Шихта для изготовления магнийсиликатного проппанта и проппант


 


Владельцы патента RU 2563853:

Общество с ограниченной ответственностью "ФОРЭС" (RU)
Шмотьев Сергей Фёдорович (RU)
Плинер Сергей Юрьевич (RU)
Рожков Евгений Васильевич (RU)
Сычёв Вячеслав Михайлович (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 - ГРП. Шихта для изготовления магнийсиликатного проппанта, содержащая измельченную до фракции менее 8 мм смесь термообработанного серпентинита и кварцполевошпатного песка, в качестве указанного песка содержит песок Южно-Ильинского месторождения фракции менее 2 мм, состава, мас.%: диоксид кремния 90,0 - 91,0, оксид алюминия 3,3 - 3,5, оксид кальция 0,9 - 1,0, оксид железа 1,6 - 1,8, оксид калия 1,2 - 1,3, оксид натрия 0,7 - 0,8, примеси - остальное, при следующем соотношении компонентов шихты, мас.%: указанный серпентинит - 61,0 - 67,0; указанный песок - 33,0 - 39,0. Магнийсиликатный проппант получен из вышеуказанной шихты. 2 н.п. ф-лы, 1 пр., 1 табл.

 

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. Гидравлический разрыв пласта является процессом нагнетания жидкостей в нефтеносный или газоносный подземный пласт при достаточно высоких скоростях и давлениях, в результате чего пласт растрескивается. Для удерживания трещины в открытом состоянии после снятия давления разрыва применяется расклинивающий агент (проппант), который смешивается с нагнетаемой жидкостью. Применение ГРП увеличивает поток текучих сред из нефтяного или газового резервуара в скважину за счет увеличения общей площади контакта между резервуаром и скважиной, а также за счет того, что слой проппанта в трещине имеет более высокую проницаемость, чем проницаемость пласта.

Современные материалы, широко используемые для закрепления трещин в раскрытом состоянии, можно разделить на два вида - кварцевые пески и синтетические проппанты. К физическим характеристикам проппантов, которые влияют на проводимость трещины и дебит скважины, относятся такие параметры, как прочность, гранулометрический состав, форма гранул (сферичность и округлость) и плотность.

Первым и наиболее часто используемым материалом для закрепления трещин являются пески, плотность которых составляет приблизительно 2,65 г/см3. Пески обычно используются при гидроразрыве пластов, в которых напряжение сжатия не превышает 40 МПа. Для снижения разрушаемости материала и улучшения его эксплуатационных характеристик на зерна песка наносят специальное полимерное покрытие. В конце 70-х годов с созданием новых среднепрочных и высокопрочных синтетических проппантов начался подъем в области применения ГРП на газовых и нефтяных месторождениях, приуроченных к плотным песчаникам и известнякам, расположенным на больших глубинах.

Среднепрочными являются керамические проппанты плотностью 2,7 - 3,3 г/см3 используемые при напряжении сжатия до 69 МПа. Сверхпрочные проппанты с плотностью 3,3 - 3,8 г/см3, используются при напряжении сжатия до 100 МПа. Производятся и используются также облегченные проппанты с плотностью 2,55 г/см3 и менее. На протяжении длительного времени среди специалистов, работающих в сфере нефтедобычи, преобладало мнение, что основным параметром проппанта, обеспечивающим максимальный дебит скважины, является его прочность. В этой связи с увеличением глубины скважин применялся все более плотный и соответственно более прочный проппант. Однако в серии масштабных комплексных полевых испытаний, проведенных в 2011 - 2013 годах компанией Oxane Materials, было убедительно показано, что проппант с пониженной плотностью (среднеплотный или облегченный) и усовершенствованной поверхностью, не обладающий исключительными прочностными характеристиками, способен обеспечивать высокие дебиты как средних, так и глубоких скважин. Этот эффект достигается преимущественно за счет улучшения переноса и оптимизации расположения проппанта в трещинах при проведении операции ГРП с использованием жидкостей с низкой вязкостью, что является особенно актуальным при использовании технологии горизонтального бурения в сочетании с гидроразрывом (см. доклады компании Oxane Materials на конференции SPE Hydraulic Fracturing Technology в Woodlands, штат Техас, США, 4-6 февраля 2014 г.).

