RU2832656C1 - Method of producing proppant, proppant and method of application thereof - Google Patents
Method of producing proppant, proppant and method of application thereof Download PDFInfo
- Publication number
- RU2832656C1 RU2832656C1 RU2023122771A RU2023122771A RU2832656C1 RU 2832656 C1 RU2832656 C1 RU 2832656C1 RU 2023122771 A RU2023122771 A RU 2023122771A RU 2023122771 A RU2023122771 A RU 2023122771A RU 2832656 C1 RU2832656 C1 RU 2832656C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- proppant
- binder
- granules
- raw material
- mass
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 48
- 239000008187 granular material Substances 0.000 claims abstract description 77
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 claims abstract description 67
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims abstract description 67
- 239000002994 raw material Substances 0.000 claims abstract description 52
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims abstract description 43
- 229920001353 Dextrin Polymers 0.000 claims abstract description 36
- 239000004375 Dextrin Substances 0.000 claims abstract description 36
- 235000019425 dextrin Nutrition 0.000 claims abstract description 36
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 claims abstract description 33
- -1 aluminium-cobalt-molybdenum Chemical compound 0.000 claims abstract description 23
- 239000000725 suspension Substances 0.000 claims abstract description 16
- 238000005469 granulation Methods 0.000 claims abstract description 15
- 230000003179 granulation Effects 0.000 claims abstract description 15
- 238000000227 grinding Methods 0.000 claims abstract description 6
- 239000000243 solution Substances 0.000 claims description 33
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 30
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 21
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 claims description 19
- 238000000746 purification Methods 0.000 claims description 16
- 229910001570 bauxite Inorganic materials 0.000 claims description 14
- 239000002699 waste material Substances 0.000 claims description 14
- 238000010304 firing Methods 0.000 claims description 13
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 13
- 239000005995 Aluminium silicate Substances 0.000 claims description 12
- 235000012211 aluminium silicate Nutrition 0.000 claims description 12
- NLYAJNPCOHFWQQ-UHFFFAOYSA-N kaolin Chemical compound O.O.O=[Al]O[Si](=O)O[Si](=O)O[Al]=O NLYAJNPCOHFWQQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims description 10
- 239000003245 coal Substances 0.000 claims description 9
- 239000010881 fly ash Substances 0.000 claims description 8
- 229920002134 Carboxymethyl cellulose Polymers 0.000 claims description 7
- INJRKJPEYSAMPD-UHFFFAOYSA-N aluminum;silicic acid;hydrate Chemical compound O.[Al].[Al].O[Si](O)(O)O INJRKJPEYSAMPD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 229910052849 andalusite Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 239000002956 ash Substances 0.000 claims description 7
- 239000010443 kyanite Substances 0.000 claims description 7
- 229910052850 kyanite Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 238000000926 separation method Methods 0.000 claims description 7
- 238000007873 sieving Methods 0.000 claims description 7
- 239000002893 slag Substances 0.000 claims description 7
- 239000006004 Quartz sand Substances 0.000 claims description 6
- 239000001768 carboxy methyl cellulose Substances 0.000 claims description 6
- 235000010948 carboxy methyl cellulose Nutrition 0.000 claims description 6
- 239000008112 carboxymethyl-cellulose Substances 0.000 claims description 6
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 229920000609 methyl cellulose Polymers 0.000 claims description 6
- 239000001923 methylcellulose Substances 0.000 claims description 6
- 235000010981 methylcellulose Nutrition 0.000 claims description 6
- 239000011707 mineral Substances 0.000 claims description 6
- 229910052851 sillimanite Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 239000010802 sludge Substances 0.000 claims description 6
- 239000004372 Polyvinyl alcohol Substances 0.000 claims description 5
- 235000012241 calcium silicate Nutrition 0.000 claims description 5
- JHLNERQLKQQLRZ-UHFFFAOYSA-N calcium silicate Chemical compound [Ca+2].[Ca+2].[O-][Si]([O-])([O-])[O-] JHLNERQLKQQLRZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 229910052918 calcium silicate Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 229920002451 polyvinyl alcohol Polymers 0.000 claims description 5
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 3
- 238000003801 milling Methods 0.000 claims description 3
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims description 2
