных акустических колебаний частотой 550 Гц. Отвержденные гранулы отмывали от раствора хлористого кальция проточной водой, высушивали до влажности 1,5-2% и обжигали в лабораторной печи с карбидкремниевыми электронагревателями при температуре, достаточной для максимального уплотнения керамики. После спекания были получены гранулы фракции 20/40 меш. У полученных гранул определяли насыпной вес, округлость, сферичность, разрушаемость и проводимость по методике ISO 13503-2:2006 (Е). При использовании указанного шликера, имеющего растекаемость 98 мм, гранулы сформировать не удалось.

Результаты измерений приведены в таблице 2.

Пример 3.

10 кг предварительно высушенного при температуре 150°C песка №1, содержащего: SiO2 - 91,45, Al2O3 - 3,68, Fe2O3 - 0,77, CaO - 0,79, MgO - 0,05, Na2O - 0,42, K2O - 1,3, влага - 0,92, примеси - остальное, подвергали совместному сухому, а затем мокрому помолу до размера частиц менее 15 мкм. Контроль фракционного состава проводился на фотоседиментографе Horiba LA - 300. На стадии мокрого помола в мельницу добавляли 0,3 масс.% (30 г) пирофосфата натрия (Na4P2O7·10H2O), 1,5 масс.% (150 г) натриевого жидкого стекла по ГОСТ 13078-81, полиэтиленгликоль ПЭГ-200 в количестве 0,01 масс.% (1 г) и альгинат натрия в количестве 1,1 мас.% (110 г). Полученную суспензию сливали в расходный бак, оборудованный перемешивающим устройством, оснащенный системой подогрева и находящийся под разрежением 0,2 атм. Контроль растекаемости суспензии осуществляли по ГОСТ 26798.1-96. Шликер с влажностью 30 масс.%, растекаемостью 102 мм и температурой 40°C диспергировали через калибровочные отверстия каплеобразующего устройства в емкость с 6%-ным раствором хлористого кальция. Для формирования капель использовали источник вертикальных акустических колебаний частотой 550 Гц. Отвержденные гранулы отмывали от раствора хлористого кальция проточной водой, высушивали до влажности 1,5-2% и обжигали в лабораторной печи с карбидкремниевыми электронагревателями при температуре, достаточной для максимального уплотнения керамики. После спекания были получены гранулы фракции 20/40 меш. У полученных гранул определяли насыпной вес, округлость, сферичность, разрушаемость и проводимость по методике ISO 13503-2:2006 (Е). При использовании указанного шликера, имеющего растекаемость 98 мм, гранулы сформировать не удалось.

Результаты измерений приведены в таблице 2.

Пример 4.

10 кг предварительно высушенного при температуре 150°C песка №1, содержащего: SiO2 - 91,45, Al2O3 - 3,68, Fe2O3 - 0,77, CaO - 0,79, MgO - 0,05, Na2O - 0,42, K2O - 1,3, влага - 0,92, примеси - остальное, подвергали совместному сухому, а затем мокрому помолу до размера частиц менее 15 мкм. Контроль фракционного состава проводился на фотоседиментографе Horiba LA - 300. На стадии мокрого помола в мельницу добавляли 0,3 масс.% (30 г) хлорида меди (CuCl2·3H2O), 1,5 масс.% (150 г) натриевого жидкого стекла по ГОСТ 13078-81, полиэтиленгликоль ПЭГ-200 в количестве 0,01 масс.% (1 г) и альгинат натрия в количестве 1,1 мас.% (110 г). Полученную суспензию сливали в расходный бак, оборудованный перемешивающим устройством, оснащенный системой подогрева и находящийся под разрежением 0,2 атм. Контроль растекаемости суспензии осуществляли по ГОСТ 26798.1-96. Шликер с влажностью 35 масс.%, растекаемостью 102 мм и температурой 65°C диспергировали через калибровочные отверстия каплеобразующего устройства в емкость с 6%-ным раствором хлористого кальция. Для формирования капель использовали источник вертикальных акустических колебаний частотой 550 Гц. Отвержденные гранулы отмывали от раствора хлористого кальция проточной водой, высушивали до влажности 1,5-2% и обжигали в лабораторной печи с карбидкремниевьми электронагревателями при температуре, достаточной для максимального уплотнения керамики. После спекания были получены гранулы фракции 20/40 меш. У полученных гранул определяли насыпной вес, округлость, сферичность, разрушаемость и проводимость по методике ISO 13503-2:2006 (Е). При использовании указанного шликера, с влажностью - 22 масс.%, температурой - 35°C и растекаемостью - 98 мм, гранулы сформировать не удалось.

