Способ изготовления магнезиальнокварцевого проппанта


 


Владельцы патента RU 2515280:

Общество с ограниченной ответственностью "ФОРЭС" (RU)

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. Способ изготовления магнезиальнокварцевого проппанта включает подготовку шихты, ее мокрый помол, грануляцию и обжиг гранул. Мокрый помол материала осуществляют в шаровой мельнице, загруженной смесью металлических мелющих тел и мелющих тел, изготовленных из шихты, используемой для производства указанного магнезиальнокварцевого проппанта, при следующем соотношении компонентов загрузки, мас.%: металлические мелющие тела 37-55, измельчаемый материал 26-30, магнезиальнокварцевые мелющие тела 37-15, при этом коэффициент заполнения мельницы составляет 0,48-0,55. Технический результат изобретения - снижение разрушаемости гранул проппанта за счёт улучшения качества помола шихты. 2 з.п. ф-лы, 1 табл.

 

Изобретение относится к производству керамических проппантов (расклинивателей) магнезиальнокварцевого состава, предназначенных для использования в нефтегазодобывающей промышленности в качестве расклинивающих агентов при добыче углеводородов методом гидравлического разрыва пласта (ГРП).

Проппанты - прочные сферические гранулы, удерживающие трещины ГРП от смыкания под большим давлением и обеспечивающие необходимую производительность нефтяных скважин путем обеспечения в пласте проводящего канала. В качестве проппантов используются различные органические и неорганические материалы, например скорлупа грецких орехов, песок, песок с полимерным покрытием и пр. Однако, в силу своих микроструктурных особенностей, наиболее применяемыми являются керамические проппанты, поскольку по основным техническим характеристикам, определяемым требованиями ISO 13503-2:2006(Е) (гранулометрическому составу, сферичности, округлости, сопротивлению раздавливанию, плотности, растворимости в кислотах и мутности смачивающей проппанты жидкости), они превосходят другие типы расклинивателей, применяемых для ГРП.

Среди керамических проппантов наиболее распространенными являются алюмосиликатные и магнезиальнокварцевые, в меньшей степени на рынке представлены кремнеземистые проппанты. Технологические схемы производства керамических проппантов в подавляющем большинстве случаев сходны и включают в себя подготовку шихты (как правило, смешение предварительно измельченных исходных компонентов в заданном соотношении или их совместный помол), грануляцию материала и высокотемпературный обжиг гранул, который производится для максимального уплотнения и оптимизации химического и фазового состава керамики. Сопротивление раздавливанию является одной из важнейших характеристик, определяющих потребительские свойства проппантов. Многочисленными исследованиями, проведенными заинтересованными организациями, установлено, что минимальной разрушаемостью под действием сжимающих нагрузок обладают гранулы, полученные из шихты, содержащей более 45 масс.% фракции менее 5 мкм, поскольку именно тонкие фракции обеспечивают полноту прохождения процесса спекания. В лабораторных условиях подобного фракционного состава добиваются при длительном сухом вибрационном измельчении или путем последовательного выполнения сначала сухого, а затем продолжительного мокрого помола. В условиях серийного крупнотоннажного производства достижение такой степени измельчения невозможно без существенного снижения производительности оборудования. В связи с этим предприятия-изготовители проппантов ведут интенсивные исследования, направленные на улучшение качества помола исходных мтериалов без потери производительности мельниц. Особенно остро эта проблема стоит при производстве магнезиальнокварцевых проппантов, производимых на основе физических смесей обожженного серпентинита и кварцполевопатных песков, поскольку из-за различной размолоспособности компонентов, шихта плохо поддается совместному измельчению, в результате чего проппант имеет недостаточно высокую прочность.

Известен способ изготовления керамических расклинивателей (проппантов) нефтяных скважин (см. патент РФ №2235703) из магнийсиликатного материала на основе форстерита с содержанием последнего 55-80%, который последовательно измельчают, гранулируют и обжигают при температуре 1150-1350°C. Данный способ изготовления проппанта был реализован на предприятях ООО «ФОРЭС» (РФ, г. Екатеринбург) с использованием сухого помола.

