Способ изготовления магнезиальнокварцевого проппанта


 


Владельцы патента RU 2514037:

Общество с ограниченной ответственностью "ФОРЭС" (RU)

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, а именно к технологии получения керамических магнезиальнокварцевых проппантов, предназначенных для использования в качестве расклинивающих агентов при добыче нефти или газа методом гидравлического разрыва пласта. Техническим результатом изобретения является повышение выхода товарных фракций товара. Способ изготовления магнезиальнокварцевого проппанта включает приготовление шликера, введение в полученный шликер водорастворимого связующего вещества, каплеобразование путем вибрационного воздействия на ламинарную струю основной частотой, отверждение капель в водном растворе закрепляющего вещества и последующий обжиг. Причем при изменении реологических свойств ламинарной струи шликера на нее оказывают дополнительное вибрационное воздействие с частотой, отличной от основной, до получения заданного качества каплеобразования. 4 з.п. ф-лы, 2 пр., 1 табл., 1 ил.

 

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, а именно к технологии получения керамических магнезиальнокварцевых проппантов, предназначенных для использования в качестве расклинивающих агентов при добыче нефти или газа методом гидравлического разрыва пласта - ГРП. Изобретение может найти применение при сфероидизации различных керамических материалов и медицинских препаратов.

Сферические проппанты удерживают трещины ГРП от смыкания под большим давлением и обеспечивают необходимую производительность нефтяных и/или газовых скважин путем создания в пласте проводящего канала.

Основными эксплуатационными характеристиками проппантов являются проводимость и проницаемость проппантной пачки, которые зависят от фракционного состава, прочности и сферичности поверхности гранул. Известно, что сферические гранулы являются наиболее эффективной формой тела проппанта, обеспечивающей максимальные значения проводимости и проницаемости за счет создания преимущественно ламинарного характера движения добываемого углеводородного сырья, следовательно, сферические гранулы являются наиболее предпочтительными с точки зрения обеспечения подвижности потока нефти и газа.

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°С до получения стеклокристаллической структуры. Указанным способом получают проппант со сферичностью 0,93-0,97.

К недостаткам известного способа можно отнести 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%.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому решению является способ изготовления керамического проппанта, включающий приготовление шликера с введением в него водорастворимого связующего вещества, формирование гранул, которое осуществляют диспергированием шликера через калибровочное отверстие в водный раствор закрепляющего вещества. Диспергирование осуществляют путем бокового или осевого вибрационного воздействия на ламинарный поток шликера (патент РФ №2459852). Использование данного способа позволяет получать гранулы с общей сферичностью и округлостью 0,95 и более и колебаниями по диаметру гранул не более 10%, а также повысить выход товарных фракций.

К недостаткам данного способа следует отнести невозможность воздействия на процесс каплеобразования при технологических колебаниях реологических характеристик шликера (плотности, влажности, вязкости, поверхностного натяжения, текучести). Например, при повышении плотности суспензии свыше допустимых значений снижается сферичность сформированных гранул и образуется значительное количество некондиционных гранул меньших размеров (сателлитов), нарушается ламинарность потока шликера и происходит сбой процесса каплеобразования в результате чего снижается выход товарных фракций проппанта. Такие же недостатки присущи и способу настройки генератора капель, включающему подачу рабочей жидкости в форсунку под давлением, введение форсунки в резонанс на частоте каплеобразования путем подключения к пьезокерамическому вибратору напряжения, синхронизации каплеобразования и наблюдения за процессом каплеобразования с помощью стробоскопа (патент РФ №1716332).

Технической задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является повышение выхода товарных фракций проппанта за счет улучшения качества гранул стабилизацией каплеобразования при колебаниях реологических характеристик шликера и уменьшения количества образующихся сателлитов.

Указанный результат достигается тем, что в способе изготовления магнезиальнокварцевого проппанта, включающем приготовление шликера, введение в полученный шликер водорастворимого связующего вещества, каплеобразование путем вибрационного воздействия на ламинарную струю основной частотой, отверждение капель в водном растворе закрепляющего вещества и последующий обжиг, при изменении реологических свойств ламинарной струи шликера на нее оказывают дополнительное вибрационное воздействие с частотой, отличной от основной, до получения заданного качества каплеобразования. Колебания дополнительной частоты имеют прямоугольную или импульсную форму, а частота дополнительных колебаний кратна по отношению к основной частоте каплеобразования, синхронизирована с ней и находится в ультразвуковом диапазоне частот.