Результаты измерений приведены в таблице 2.

Таблица 2
Свойства проппанта фракции 20/40 меш
№ п/п Насыпной вес, г/см3 Сферичность/ округлость Разрушаемость Проводимость при t=121°C
Нагрузка, psi Доля разрушенных гранул, масс.% Давление, psi Проводимость, md-ft
Пример 2* 1,26 0,9/0,9 7500 6,0 2000 10122
10000 10,4 4000 5344
6000 2014
8000 663
10000 360
Пример 3* 1,13 0,9/0,9 7500 9,7 2000 9810
10000 17,5 4000 3789
6000 1016
8000 321
10000 154
Пример 4* 1,12 0,7/0,8 7500 14,1 2000 7320
10000 22,5 4000 2105
6000 480
8000 111
10000 -
* - поскольку способ, указанный в патенте РФ №2425084 (прототип), не позволяет получать плотно спеченный проппант с насыпным весом менее 1,32 г/см3 провести корректное сравнение показателей проводимости прототипа данной фракции с заявляемым способом не представляется возможным.

Авторы заявляют, что в рамках предлагаемого технического решения возможно получать проппанты с регулируемым и контролируемым насыпным весом, что делает возможным их эффективное использование с более простыми жидкостями ГРП, например, с реагентом на водной основе, который легче удаляется из проппантной пачки после гидроразыва и имеет более низкую стоимость.

Анализ данных таблиц показывает, что заявляемый способ изготовления высококремнеземистого проппанта (примеры 1, 2, 3 таблиц 1, 2), сочетающий совокупность реологических характеристик концентрированного шликера с методом формирования из него гранул, позволяет получать продукт по своим свойствам превосходящий известные аналоги, который может быть рекомендован для использования при добыче сланцевого газа.

1. Способ изготовления высококремнеземистого керамического проппанта для добычи сланцевого газа, включающий помол исходной шихты, формирование гранул и их обжиг, отличающийся тем, что помол осуществляют последовательно - сначала сухой, а затем мокрый, с добавлением при мокром помоле водорастворимого полимерного связующего и 0,3-3,0 мас.% водорастворимой соли минеральной кислоты, способной образовывать кристаллогидрат, молекула которой удерживает не менее 6 молекул воды с температурой дегидратации не ниже 100°C, а также в качестве разжижителя и пластификатора - соответственно жидкое стекло в количестве 0,5-3,5 мас.% и низкомолекулярный полиалкиленгликоль в количестве 0,005-0,03 мас.% с получением шликера влажностью 25-30 мас.%, растекаемостью - не менее 100 мм и температурой 40-60°C, формирование гранул осуществляют путем диспергирования полученного шликера через, по крайней мере, одно калибровочное отверстие в водный раствор закрепляющего вещества, образующего с указанным связующим водонерастворимое соединение, с использованием при диспергировании бокового или осевого вибрационного воздействия на ламинарный поток шликера с последующей сушкой и обжигом гранул.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что указанная исходная шихта представляет собой природный песок или смесь природных песков различных месторождений.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к композициям и способам извлечения углеводородных флюидов из подземного месторождения. Предложена композиция инкапсулированных полимерных микрочастиц для изменения коэффициента водопроницаемости подземного пласта, включающая расширяемые полимерные микрочастицы, заключенные в оболочку из по меньшей мере одного слоя сополимера N-изопропилакриламида и акриламида.

Изобретение относится к композициям и способам извлечения углеводородных флюидов из подземного месторождения. Предложена композиция расширяемых полимерных микрочастиц для изменения коэффициента проницаемости воды в подземном пласте, содержащая взаимопроникающую полимерную сетку (ВПС), включающую один или более акриламидных сополимеров.