Недостатком известного способа является то, что изготовленные таким способом проппанты имеют недостаточно высокие показатели прочности. Это объясняется несколькими причинами, в том числе и тем, что содержание фракции менее 5 мкм в молотой шихте не превышает 35-40 масс.%. В результате чего после спекания керамика содержит остаточную пористость в пределах 5-8 об.%, отрицательно влияющую на прочность материала.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому решению является 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 в башенном распылительном сушиле (БРС) в присутствии 0,01-0,3% гидрофобного ПАВ.

Известный способ изготовления проппанта также был реализован на предприятиях ООО «ФОРЭС» (РФ, г. Екатеринбург) с использованием предварительного сухого и окончательного мокрого измельчения. Применение мокрого помола в некоторой степени улучшает прочностные характеристики проппанта, однако содержание фракции менее 5 мкм остается недостаточно высоким (в пределах 40-45 масс.%), кроме того в измельченной шихте, поступающей в БРС и далее на грануляцию резко возрастает содержание намолотого железа, которое при обжиге нарушает микро- и макроструктуру керамики. Оба перечисленных фактора отрицательно сказываются на прочностных характеристиках материала.

Технической задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является снижение разрушаемости гранул проппанта за счет улучшения качества помола шихты, достигаемого путем повышения количества тонкодисперсной (менее 5 мкм) фракции свыше 50 масс.%, а также за счет снижения общего количества намолотого железа.

Указанный результат достигается тем, что в известном способе изготовления магнезиальнокварцевого проппанта, включающем подготовку шихты, сухой и мокрый помол, грануляцию и обжиг гранул, мокрый помол осуществляют в шаровой мельнице, загруженной смесью металлических и керамических мелющих тел, при следующем их соотношении, масс.%:

металлические мелющие тела 50-90
керамические мелющие тела 10-50,

причем керамические мелющие тела изготовлены из шихты, используемой при производстве указанного проппанта, а коэффициент заполнения мельницы составляет 0,48-0,55. Кроме того, размер керамических мелющих тел не превышает размера металлических мелющих тел.

Включение в состав загрузки мельницы смеси металлических и керамических мелющих тел обусловлено необходимостью совмещения ударного измельчения материала и его истирания. Металлические мелющие тела обеспечивают ударное измельчение, а керамические работают на истирание. Поскольку используемые керамические мелющие тела имеют меньшую плотность по сравнению с металлическими, загрузка мельницы мокрого помола мелющими телами в заявляемом соотношении обеспечивает коэффициент заполнения в интервале 0,48-0,55, в результате чего при помоле шихта полностью закрыта мелющими телами, а измельченный материал содержит свыше 50 масс.% фракции менее 5 мкм. Использование для изготовления керамических мелющих тел шихты того же состава, что и измельчаемый материал не привносит дополнительных примесей в шихту, а также обеспечивает снижение общего количества намолотого железа, что благоприятно отражается на микро - и макроструктуре спеченной керамики и, в конечном итоге, на ее прочностных характеристиках. Уменьшение коэффициента заполнения мельницы ниже 0,48 (при одинаковой загрузке измельчаемого материала) снижает производительность оборудования, увеличение коэффициента заполнения свыше 0,55 снижает интенсивность помола и приводит к тому, что материал остается недоизмельченным. Дополнительно необходимо отметить, что замена части металлических мелющих тел керамическими снижает себестоимость продукции за счет уменьшения нетто-энергии помола и увеличения ресурса работы помольного оборудования. Загрузка керамических мелющих тел в количестве менее 10 масс.% не обеспечивает необходимого количества тонких фракций, а увеличение загрузки керамических мелющих свыше 50 масс.% приводит к тому, что измельченный материал содержит значительные количества более крупных фракций, ухудшающих спекаемость керамики. С целью улучшения истирающего эффекта при помоле предпочтительно, чтобы размер керамических мелющих тел не превышал размера металлических.

Пример осуществления изобретения.