Транспортировка проппанта является результатом трех основных механизмов: гравитационного оседания (Закон Стокса), осаждения (образование дюн) и сальтации. Соответственно снижение плотности проппанта уменьшает скорость осаждения, а низкий коэффициент трения уменьшает высоту дюны, в результате чего расклинивающий агент проходит все дальше в трещину.

Трение является ключевым механизмом переноса в системах жидкости с низкой вязкостью. Поскольку гидравлические разрывы характеризуются значительной шероховатостью и извилистостью, каждый раз, когда частица проппанта сталкивается c поверхностью образования трещины или с соседней частицей проппанта, она теряет энергию переноса. Кроме того, доступная энергия для переноса (то есть скорость жидкости) быстро рассеивается по мере того, как разрыв стремится к распространению и по мере того, как жидкость, применяемая для ГРП, устремляется в направлении сопряженных разрывов. Причем, в начале ГРП проппант обязательно будет сконцентрирован в первичном разрыве, препятствуя продвижению следующих порций расклинивателя. Следовательно, в процессе роста гидроразрыва трение в гидравлической системе постоянно усиливается. Для гранулированных твердых веществ, сила трения может быть определена количественно с помощью угла естественного откоса, который зависит от коэффициента трения. Применительно к проппантам это означает, что материал с низким коэффициентом трения будет иметь небольшой угол естественного откоса, в результате чего образуется более широкая, но неглубокая пачка, поэтому следующим порциям проппанта легче перемещаться над неглубокой дюной, чем над крутой. В результате этого увеличивается расклиненная длина трещин. В системе гидравлического разрыва, этот фактор имеет прямое влияние на дебит скважины.

Уменьшения угла естественного откоса сыпучего материала можно добиться путем снижения его удельной плотности, а также путем придания частицам более гладкой поверхности.

Специалистам, работающим в области производства керамических проппантов, известны способы снижения удельной плотности расклинивателей. Например, путем введения в материал порообразующих добавок или использованием некоторых специальных технологических приемов, обеспечивающих создание в центре гранулы крупной единичной поры. Однако в этих случаях неизбежным становится значительное снижение прочности расклинивателя. Наиболее предпочтительным способом снижения удельной плотности материала является изменение состава исходной шихты с использованием природного сырья, взятого с конкретного месторождения.

Известен, например, проппант из каолина Нижне-Увельского месторождения и способ его применения (патент РФ №2521680), представляющий собой спеченные обожженные керамические гранулы со средним размером 0,15-2,0 мм, с насыпной плотностью 1,35-1,47 г/см3 и удельным весом 2,37-2,49 г/см3, состава, мас.%: оксид алюминия 17,00-29,00, диоксид кремния 65,00-77,00, оксид кальция 0,20-0,39, оксид хрома 0,03-0,0, оксид железа 1,80-4,20, оксид калия 0,40-0,95, оксид натрия 0,20-0,38, оксид титана 1,20-2,00, оксид магния 0,50-1,00, оксид марганца 0,00-0,01, пятиокись фосфора 0,00-0,01. В известном техническом решении снижение плотности проппанта алюмосиликатного состава достигается за счет формирования в грануле микропористой структуры, что приводит к снижению прочностных характеристик материала.

В последнее десятилетие все большее доверие потребителей завоевывают магнийсиликатные проппанты, производимые из природного сырья на основе серпентинита, оливинита, дунита как самостоятельно, так и в виде смеси с природным кварцполевошпатным песком. Указанные проппанты в силу физико-химических особенностей исходного сырья изначально обладают пониженной удельной плотностью.