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims description 2
- 239000003822 epoxy resin Substances 0.000 claims description 2
- SLGWESQGEUXWJQ-UHFFFAOYSA-N formaldehyde;phenol Chemical compound O=C.OC1=CC=CC=C1 SLGWESQGEUXWJQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- LNEPOXFFQSENCJ-UHFFFAOYSA-N haloperidol Chemical compound C1CC(O)(C=2C=CC(Cl)=CC=2)CCN1CCCC(=O)C1=CC=C(F)C=C1 LNEPOXFFQSENCJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229920001568 phenolic resin Polymers 0.000 claims description 2
- 229920000647 polyepoxide Polymers 0.000 claims description 2
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 claims description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 11
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 9
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 abstract description 8
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 abstract description 4
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 2
- 238000007669 thermal treatment Methods 0.000 abstract 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 21
- 229920002472 Starch Polymers 0.000 description 20
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 20
- 238000005755 formation reaction Methods 0.000 description 19
- 239000008107 starch Substances 0.000 description 19
- 235000019698 starch Nutrition 0.000 description 19
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 13
- 230000008569 process Effects 0.000 description 12
- 229910000323 aluminium silicate Inorganic materials 0.000 description 11
- HNPSIPDUKPIQMN-UHFFFAOYSA-N dioxosilane;oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Si]=O.O=[Al]O[Al]=O HNPSIPDUKPIQMN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 11
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 10
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 9
- 229910052634 enstatite Inorganic materials 0.000 description 8
- 229910052839 forsterite Inorganic materials 0.000 description 8
- HCWCAKKEBCNQJP-UHFFFAOYSA-N magnesium orthosilicate Chemical compound [Mg+2].[Mg+2].[O-][Si]([O-])([O-])[O-] HCWCAKKEBCNQJP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- BBCCCLINBSELLX-UHFFFAOYSA-N magnesium;dihydroxy(oxo)silane Chemical compound [Mg+2].O[Si](O)=O BBCCCLINBSELLX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- JKQOBWVOAYFWKG-UHFFFAOYSA-N molybdenum trioxide Chemical compound O=[Mo](=O)=O JKQOBWVOAYFWKG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 8
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 7
- 239000003921 oil Substances 0.000 description 6
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 238000001354 calcination Methods 0.000 description 5
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 5
- 238000011049 filling Methods 0.000 description 5
- 238000005086 pumping Methods 0.000 description 5
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 description 5
- 238000005245 sintering Methods 0.000 description 5
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 235000014633 carbohydrates Nutrition 0.000 description 4
- 150000001720 carbohydrates Chemical class 0.000 description 4
- 230000008859 change Effects 0.000 description 4
- 229910052681 coesite Inorganic materials 0.000 description 4
- 229910052906 cristobalite Inorganic materials 0.000 description 4
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 4
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 description 4
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 description 4
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000000047 product Substances 0.000 description 4
- 239000007858 starting material Substances 0.000 description 4
- 229910052682 stishovite Inorganic materials 0.000 description 4
- 229910052905 tridymite Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000004215 Carbon black (E152) Substances 0.000 description 3
- KKCBUQHMOMHUOY-UHFFFAOYSA-N Na2O Inorganic materials [O-2].[Na+].[Na+] KKCBUQHMOMHUOY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 3
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 3
- 235000013339 cereals Nutrition 0.000 description 3
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 3
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 3
- 150000004676 glycans Chemical class 0.000 description 3
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 3
- JEIPFZHSYJVQDO-UHFFFAOYSA-N iron(III) oxide Inorganic materials O=[Fe]O[Fe]=O JEIPFZHSYJVQDO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 235000010755 mineral Nutrition 0.000 description 3
- 229910052863 mullite Inorganic materials 0.000 description 3
- 229920001282 polysaccharide Polymers 0.000 description 3
- 239000005017 polysaccharide Substances 0.000 description 3