Поскольку производство проппанта является крупнотоннажным, по технологической цепочке непрерывно перемещается большое количество исходного шликера. При этом практически невозможно исключить технологический, климатический и человеческий факторы, оказывающие влияние на реологические свойства суспензии, тем более что изменение одной из характеристик шликера неизбежно вызывает корректировку других. В результате нарушается стабильность процесса каплеобразования, снижается сферичность гранул, возрастает количество сателлитов, что приводит к уменьшению выхода товарных фракций. Дополнительное вибрационное воздействие на струю шликера с частотой, отличной от основной, способствует устранению указанных недостатков. Указанное вибрационное воздействие может осуществляться как временно (до восстановления исходных реологических характеристик шликера), так и постоянно (например, при переходе на более плотные суспензии или при быстрой смене исходного сырья).

Форма колебаний дополнительной частоты может отличаться от синусоидальной и иметь, например, прямоугольную или импульсную форму, а частота дополнительных колебаний выбирается кратной по отношению к основной частоте каплеобразования. Частота дополнительных колебаний может быть как асинхронной по отношению к основной частоте, так и синхронизированной с ней (см. рис.1а, б с Приложения). Форма колебаний дополнительной частоты зависит от состава шликера, его реологических свойств и выбирается визуально по качеству образования капель с помощью стробоскопа. Ультразвуковой диапазон частот используется при работе с более плотными шликерами для повышения текучести и изменения других реологических свойств, необходимых для инициирования процесса каплеобразования.

Водорастворимое полимерное связующее вещество выбирается из группы карагенов, пектинов, желатинов, альгинатов, целлюлоз, карбоксиметилированных полисахаридов, агара, крахмала, гуаровой смолы, ксантановой смолы, производных акриловой кислоты, полиолов, а водный раствор закрепляющего вещества образует с водорастворимым полимерным связующим веществом водонерастворимое соединение, обеспечивающее закрепление формы гранул.

Шликер, содержащий все необходимые добавки, диспергируют через калиброванные 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. Диаметр калибровочных отверстий определяется типом используемого сырья и подбирается индивидуально для каждого вида исходного шликера. 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.

Примеры осуществления изобретения.

Для изготовления проппанта использовали водный шликер, приготовленный из обожженного природного магнийсиликатного сырья следующего состава, масс.%: MgO - 41, SiO2 - 46, Fe2O3 - 7, примеси - остальное. Сырьевой материал предварительно подвергали помолу до фракционного состава: фр. 5 мкм и менее - 64 масс.%, фракция 5-30 мкм - 36 масс.%. Контроль фракционного состава проводился на лазерном анализаторе размеров частиц. В качестве связующего вещества использовали альгинат натрия, в качестве закрепляющего вещества - водный раствор хлорида кальция.

Пример 1. Полученный шликер влажностью W=65%, плотностью ρ=1,45 г/см3 без воздействия вибрации самоистечением пропускали через калибровочное отверстие. Режим резонанса (начало процесса разбивания струи шликера на капли) был достигнут при частоте приблизительно 140 Гц и зафиксирован с помощью стробоскопа. Для формирования капель использовали вибратор электродинамического типа, как источник вертикальных колебаний. При разбиении струи образовывались капли преимущественно одного размера с небольшим количеством сателлитов. Полученные гранулы фракции 20/40 меш отмывали проточной водой, высушивали до влажности 1,5-2,0% и обжигали в лабораторной печи до максимального уплотнения керамики. Обожженные гранулы рассевали и фиксировали выход товарной фракции.

Пример 2. При изменении влажности шликера до W=55%, его плотность составила ρ=1,72 г/см3. При этом самоистечения струи не наблюдалось и при воздействии вибрации с прежними параметрами получить капли не удалось. При подключении генератора добавочной вибрации с частотой 8000 Гц удалось получить устойчивое каплеобразование с заметным снижением количества сателлитов, зафиксированное при помощи стробоскопа. Полученные гранулы отмывали проточной водой, высушивали до влажности 1,5-2,0% и обжигали в лабораторной печи до максимального уплотнения керамики. Обожженные гранулы 20/40 меш рассевали и фиксировали выход товарной фракции.