Известна шихта для изготовления магнийсиликатного проппанта и проппант, полученный из этой шихты (патент РФ №2463329), где в качестве добавки используют смесь брусита, колеманита, кремнефтористого натрия и фаялита в количестве 0,4-3,0% от массы шихты на основе магнийсиликатного сырья, при следующем их соотношении, % от массы шихты: брусит 0,1-1,0, колеманит 0,1-0,6, кремнефтористый натрий 0,1-0,4, фаялит 0,1-1,0, при общем содержании MgO в шихте - 19-48 масс.%. Причем обжиг осуществляют при температуре 1150-1220°С, а в качестве основного компонента шихты используют природное магнийсиликатное сырье - серпентинит, оливинит, дунит как самостоятельно, так и в виде смеси с природным кварцполевошпатным песком.

Недостатком известного технического решения является повышенная удельная плотность проппанта (2,75 г/см3), обусловленная применением спекающей добавки.

Наиболее близкими по технической сущности к заявляемому техническому решению являются шихта для изготовления высокопрочного магнийсиликатного проппанта (патент РФ №2521989), содержащая кварцполевошпатный песок и магнийсиликатное сырье, где помол исходной шихты, содержащей 24-28 масс. % MgO, осуществляют до фракции 8 мкм и менее, а гранулирование производят на воде с добавлением натриевой или калиевой соли полиметиленнафта-линсульфокислоты или поликарбоксиметиленсульфокислоты в количестве 0,02-0,07% от массы шихты в пересчете на твердое вещество, и проппант, полученный из этой шихты. Полученный проппант, имея низкую разрушаемость, также обладает повышенной удельной плотностью (2,75-2,8 г/см3).

Технической задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является получение магнийсиликатного проппанта с удельной плотностью 2,5-2,7 г/см3 и углом естественного откоса 25-27°, при сохранении его прочностных характеристик, осуществляемое за счет используемого состава шихты.

Указанный результат достигается тем, что шихта для изготовления магнийсиликатного проппанта, содержащая измельченную до фракции менее 8 мкм смесь термообработанного серпентинита и кварцполевошпатного песка, в качестве указанного песка содержит песок Южно-Ильинского месторождения фракции менее 2 мм, состава, масс. %:

диоксид кремния 90,0-91,0
оксид алюминия 3,3-3,5
оксид кальция 0,9-1,0
оксид железа 1,6-1,8
оксид калия 1,2-1,3
оксид натрия 0,7-0,8
примеси остальное,

при следующем соотношении компонентов шихты, масс.%:

указанный серпентинит - 61,0 - 67,0,

указанный песок - 33,0 - 39,0.

Указанный результат достигается также тем, что магнийсиликатный проппант получен из вышеуказанной шихты.

Масштабно применяемые в настоящее время проппанты помимо повышенной плотности имеют угол естественного откоса 28 - 30° (см. Разработка и полевые испытания усовершенствованного керамического проппанта. Марк Г. Мак и Крис Э. Кокер, Oxane Materials, Inc, Общество инженеров-нефтяников. Материалы к технической конференции SPE в Новом Орлеане, штат Луизиана, США, 30 сентября - 2 октября 2013 года), следовательно, обладают повышенным коэффициентом трения, что препятствует их рациональному размещению в трещинах ГРП и ведет к снижению дебита скважины. Таким образом, снижение угла естественного откоса в сочетании с уменьшением удельной плотности продукта представляется одним из направлений преодоления указанного недостатка.

Введение в состав заявляемой шихты кварцполевошпатного песка Южно-Ильинского месторождения (РФ, Свердловская обл.) позволяет в некоторой степени снизить удельную плотность проппанта, а также способствует остекловыванию поверхности гранул при спекающем обжиге без образования заметного количества спеков. Остеклованная поверхность вносит значительный вклад в уменьшение трения между гранулами даже в случае умеренных показателей сферичности/округлости продукта.