Изобретение относится к строительству скважин различного назначения, к ремонтно-изоляционным работам в скважинах, а также используется при ликвидации водопроявлений в процессе бурения скважин.
Изобретения относятся к улучшенному способу вторичной добычи нефти. Технический результат - усовершенствование введения ингибитора отложений на стенках оборудования, повышение эффективности извлечения нефти, увеличение срока службы конструкций.

Изобретение относится к растворам для глушения скважин. Способ обработки подземного пласта включает: закачивание в обсаженный, перфорированный ствол скважины, который рассекает пласт, раствора обращенной эмульсии для глушения скважины, содержащего: маслянистую непрерывную фазу, немаслянистую дисперсную фазу, эмульгирующий агент, по меньшей мере один разлагаемый материал и по меньшей мере один закупоривающий агент; контакт пласта с раствором для глушения скважины и предоставление возможности разлагаемому материалу, по меньшей мере, частично разложиться.
Изобретение относится к композициям и способам извлечения углеводородных флюидов из подземного месторождения. Предложена композиция для изменения водопроницаемости подземного пласта, включающая расширяемые полимерные микрочастицы, которые включают гидрофобные полимеры, содержащие лабильные боковые группы, где микрочастицы имеют средний диаметр частиц неувеличенного объема от примерно 0,05 до примерно 5000 мкм, указанные гидрофобные полимеры включают сложный эфир акриловой кислоты и сомономеры, сополимеризованные со сложным эфиром акриловой кислоты и лабильные боковые группы являются гидролизуемыми.

Изобретение относится к области нефте- и газодобывающей промышленности и может быть использовано для тампонирования каналов прорыва воды или газа в цементном камне за колонной, для ликвидации зон поглощений и обводненных зон пласта, в том числе высокопроницаемых и трещиноватых.
Изобретение предназначено для глушения скважин и может быть использовано на нефтегазодобывающих предприятиях. Технический результат - повышение эффективности глушения скважин с пластовым давлением выше гидростатического.

Группа изобретений относится к системам и способам добычи нефти и/или газа с использованием смешивающегося их вытеснения из пласта. Обеспечивает повышение эффективности изобретений за счет существенной экономии энергии.

Группа изобретений относится к области бурения с использованием в качестве очистного агента газообразных текучих сред. Способ включает циркулирование системы буровой жидкости и эффективного количества пенообразующей композиции, состоящей из пенообразующего агента и стабилизирующего полимера, добавление газообразного агента в жидкость со скоростью, достаточной для образования пенного бурового раствора, и удаление вспененной буровой жидкости из скважины.
Изобретение относится к способам приготовления жидкости для обработки подземных формаций при гидроразрыве пласта и может быть использовано при получении жидкости-носителя для проппанта, в частности, в системах с низкой загрузкой гелянта и для увеличения общей термической стабильности системы, снижения седиментационых свойств проппанта. В способе приготовления жидкости для обработки подземных формаций и скважин при гидроразрыве пласта, включающем получение загущенной жидкости-носителя, содержащей проппант и антиседиментационную добавку, в качестве антиседиментационной добавки используют смесь из, по меньшей мере, одного амина и полисилоксана, органосилана, органополисилана, при следующем соотношении компонентов, мас.%: полисилоксан, органосилан, органополисилан 30-50, по меньшей мере, один амин остальное, а добавку вводят в количестве 0,1-4,0 л/м3 жидкости-носителя. Технический результат - повышение несущей способности проппантной пачки в широком диапазоне температур при снижении загрузки загустителя. 10 пр.
Изобретение относится к буровым растворам на водной основе и может найти применение при бурении нефтяных и газовых скважин, преимущественно при бурении неустойчивых глинистых пород. Технический результат - повышение ингибирующей способности к глинам. Спиртовой буровой раствор включает, масс.%: глинопорошок ПБМВ 1,2, биополимер Сараксан 0,2, хлористый калий 0,5-1,1, ацетат натрия 2,5-3,1, анионную эмульсию Росфлок ПВ 2,1, триэтиленгликоль 9,8, талловое масло 11,3, бактерицид «Remacid» 0,1, воду остальное. 1 табл.
Настоящее изобретение относится к эмульсиям и их применению в подземных работах. Композиция стабилизированной эмульсии включает маслянистую текучую среду, текучую среду, являющуюся, по меньшей мере, частично несмешивающейся с маслянистой текучей средой, и стабилизирующий эмульсию агент, включающий первое ионное соединение, растворимое в маслянистой текучей среде или указанной текучей среде, и второе ионное соединение с зарядом противоположного знака относительно первого ионного соединения. Способ включает получение указанной выше композиции стабилизированной эмульсии и помещение ее в подземный пласт в качестве части подземных работ. Способ включает получение указанной выше композиции и бурение скважины в подземном пласте с ее использованием. Способ получения указанной выше композиции включает: получение маслянистой текучей среды, получение указанной текучей среды, получение стабилизирующего эмульсию агента, включающего первое ионное соединение, растворимое в маслянистой текучей среде или указанной текучей среде, и второе ионное соединение с зарядом противоположного знака относительно первого ионного соединения, и объединение маслянистой текучей среды, текучей среды и стабилизирующего агента с формированием композиции. Изобретение развито в зависимых пунктах. Технический результат - улучшение стабильности эмульсии и снижение количества стабилизирующего агента. 4 н. и 13 з.п. ф-лы, 1 табл.