Также были исследованы другие режимы дополнительного вибрационного воздействия на струю шликера и представлены в примерах 3-6.

Результаты примеров систематизированы и отражены в таблице 1.

Результаты исследований каплеобразования

Таблица 1
Примеры Влажность шликера, W% Плотность шликера, (г/см3) Основная частота, Гц Дополнит. Частота, Гц/форма Наличие сателлитов, % Каплеобразование
№1 (патент РФ №2459852) 65 1,45 140 нет 6,0
№2 55 1,72 200 нет нет нет
№3 55 1,72 200 8000/синусоидальная 3,2
№4 50 1,6 180 2700/импульсная 3,2
№5 57 1,51 228 2300/прямоугольная 3,0
№6 50 1.76 135 21000/синусоидальная 3.4

Анализ данных таблицы показывает, что заявляемый способ изготовления магнезиальнокварцевого проппанта (примеры №2-6 таблицы) позволяет повысить выход товарных фракций проппанта за счет улучшения качества гранул стабилизацией каплеобразования при колебаниях реологических характеристик шликера и уменьшить количество сателлитов. Это увеличивает и производительность технологической линии за счет отсутствия остановок для перенастройки основного генератора или очистки форсунок в случае их забивания шликером повышенной плотности.

1. Способ изготовления магнезиальнокварцевого проппанта, включающий приготовление шликера, введение в полученный шликер водорастворимого связующего вещества, каплеобразование путем вибрационного воздействия на ламинарную струю основной частотой, отверждение капель в водном растворе закрепляющего вещества и последующий обжиг, отличающийся тем, что при изменении реологических свойств ламинарной струи шликера на нее оказывают дополнительное вибрационное воздействие с частотой, отличной от основной, до получения заданного качества каплеобразования.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что колебания дополнительной частоты имеют прямоугольную или импульсную форму.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что частота дополнительных колебаний кратна по отношению к основной частоте каплеобразования.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что частота дополнительных колебаний синхронна по отношению к основной частоте каплеобразования.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что частота дополнительных колебаний находится в ультразвуковом диапазоне частот.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к консолидации жидкостных стадий и применимо в жидкостной системе, используемой для закачивания в скважину. Способ поддержания консолидации жидкостных стадий в жидкостной системе, используемой для закачивания в скважину, содержащей контактирующую жидкость иного характера, прилегающую к жидкостной стадии, включает подмешивание твердых частиц по меньшей мере к жидкостной стадии или к соседней контактирующей жидкости в количестве, при котором между стадией и соседней контактирующей жидкостью образуются дискретные границы контактирующей жидкости, и закачивание жидкостной системы в ствол скважины.

Изобретение относится к нефтяной промышленности и может найти применение при осуществлении гидравлического разрыва пласта преимущественно в карбонатных пластах.

Изобретение относится к способам обработки подземной формации с использованием сшитых полимеров. Способ обработки подземной формации, пронизанной буровой скважиной, включает введение обрабатывающей текучей среды в буровую скважину, сшивание гидратируемого полимера для повышения вязкости обрабатывающей текучей среды по меньшей мере для части вводимой таковой и сверхсшивание сшитого полимера для замедленного разрушения структуры обрабатывающей текучей среды.

Изобретение относится к горному делу и может быть применено для освоения и восстановления дебита эксплуатационных скважин, понизившегося вследствие кольматации призабойной зоны АСПО и мехпримесями.

Изобретение относится к области добычи углеводородов и может быть применено для интенсификации притока флюида к скважине за счет образования трещин в продуктивном пласте.
Изобретение относится к керамическому проппанту и к способу его изготовления, а также к способу гидравлического разрыва пласта. Техническим результатом изобретения является снижение плотности и повышение стойкости к разрушению проппанта.