Авторами были проведены сравнительные испытания различных кварцполевошпатных песков близкого химического состава в качестве наполнителя в шихту для изготовления магнийсиликатного проппанта. Сырьем для изготовления проппанта была выбрана шихта, содержащая 24 - 28 масс.% MgO (по патенту РФ №2521989) с целью получения проппанта с высокой прочностью. В результате было установлено, что только песок Южно-Ильинского месторождения гарантирует одновременное снижение удельной плотности и остекловывание поверхности гранул без дополнительного введения стеклообразующих и спекающих добавок (см. таблицу 1). Вероятно, это связано с уникальным химическим и минералогическим составом керамики, формирующимся в процессе спекающего обжига. Оптимальное соотношение оксидов кремния, натрия, кальция и алюминия обеспечивает образование в керамике при температуре спекающего обжига вязкой стеклофазы. Экспериментальным путем было установлено, что проппант имеет лучшие характеристики при использовании заявляемого песка фракции менее 2 мм. Это объясняется более высокой размолоспособностью материала. Кроме того, применение мелкодисперсного песка позволяет снизить энергоемкость процесса измельчения.

Пример осуществления изобретения. 6,5 кг серпентинита, термообработанного при температуре 1000°C и 3,5 кг высококремнеземистого песка Южно-Ильинского месторождения, содержащего:

диоксид кремния 90,0
оксид алюминия 3,3
оксид кальция 0,9
оксид железа 1,6
оксид калия 1,2
оксид натрия 0,7
примеси остальное

Фракции менее 2 мм в качестве кварцполевошпатного наполнителя, высушенного при температуре 150°C в течение 1 часа, подвергали совместному помолу до фракции менее 8 мкм. Контроль фракционного состава проводили на анализаторе размера частиц Horiba LA - 300. Полученный материал гранулировали на лабораторном тарельчатом грануляторе. Гранулят обжигали при температуре, достаточной для максимального упрочнения керамики - 1240°C. Пробу обожженных проппантов фракции 30/60 меш направляли на определение удельного веса и разрушаемости по общепринятой методике ISO 13503 - 2:2006, а

также угла естественного откоса на приборе УВТ-3М. Подобным образом были изготовлены пробы с использованием в качестве кварцполевошпатного наполнителя песков различных месторождений Среднего и Южного Урала РФ. Также была испытана проба песка Южно-Ильинского месторождения фракции 2 и более мм. Результаты измерений представлены в таблице 1.

Использование высококремнеземистого песка Южно-Ильинского месторождения с другим химическим составом, находящимся в рамках заявляемого интервала, позволяет получать магнийсиликатный проппант с характеристиками, соответствующими примерам 4-6 таблицы 1. Это объясняется тем, что природные пески каждого отдельно взятого месторождения обладают естественными незначительными колебаниями химического состава, не оказывающими определяющего влияния на свойства магнийсиликатного проппанта.

Таблица 1 - свойства магнийсиликатного проппанта

* - песок Южно-Ильинского месторождения фракции 2 и более мм.


1. Шихта для изготовления магнийсиликатного проппанта, содержащая измельченную до фракции менее 8 мм смесь термообработанного серпентинита и кварцполевошпатного песка, отличающаяся тем, что она в качестве указанного песка содержит песок Южно-Ильинского месторождения фракции менее 2 мм, состава, мас.%:

диоксид кремния 90,0 - 91,0
оксид алюминия 3,3 - 3,5
оксид кальция 0,9 - 1,0
оксид железа 1,6 - 1,8
оксид калия 1,2 - 1,3
оксид натрия 0,7 - 0,8
примеси остальное,

при следующем соотношении компонентов шихты, мас.%:
указанный серпентинит 61,0 - 67,0
указанный песок 33,0 - 39,0