Группа изобретений относится к композициям, изменяющим проницаемость подземных пластов. Предложена композиция для изменения водопроницаемости подземного пласта, включающая расширяемые полимерные микрочастицы со средним диаметром неувеличенного объема от 0,05 до 5000 мкм, состоящие из структурированных полимеров, которые включают лабильные сшивающие агенты и выбраны из группы, состоящей из звездообразных полимеров, дендритных полимеров, сверхразветвленных полимеров, полимеров с короткоцепочечным ветвлением, полимером с длинноцепочечным ветвлением и любого их сочетания, а также включают акриламид и aкpилaмидoмeтил-пpoпaнcyльфoнал натрия. Предложен также способ изменения водопроницаемости подземного пласта, включающий закачивание в подземный пласт указанной композиции. Технический результат - предложенная композиция за счет расширения объема полимерных микрочастиц позволяет эффективно изменять проницаемость подземных пластов и увеличивать подвижность и/или темп добычи углеводородных флюидов, присутствующих в пластах. 2 н. и 14 з.п. ф-лы, 4 ил., 7 пр.
Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, а именно к технологии изготовления керамических проппантов, предназначенных для использования в качестве расклинивающих агентов при добыче нефти или газа методом гидравлического разрыва пласта - ГРП. Способ изготовления магнийсиликатного проппанта, включающий подготовку исходной шихты, введение в ее состав порообразующей добавки, помол, формирование гранул, их сушку и обжиг, отличающийся тем, что в шихту дополнительно вводят спекающую добавку в виде водорастворимой соли минеральной кислоты, которую растворяют в жидкости, используемой при грануляции, а порообразующую добавку в виде водонерастворимого вещества вводят в шихту на стадии помола, причем спекающая и порообразующая добавки находятся в следующем соотношении, в % сверх массы шихты: порообразующая добавка 0,005-3,0, спекающая добавка 0,2-2,5. Технический результат - снижение плотности проппанта при сохранении прочности. 3 пр., 1 табл.