Для проведения исследования был выбрана предварительно измельченная до фракции менее 30 мкм магнезиальнокварцевая шихта, представляющая собой физическую смесь обожженного серпентинита и кварцполевошпатного песка следующего химического состава, масс.%: MgO - 27,9, SiO2 - 58,3, Fe2O3 - 8,1, примеси - остальное в количестве 2,5 т. Для мокрого измельчения использовалась промышленная мельница мокрого помола МШМП - 17 (диаметр 1,7 м, длина - 2,0 м), в которую загружали стальные мелющие тела (диаметр 20 мм) в количестве 75 масс.% (6 т) и керамические мелющие тела (диаметр 15-18 мм), изготовленные из вышеприведенной шихты, в количестве 25 масс.% (2 т). Шихта измельчалась в течение 2,5 часов, при скорости вращения мельницы 28 об/мин. У измельченной шихты на фотоседиментографе Horiba LA - 300 определяли фракционный состав и подавали ее на грануляцию и обжиг. Обожженные гранулы фракции 20/40 меш тестировались на разрушаемость согласно требованиям ISO 13503-2:2006(Е). На той же мельнице при аналогичной загрузке и параметрах работы производились помолы материала с различным соотношением металлических и керамических мелющих тел. Дополнительно был произведен помол указанной шихты только металлическими мелющими телами (по аналогии с патентами РФ №2163227 и №2235703). Результаты исследований представлены в таблице.

Таблица
№ пп. Загрузка мельницы Фракционный состав измельченной шихты, масс.% Коэффициент заполнения мельницы Разрушаемость, масс.% при 10000 psi
1 Металлические мелющие тела - 100%, сухой помол (пат. РФ №2235703) <5 мкм -40
5-10 мкм -40
10-30 мкм -20
0,35 6,0-6,5
2 Металлические мелющие тела - 100%, сухой+мокрый помол (пат. РФ №2163227) <5 мкм -45
5-10 мкм -40
10-30 мкм -15
0,35 5,0-5,5
3 Металлические мелющие тела - 90% Керамические мелющие тела - 10% сухой+мокрый помол <5 мкм -50
5-10 мкм -40
10-30 мкм -10
0,48 4,5-5
4 Металлические мелющие тела - 75% Керамические мелющие тела - 25% сухой+мокрый помол <5 мкм -55
5-10 мкм -40
10-30 мкм -5
0,51 4,0-4,5
5 Металлические мелющие тела - 50% Керамические мелющие тела - 50% сухой+мокрый помол <5 мкм -55
5-10 мкм -35
10-30 мкм -10
0,55 4,0-4,5
6 Металлические мелющие тела - 45% Керамические мелющие тела - 55% сухой+мокрый помол <5 мкм -45
5-10 мкм -30
10-30 мкм -25
0,58 6,0-6,5
7 Металлические мелющие тела - 90% Керамические мелющие тела - 5% сухой+мокрый помол <5 мкм -45
5-10 мкм -40
10-30 мкм -15
0,41 5,0-5,5

Анализ данных таблицы показывает, что магнезиальнокварцевый проппант (примеры 3-5), полученный заявляемым способом, обладает более высокой прочностью, чем известные аналоги.

1. Способ изготовления магнезиальнокварцевого проппанта, включающий подготовку шихты, ее мокрый помол, грануляцию и обжиг гранул, отличающийся тем, что мокрый помол материала осуществляют в шаровой мельнице, загруженной смесью металлических мелющих тел и мелющих тел, изготовленных из шихты, используемой для производства указанного магнезиальнокварцевого проппанта, при следующем соотношении компонентов загрузки, мас.%:

металлические мелющие тела 37-55
измельчаемый материал 26-30
магнезиальнокварцевые мелющие тела 37-15,

причем коэффициент заполнения мельницы составляет 0,48-0,55.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что перед мокрым помолом производят сухой помол шихты до размера частиц 50 мкм и менее.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что размер магнезиальнокварцевых мелющих тел не превышает размера металлических мелющих тел.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к гелеобразующим жидкостям на водной основе для обработки подземных формаций. Композиция для уменьшения времени сшивания водных растворов сшиваемого органического полимера, включающая: указанный полимер, смешанный с водной базовой жидкостью, боратный сшивающий агент, имеющий растворимость в воде при 22°С (71.6°F) в диапазоне от 0,01 кг/м3 до 10 кг/м3, и композицию модификатора сшивания в количестве, уменьшающем время сшивания, которая увеличивает скорость, с которой сшивающий агент обеспечивает гелеобразование сшиваемого органического полимера, где композиция модификатора содержит 90-98% об.