2. Магнийсиликатный проппант, характеризующийся тем, что он получен
из шихты по п.1.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к способу добычи нефти путем заводнения микроэмульсией Винзор типа III, в котором через не менее чем одну нагнетательную скважину в нефтяное месторождение закачивают предназначенный для снижения поверхностного натяжения между нефтью и водой до значений менее 0,1 мН/м водный состав, поверхностно-активных веществ, содержащий, по крайней мере, одно ионное поверхностно-активное вещество, а из месторождения через не менее чем одну эксплуатационную скважину добывают сырую нефть, отличающийся тем, что используют водный состав поверхностно-активных веществ, содержащий, по крайней мере, одно поверхностно-активное вещество общей формулы R1-O-(D)n-(B)m-(A)l-XY-M+, где R1 означает линейный или разветвленный насыщенный или ненасыщенный алифатический и/или ароматический углеводородный остаток с числом атомов углерода от восьми до тридцати, A означает этиленоксидную группу, B означает пропиленоксидную группу и D означает бутиленоксидную группу, l означает число от 0 до 99, m означает число от 0 до 99 и n означает число от 1 до 99, X означает алкильную или алкиленовую группу с числом атомов углерода от 0 до 10, M+ означает катион и Y- выбирают из группы: сульфатные группы, сульфонатные группы, карбоксилатные группы и фосфатные группы, при этом группы A, B и D могут иметь статистическое или чередующееся распределение или же они могут присутствовать в виде двух, трех, четырех или нескольких блоков в любой последовательности, сумма l+m+n лежит в пределах от 3 до 99 и содержание 1,2-бутиленоксидных групп из расчета на все количество бутиленоксидных групп составляет не менее 80%.

Изобретение касается способа регулирования свойств линейного теплового расширения цементного раствора при размещении в подземной скважине, имеющей по крайней мере одну обсадную трубу, путем введения в состав цементного раствора углеродистого материала для того, чтобы коэффициент линейного расширения раствора был выше, чем у схватившегося цемента, не содержащего углеродистый материал.

Изобретение относится к ремонтно-изоляционному тампонажному составу на основе магнезиальных вяжущих веществ и может быть использовано в нефтяной и газовой промышленности, в процессах бурения и ремонта нефтяных, газовых и водяных скважин.

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, в частности к составам для глушения скважин, и может быть использовано при проведении ремонтных работ в скважинах с пластовым давлением равным или ниже гидростатического.

Изобретение относится к антиагломерирующей композиции, предназначенной для ингибирования образования гидратов газа в жидкости, состоящей из соединений формулы (I) или (III) и полярного растворителя или смеси полярных растворителей.

Изобретение относится к области нефтедобычи и может быть использовано при разработке нефтяных месторождений с высокой пластовой температурой, в том числе на поздних стадиях разработки.

Изобретение относится к нефтяной промышленности, в частности к обработке добывающих и нагнетательных скважин с трудноизвлекаемыми запасами нефти. В способе увеличения нефтеотдачи пласта, включающем последовательную закачку в пласт циклами не менее двух, разбитых на равные порции оторочек полимера в воде и солевого сшивающего агента в воде с буфером воды между ними, в качестве солевого сшивающего агента используют реагент АМГ и дополнительно осуществляют закачку оторочек глинистого агента в воде и оторочек реагента многофункционального действия и спирта алифатического и/или ароматического, или отхода производства, их содержащего, с обеспечением снижения межфазного натяжения в системе «нефть-вода» до 0,005 мН/м, в следующей последовательности оторочек и при следующих их составах, мас.%: 1) 0,001-3 полимера в воде, 2) 0,0001-0,5 АМГ в воде, 3) 0,0001-20 глинистого агента в воде, 4) реагент многофункционального действия 0,1-99,9 и указанные спирт или отход остальное, при соотношении объемов состава 1) и реагента многофункционального действия равном 1: (0,06-0,25) или 1) 0,001-3 полимера в воде, 2) 0,0001-0,5 АМГ и 0,0001-20 глинистого агента в воде, 3) реагент многофункционального действия 0,1-99,9 и указанные спирт или отход остальное, при соотношении объемов состава 1) и реагента многофункционального действия равном 1:0,06-0,25.
Настоящее изобретение относится к способу цементирования, включающему введение в ствол скважины способной к схватыванию композиции, содержащей невспученный перлит, цементную печную пыль, пумицит и воду, и предоставление возможности композиции схватиться.