- VTYYLEPIZMXCLO-UHFFFAOYSA-L Calcium carbonate Chemical compound [Ca+2].[O-]C([O-])=O VTYYLEPIZMXCLO-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 2
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 241000196324 Embryophyta Species 0.000 description 2
- 229920000881 Modified starch Polymers 0.000 description 2
- 239000004368 Modified starch Substances 0.000 description 2
- 229910010413 TiO 2 Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000003213 activating effect Effects 0.000 description 2
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 2
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 2
- 210000004027 cell Anatomy 0.000 description 2
- 239000004927 clay Substances 0.000 description 2
- 229910000428 cobalt oxide Inorganic materials 0.000 description 2
- IVMYJDGYRUAWML-UHFFFAOYSA-N cobalt(ii) oxide Chemical compound [Co]=O IVMYJDGYRUAWML-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052593 corundum Inorganic materials 0.000 description 2
- KZHJGOXRZJKJNY-UHFFFAOYSA-N dioxosilane;oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Si]=O.O=[Si]=O.O=[Al]O[Al]=O.O=[Al]O[Al]=O.O=[Al]O[Al]=O KZHJGOXRZJKJNY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 2
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 2
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 2
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 2
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 2
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 235000019426 modified starch Nutrition 0.000 description 2
- 239000004014 plasticizer Substances 0.000 description 2
- 229920001592 potato starch Polymers 0.000 description 2
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 2
- 239000011435 rock Substances 0.000 description 2
- 238000012216 screening Methods 0.000 description 2
- 239000007790 solid phase Substances 0.000 description 2
- 239000010435 syenite Substances 0.000 description 2
- 239000000454 talc Substances 0.000 description 2
- 229910052623 talc Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010456 wollastonite Substances 0.000 description 2
- 229910052882 wollastonite Inorganic materials 0.000 description 2
- 229920000945 Amylopectin Polymers 0.000 description 1
- 229920000856 Amylose Polymers 0.000 description 1
- 101100402853 Caenorhabditis elegans mtd-1 gene Proteins 0.000 description 1
- UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N Carbon monoxide Chemical compound [O+]#[C-] UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920002261 Corn starch Polymers 0.000 description 1
- 244000303965 Cyamopsis psoralioides Species 0.000 description 1
- YCKRFDGAMUMZLT-UHFFFAOYSA-N Fluorine atom Chemical compound [F] YCKRFDGAMUMZLT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920001732 Lignosulfonate Polymers 0.000 description 1
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N Molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 1
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 230000004913 activation Effects 0.000 description 1
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 description 1
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000007900 aqueous suspension Substances 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 229910000019 calcium carbonate Inorganic materials 0.000 description 1
- 235000010216 calcium carbonate Nutrition 0.000 description 1
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 1
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 1
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910002091 carbon monoxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010941 cobalt Substances 0.000 description 1
- 229910017052 cobalt Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 239000012141 concentrate Substances 0.000 description 1
- 239000008120 corn starch Substances 0.000 description 1
- 239000010431 corundum Substances 0.000 description 1
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 1
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000004090 dissolution Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 230000001747 exhibiting effect Effects 0.000 description 1
- 239000012467 final product Substances 0.000 description 1
- 239000011737 fluorine Substances 0.000 description 1
- 229910052731 fluorine Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 239000001095 magnesium carbonate Substances 0.000 description 1
- 229910000021 magnesium carbonate Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052919 magnesium silicate Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000391 magnesium silicate Substances 0.000 description 1
- 235000019792 magnesium silicate Nutrition 0.000 description 1
- 238000013178 mathematical model Methods 0.000 description 1
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 description 1
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