Изобретение относится к бурению нефтяных скважин. Способ обеспечения по существу постоянного реологического профиля бурового раствора в температурном диапазоне от примерно 120°F (49°С) до примерно 40°F (4°С) включает в себя добавление в буровой раствор добавки к буровому раствору, в котором добавка к буровому раствору включает в себя продукт реакции карбоновой кислоты, имеющей не менее двух карбоксильных фрагментов, и полиамина, имеющего не менее двух функциональных аминогрупп, при условии, что добавка не включает алкоксилированных алкиламидов и/или амидов жирных кислот.
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), преимущественно для добычи трудноизвлекаемых сланцевых углеводородов.

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 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.
Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, в частности к ремонту и креплению скважин, и может быть использовано при ремонтно-изоляционных работах в скважинах для изоляции посторонних вод и газопереточных каналов в цементном кольце за эксплуатационной колонной.

Изобретение относится к композициям и способам, которые можно использовать для повышения нефтеотдачи. Предложена композиция, включающая сшитые расширяемые полимерные микрочастицы, имеющие средний диаметр неувеличенного объема 0,05-5000 мкм, и содержание сшивающих агентов 100-200000 частей на млн гидролитически лабильных сшивающих агентов на основе силиловых сложных эфиров или силиловых простых эфиров.

Изобретение относится к области порошковой металлургии, в частности к способам активации горения дисперсных порошков алюминия, которые могут быть использованы в различных областях промышленности.
Изобретение относится к пенообразующим водным композициям, применяемым для кондиционирования грунта при проходке тоннелей с использованием тоннелепроходческих машин.

Изобретение относится к способу получения композиции обедненного жидкого ингибитора образования гидратов из композиции обогащенного жидкого ингибитора образования гидратов, в котором жидкий ингибитор образования гидратов характеризуется температурой кипения, превышающей температуру кипения воды.
Изобретение относится к области технической керамики на основе диоксида циркония с трансформируемой тетрагональной (t') кристаллической фазой и может быть использовано для изготовления износостойких деталей в соединительных изделиях для волоконно-оптических линий связи, пар трения в насосах для перекачки абразивосодержащих и агрессивных жидкостей, деталей в условиях повышенных механических нагрузок.
Изобретение относится к химической промышленности, в частности к способам получения тонкодисперсных порошков на основе оксида циркония, который может быть использован для производства плотной износостойкой керамики, материалов для имплантологии, твердых электролитов.

Изобретение относится к области получения материалов на основе диоксида циркония, стабилизированного оксидом иттрия, и может быть использовано для изготовления композиционных керамических изделий, применяемых в электротехнике, машиностроении, химической, металлургической и других отраслях промышленности.

Изобретение относится к химической промышленности, а именно к оборудованию для производства твердофазных композиционных материалов на основе сложных оксидов, и может быть использовано, в частности, при получении современных электродных материалов для вторичных литий-ионных источников тока.

Изобретение относится к технологии высокотемпературных керамических материалов конструкционного назначения с повышенными термомеханическими свойствами (футеровка тепловых агрегатов, термостойкий огнеприпас, элементы ударопрочной защиты).

Изобретение относится к способам получения порошков фаз кислородно-октаэдрического типа, у которых подрешетка В представляет собой совокупность октаэдров ЭО6 (Э - катионы р- и d-элементов), соединенных между собой вершинами, а катионы подрешетки А заполняют различные по геометрии пустоты подрешетки В (например, фазы со структурой типа перовскита), и может быть использовано для изготовления функциональных пьезоэлектрических, диэлектрических и ферримагнитных и смешанных материалов, применяемых в полупроводниковой, пьезоэлектрической и радиоэлектронной технике.

Изобретение относится к технологии получения порошка цирконата лития моноклинной модификации, который может быть использован для изготовления топливных элементов и в качестве конструктивных элементов ядерных реакторов.

Изобретение относится к области материалов для костных имплантантов и может быть использовано для изготовления биокерамики для лечения костных дефектов. .

Изобретение относится к производству огнеупорных материалов и может быть использовано для изготовления шпинельсодержащих огнеупоров для футеровки тепловых агрегатов.
Изобретение относится к области материаловедения, в частности к процессам получения керамик на основе сложных оксидов, и может быть использовано в области лазерной и электронной техники.
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), преимущественно для добычи трудноизвлекаемых сланцевых углеводородов.
Наверх