Изобретение относится к биополимерным буровым растворам, используемым при бурении скважин, в том числе горизонтальных, наклонно-направленных, а также для восстановления скважин бурением вторых стволов.

Изобретение относится к безглинистым биополимерным буровым растворам, которые используются для бурения в сложных горно-геологических условиях. Технический результат изобретения - повышение структурно-реологических свойств и термостойкости, обеспечение солестойкости, снижение вредного влияния на окружающую среду, уменьшение количества и концентрации компонентов, необходимых для приготовления бурового раствора, при сохранении ингибирующих, смазочных, фильтрационных и противоприхватных свойств.

Изобретение относится к огнеупорной промышленности, а именно к способам изготовления периклазовых клинкеров для производства огнеупорных материалов. Способ изготовления периклазового клинкера, содержащего 90-98% MgO, включает кальцинацию природного магнезита при температуре 900-1050оС, помол кальцинированного магнезита, его брикетирование и обжиг брикета.

Изобретение относится к технологии конструкционной керамики и может быть использовано для изготовления износостойких изделий, используемых в качестве подшипников, нитеводителей, водителей для проволоки, шаровых клапанов в устройствах для перекачки суспензий, а также в качестве деталей бумагоделательных машин.

Изобретение относится к способам изготовления керамических изделий из нанопорошков диоксида циркония и может быть использовано в машиностроении, химической промышленности и медицине для получения конструкционных и функциональных материалов.

Изобретение относится к технологии керамических материалов конструкционного назначения и может быть использовано для изготовления пористых изделий для высокотемпературной теплоизоляции или теплозащиты, носителей катализаторов и фильтров очистки жидких и газовых сред.

Изобретение относится к производству термостойких изделий из керамических материалов, которые могут иметь электротехническое назначение. Технический результат изобретения - улучшение физико-механических свойств изделий и возможность изготовления изделий сложной формы Композицию из порошка нитрида кремния с добавками оксидов металлов из группы: Al2O3, Y2O3, MgO, взятых в количествах Al2O3 2-6 мас.%, Y2O3 не более 9 мас.%, MgO не более 6 мас.% от массы шихты (общее количество добавок составляет не более 17% от массы шихты) подвергают механоактивации в среде этанола, высушивают смесь, проводят холодное одноосевое прессование в закрытой пресс-форме при давлении 50-100 МПа.

Изобретение относится к технологии плотно спеченных керамических материалов конструкционного назначения и может быть использовано для изготовления изделий, сочетающих высокие показатели прочности с повышенными термомеханическими свойствами и элементы ударопрочной защиты.

Изобретение относится к технологии получения керамического материала с высокими прочностными характеристиками и может быть использовано для изготовления износо- и химически стойких изделий, а также для изготовления изделий военной техники, а именно керамических бронеэлементов.

Изобретение относится к технологии изготовления пьезокерамических материалов системы цирконата-титаната свинца (ЦТС) и может быть использовано в составе гидроакустических излучателей и гидрофонов.

Изобретение относится к получению цементных смесей и бетона различного назначения, работающих при высоких деформирующих нагрузках, и может быть использовано в металлургической, строительной и других отраслях промышленности.
Изобретение относится к технологии получения композиционного керамического материала технического назначения состава TiN/Al2O3, который является перспективным для получения жаропрочных и износостойких материалов, а также покрытий для режущих и обрабатывающих инструментов.
Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, а именно к технологии изготовления керамических проппантов. Технический результат изобретения заключается в снижении разрушаемости гранул проппанта при сохранении низкой плотности материала.
Наверх