- 239000003345 natural gas Substances 0.000 description 1
- 239000010434 nepheline Substances 0.000 description 1
- 229910052664 nepheline Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000000149 penetrating effect Effects 0.000 description 1
- 230000035699 permeability Effects 0.000 description 1
- 239000003208 petroleum Substances 0.000 description 1
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 1
- 210000002706 plastid Anatomy 0.000 description 1
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 1
- 235000019353 potassium silicate Nutrition 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 230000000750 progressive effect Effects 0.000 description 1
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 1
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 1
- 238000001953 recrystallisation Methods 0.000 description 1
- 239000004576 sand Substances 0.000 description 1
- 229910052604 silicate mineral Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000010532 solid phase synthesis reaction Methods 0.000 description 1
- 239000012798 spherical particle Substances 0.000 description 1
- 230000000638 stimulation Effects 0.000 description 1
- 238000005728 strengthening Methods 0.000 description 1
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 1
- FKHIFSZMMVMEQY-UHFFFAOYSA-N talc Chemical compound [Mg+2].[O-][Si]([O-])=O FKHIFSZMMVMEQY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- 238000005979 thermal decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
- 238000009827 uniform distribution Methods 0.000 description 1
- 229940100445 wheat starch Drugs 0.000 description 1
- 229910001845 yogo sapphire Inorganic materials 0.000 description 1
Abstract
Description
Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, а именно к технологии изготовления керамического проппанта, предназначенного для использования в качестве расклинивающего агента при добыче нефти или газа методом гидравлического разрыва пласта (ГРП) - наиболее эффективным способом извлечения углеводородов.The invention relates to the oil and gas production industry, namely to the technology of manufacturing ceramic proppant intended for use as a proppant in oil or gas production using hydraulic fracturing (HF) - the most effective method of extracting hydrocarbons.
Сущность метода ГРП заключается в закачивании под давлением вязкой жидкости гидроразрыва в нефте- и газоносные пласты, в результате чего, в пласте образуется множество трещин, в которые проникает жидкость. Для сохранения трещин в разомкнутом состоянии в закачиваемую жидкость добавляют сферические гранулы (пронпант), которые, проникая с жидкостью в трещину и заполняя ее, создают прочный расклинивающий каркас с высокой проницаемостью для нефти и газа.The essence of the hydraulic fracturing method is to pump viscous hydraulic fracturing fluid into oil and gas-bearing formations under pressure, as a result of which, in the formation, many cracks are formed, into which the liquid penetrates. To keep the cracks open, spherical granules (pronpant) are added to the injected liquid, which, penetrating with the liquid into the crack and filling it, create a strong wedging frame with high permeability for oil and gas.
Среди многочисленных способов получения проппанта наиболее распространенным и технологичным является грануляция исходного молотого сырья с последующей термообработкой гранул. Получение проппанта в смесителе-грануляторе из различных видов алюмосиликатного сырья известно из ряда патентов /1-8/. В приведенных патентах общим является введение связующего компонента в процессе грануляции. Растворы связующего, проявляя адгезионные свойства, способствуют сцеплению исходных частиц молотого сырья и образованию зародышей гранул. От свойств растворов связующего зависит плотность сформировавшихся гранул, что определяет скорость твердофазовых высокотемпературных реакций, степень спекания и, соответственно, прочность полученного проппанта.Among the numerous methods of obtaining proppant, the most common and technologically advanced is granulation of the initial ground raw material with subsequent heat treatment of the granules. The production of proppant in a mixer-granulator from various types of aluminosilicate raw materials is known from a number of patents /1-8/. The common feature of the cited patents is the introduction of a binder component during the granulation process. Binder solutions, exhibiting adhesive properties, promote the adhesion of the initial particles of ground raw materials and the formation of granule nuclei. The density of the formed granules depends on the properties of the binder solutions, which determines the rate of solid-phase high-temperature reactions, the degree of sintering and, accordingly, the strength of the obtained proppant.