Изобретение относится к биоцидным композициям для водных текучих средств, применяемых в нефте- и газопромысловых операциях. Композиция водной текучей среды для обработки скважин с биоцидной активностью содержит полимер или сополимер для модификации вязкости текучей среды, монокарбоновую перкислоту в антимикробном количестве, составляющем от приблизительно 1 части на миллион до приблизительно 1000 частей на миллион, и пероксид водорода в концентрации меньше, чем концентрация перкислоты, в водной среде.

Изобретение относится к извлечению углеводородов из подземных пластов. Водная композиция, включающая смесь воды, приблизительно 0,05-10 масс.% от общей массы, по меньшей мере, одного водорастворимого блок-сополимера, содержащего: по меньшей мере, один блок, являющийся водорастворимым по природе, включающий, по меньшей мере, 34% по массе гидрофильных звеньев относительно общего количества звеньев водорастворимого блока и содержащий гидрофобные звенья, и, по меньшей мере, один гидрофобный блок, содержащий, по меньшей мере, 67% по массе гидрофобных звеньев отосительно общего количества звеньев гидрофобного блока, приблизительно 0,01-10 масс.% от общей массы неионогенного поверхностно-активного вещества, со значением ГЛБ от 1 до 12, и приблизительно 0,1-20 масс.% от общей массы, по меньшей мере, одной неорганической соли.

Изобретение относится к способам управления, контроля и оптимизации параметров трещины гидроразрыва пласта (ГРП) при проведении ГРП в нефте- и газоносных резервуарах с существующей сетью природных (геологических) трещин и может найти применение на соответствующих нефтяных и газовых месторождениях.

Изобретение относится к добыче углеводородов из подземного пласта. Способ, включающий: получение очищающей текучей среды, содержащей пероксидобразующее соединение и текучую среду на водной основе; размещение очищающей текучей среды в подземном пласте; удаление загрязнителей, по меньшей мере, с части подземного пласта для формирования очищенного участка пласта; получение консолидирующего агента; размещение консолидирующего агента, по меньшей мере, на части очищенного участка пласта; и обеспечение условий для прилипания консолидирующего агента, по меньшей мере, к некоторому количеству неконсолидированных частиц на очищенном участке пласта.
Изобретение относится к производству керамических изделий радиотехнического назначения типа керамической оболочки головного антенного обтекателя скоростных зенитных и авиационных ракет.
Изобретение относится к промышленности строительных материалов и предназначено для изготовления керамического кирпича. .
Изобретение относится к получению керамических шликеров, применяемых при производстве керамических изделий. .
Изобретение относится к области изготовления строительной керамики, в частности к изготовлению предметов декоративно-художественного назначения, облицовочной плитки, изразцов.
Изобретение относится к производству керамической ленты. .

Изобретение относится к технологии тонкой керамики и может быть использовано при производстве фарфоро-фаянсовых изделий различного назначения. .
Изобретение относится к технологии производства крупногабаритных изделий из кварцевой керамики методом водного шликерного литья. .
Изобретение относится к керамической промышленности, а именно к изготовлению футеровки агрегатов и литейной оснастки для металлургии алюминиевых сплавов. .

Изобретение относится к технологии изготовления керамических изделий, а именно к способу приготовления цветного порошка для керамических плиток и установке для осуществления этого способа.

Изобретение относится к керамической промышленности и может быть использовано при изготовлении стеклокерамических изделий методом водного шликерного литья в пористые формы.
Изобретение относится к технологии производства футеровочных и функциональных конструкционных керамических элементов оснастки металлопроводов литейных установок алюминиевой промышленности. Техническим результатом изобретения является снижение плотности теплопроводности, повышение термостойкости и химической устойчивости к алюминиевым расплавам до температуры 1000°C. Способ получения керамических изделий на основе волластонита включает приготовление водного шликера из смеси природного волластонита, глины и вермикулита, формование изделий, сушку и обжиг. Смесь для шликера содержит следующие компоненты, мас. %: волластонит - 50-65; вермикулит - 15-20; глина - 5-10; глиноземистый цемент - 15-20. Причем приготовление шликера осуществляют в смесителе путем перемешивания в течение не более 30 минут с добавлением воды в количестве 40-45% от массы сухих компонентов, а формование изделий проводят с виброутряской в непористые формы. 7 пр.
Наверх