Изобретение относится к буровой трубе, способу ее сооружения, покрытию для нанесения на буровую трубу и способу сооружения защищенной таким покрытием буровой трубы. Буровая труба включает: полимерную основную структуру, образованную из армированного волокнами бисмалеимидного полимера; и гидрофобное покрытие, включающее малеимидный комплекс, химически связанное с полимерной основной структурой. Покрытие образует ковалентную связь с полимерной основной структурой. Способ сооружения буровой трубы включает: сооружение основной структуры буровой трубы из полимерного материала; изготовление гидрофобного покрытия; и создание ковалентной химической связи между покрытием и основной структурой. Покрытие для нанесения на буровую трубу выполнено из множества слоев, из которых по меньшей мере один слой образован из материала, содержащего химический реагент, выбранный для реакции в присутствии скважинных текучих сред, которые являются разрушающими по отношению к полимерному материалу. Технический результат - обеспечение образования покрытия на буровой трубе, которое в достаточной степени связано с нижележащей основной структурой полимерного материала, чтобы противостоять агрессивной окружающей среде, присутствующей в скважинном применении. 4 н. и 26 з.п. ф-лы, 10 ил.
Изобретение относится к сополимеру на основе содержащего сульфокислоту соединения. Сополимер включает в качестве мономерных компонентов a) по меньшей мере одно соединение, содержащее сульфокислотную группу, b) по меньшей мере одно соединение, выбранное из группы, включающей N-винил-капролактам, N,N-диметилакриламид, N,N-диэтилакриламид, изопропилакриламид, N-винилпирролидон, N-винилацетамид, N-винилформамид, N-метил-N-винилацетамид, N-алкилакрилат и N-алкилметакрилат, и c) минимум один по меньшей мере бифункциональный виниловый эфир, выбранный из ряда: дивиниловый эфир триэтиленгликоля, дивиниловый эфир диэтиленгликоля или дивиниловый эфир бутандиола. Заявлено также применение сополимера в качестве добавки к гидравлическим связующим и/или к композициям, содержащим компоненты, набухающие в воде. Технический результат сополимер используют в качестве водоудерживающего и антисегрегационного средства. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 12 табл., 20 пр.
Изобретение относится к технологиям бурения скважин в нефте- и газодобывающей промышленности, в геологоразведке полезных ископаемых. Технический результат - регулирование реологических характеристик и фильтруемости бурового раствора с учетом характеристик разбуриваемых пород. Глинистый буровой раствор содержит, мас.%: глинопорошок 5,5, карбоксиметилированное вещество 0,5, феррохромлигносульфонат 0,2-0,3, арабиногалактан 0,2-0,3, воду 93,4-93,6, причем в качестве карбоксиметилированного вещества он содержит карбоксиметилированный крахмал в виде товарного продукта Полицелл КМК БУР 1Н, содержащего, в мас.%: 70-75 карбоксиметилкрахмала, 15-18 NaCl и 10-12 гликолята натрия. Изобретение развито в зависимом пункте. 1 з.п. ф-лы, 1 табл., 9 пр.
Изобретение относится к нефтяной и газовой промышленности, в частности к буровым растворам на углеводородной основе, предназначенным для проходки интервалов неустойчивых, глинистых пород, интервалов многолетних мерзлотных пород, продуктивных пластов и бурения горизонтальных участков скважин. Буровой раствор на углеводородной основе, включающий высокоокисленный высокоплавкий битум, поверхностно-активное вещество - ПАВ и дизельное топливо, содержит высокоокисленный высокоплавкий битум в виде 30-40% раствора в ксилоле или смеси ксилола и дизельного топлива с содержанием в растворителе ксилола от 50 до 99%, в качестве ПАВ - гидрофобизатор АБР, и дополнительно - рапсовое масло, глинопорошок или мрамор, или их смесь в соотношении 1:1, при следующих соотношениях компонентов, мас.%: указанный раствор высокоокисленного высокоплавкого битума 40-75, рапсовое масло 15-40, гидрофобизатор АБР 2-5, дизельное топливо 0-20, глинопорошок, или мелкодисперсный мрамор, или их смесь 0-30. Технический результат - упрощение технологии приготовления раствора в промысловых условиях и сокращение времени его приготовления при сохранении всех его показателей. 3 пр., 3 табл.
Изобретение относится к композициям и способам, которые можно использовать для повышения нефтеотдачи. Предложена композиция, включающая сшитые расширяемые полимерные микрочастицы, имеющие средний диаметр частиц неувеличенного объема от примерно 0,05 до примерно 5000 мкм и содержание сшивающих агентов от примерно 100 до примерно 200000 частей на млн лабильных сшивающих агентов и от 0 до примерно 300 частей на млн нелабильных сшивающих агентов, причем расширяемые полимерные микрочастицы имеют структуру блоксополимера, включающего по меньшей мере два различных мономера различного химического строения. Предложен также способ улучшения добычи углеводородных флюидов из подземного пласта, включающий закачивание в подземный пласт заявленной композиции. Технический результат - предложенная композиция обеспечивает эффективное распространение микрочастиц в пористой структуре месторождения, повышая степень извлечения углеводородных флюидов из подземных пластов. 2 н. и 18 з.п. ф-лы, 3 пр.
Наверх