В патентах /9-10/ при получении керамического проппанта в качестве связующего агента используется, например, крахмал, карбоксиметилцеллюлоза (КМЦ), метилцеллю-лоза, поливиниловый спирт, гуар и другие компоненты-пластификаторы, известные из практики.In patents /9-10/, when producing ceramic proppant, starch, carboxymethyl cellulose (CMC), methyl cellulose, polyvinyl alcohol, guar and other plasticizer components known from practice are used as a binding agent, for example.
В патенте /11/ авторы предлагают получать керамический пропнант в высокоскоростном смесителе-грануляторе из смеси необожженных боксита, сланцев и кварца, к которым добавляют пластификаторы волластонит и тальк. В качестве связующего при грануляции используют водный раствор крахмала. Недостатками данного способа являются невысокая прочность и кислотостойкость проппанта, обусловленные тем, что применяемые волластонит и тальк в совокупности с примесями образуют в объеме гранул низкопрочную и кисло-торастворимую стеклофазу. Кроме того, для растворения крахмала требуется разогрев воды до 70-90°С.In the patent /11/ the authors propose to obtain a ceramic proppant in a high-speed mixer-granulator from a mixture of unfired bauxite, shale and quartz, to which wollastonite and talc plasticizers are added. An aqueous solution of starch is used as a binder during granulation. The disadvantages of this method are the low strength and acid resistance of the proppant, due to the fact that the wollastonite and talc used together with impurities form a low-strength and acid-soluble glass phase in the volume of granules. In addition, dissolving the starch requires heating the water to 70-90°C.
В заявке на изобретение /12/ получают проппант из алюмосиликатного сырья различных фракций, в том числе и полифракционный проппант с размерами частиц менее 2000 мкм.In the application for invention /12/ proppant is obtained from aluminosilicate raw materials of various fractions, including polyfractional proppant with particle sizes less than 2000 µm.
В патенте /13/ предлагается способ получения проппанта с размерами 10-2000 мкм грануляцией предварительно термообработанного исходного алюмосиликатного или маг-незиально-силикатного с использованием в качестве связующего водного раствора или суспензии фторсодержащего соединения с, по крайней мере, одним из компонентов: 0,5-5,0% водным раствором карбоксиметилцеллюлозы, метилцеллюлозы, лигносульфонатов технических, крахмала, жидкого стекла. В качестве исходного сырья используют, по крайней мере, один из видов алюмосиликатного сырья: боксит, каолин, кианит, андалузит, силлиманит, глина огнеупорная бокситовая или смесь, по крайней мере, одного из видов магне-зиально-силикатного сырья: серпентинит, серпентинитомагнезит, оливинит, дунит, форстеритовый концентрат с высококремнеземистым песком, с каолиновой глиной и/или каолином.The patent /13/ proposes a method for producing proppant with dimensions of 10-2000 µm by granulating pre-heat-treated initial aluminosilicate or magnesia-silicate using as a binder an aqueous solution or suspension of a fluorine-containing compound with at least one of the components: 0.5-5.0% aqueous solution of carboxymethyl cellulose, methyl cellulose, technical lignosulfonates, starch, liquid glass. At least one of the following types of aluminosilicate raw materials is used as the initial raw material: bauxite, kaolin, kyanite, andalusite, sillimanite, bauxite refractory clay or a mixture of at least one of the types of magnesia-silicate raw materials: serpentinite, serpentinite-magnesite, olivinite, dunite, forsterite concentrate with high-silica sand, with kaolin clay and/or kaolin.
Наиболее близким по совокупности признаков к данному изобретению (прототип) является патент /14/, в котором полифракционный проппант с размерами гранул не более 2000 мкм получают грануляцией алюмосиликатного сырья с использованием связующего. Проппант при применении в процессе гидроразрыва пласта разделяют непосредственно в бункере по размерам гранул одним из двух способов, в зависимости от конструкции бункера.The closest in terms of the set of features to this invention (prototype) is patent /14/, in which polyfractional proppant with granule sizes of no more than 2000 µm is obtained by granulating aluminosilicate raw materials using a binder. When used in the process of hydraulic fracturing, the proppant is separated directly in the bunker by granule size in one of two ways, depending on the bunker design.
Применение полифракционного проппанта, получаемого в соответствии с прототипом, является прогрессивным и позволяет максимально увеличить эффективную длину трещин гидроразрыва за счет заполнения микротрещин. Однако, недостатком приведенного прототипа является то, что использование при грануляции известного связующего не обеспечивает достаточную прочность получаемого проппанта, а предлагаемая сепарация по-лифракционного проппанта в бункере перед его применением при гидроразрыве пласта усложняет процесс ГРП.The use of polyfractional proppant obtained in accordance with the prototype is progressive and allows maximizing the effective length of hydraulic fracturing cracks by filling microcracks. However, the disadvantage of the given prototype is that the use of a known binder during granulation does not provide sufficient strength of the obtained proppant, and the proposed separation of polyfractional proppant in a bunker before its use in hydraulic fracturing complicates the hydraulic fracturing process.
Способ получения проппанта, проппант и способ его применения, описанные в данном изобретении, позволяет устранить недостатки прототипа и приведенных аналогов.The method for producing proppant, the proppant and the method for using it, described in this invention, make it possible to eliminate the shortcomings of the prototype and the given analogues.
Задачей изобретения является увеличение механической прочности проппанта за счет использования в качестве связующего суспензии частиц отработанных алюмокобальтмо-либденовых катализаторов газоочистки в водном растворе декстрина; значительное упрощение способа применения полифракционного проппанта за счет использование его в виде единой фракции.The objective of the invention is to increase the mechanical strength of proppant by using a suspension of particles of spent aluminum-cobalt-molybdenum gas purification catalysts in an aqueous dextrin solution as a binder; to significantly simplify the method of using polyfractional proppant by using it in the form of a single fraction.
Поставленная задача решается тем, что в способе получения проппанта, используемого при добыче нефти и газа методом гидравлического разрыва пласта, включающем в себя предварительную термообработку исходного сырья, его помол, гранулирование в смесителе-грануляторе при введении связующего, добавление в смеситель-гранулятор на конечной стадии грануляции исходного термообработанного молотого сырья, сушку гранул при температуре 110-550°С и их рассев, обжиг высушенных гранул при температуре 900-1600°С и рассев обожженных гранул на товарные фракции, в качестве связующего используют суспензию частиц с размерами не более 5 мкм отработанных алюмокобальтмолибде-новых катализаторов (АКМ) газоочистки в 8,0-12,0% водном растворе декстрина, а полифракционный проппант при его применении используется как единая фракция гранул без изменения известных параметров использования проппанта при гидроразрыве пласта.The stated problem is solved in that in the method for producing proppant used in oil and gas production by hydraulic fracturing, which includes preliminary heat treatment of the feedstock, its milling, granulation in a mixer-granulator with the introduction of a binder, adding the heat-treated ground feedstock to the mixer-granulator at the final stage of granulation, drying the granules at a temperature of 110-550 °C and sieving them, firing the dried granules at a temperature of 900-1600 °C and sieving the fired granules into commercial fractions, a suspension of particles with a size of no more than 5 μm of spent aluminum-cobalt-molybdenum catalysts (ACM) for gas purification in an 8.0-12.0% aqueous dextrin solution is used as a binder, and the polyfractional proppant, when used, is used as a single fraction of granules without changing the known parameters of proppant use at hydraulic fracturing.
Выбор отработанных алюмокобальтмолибденовых катализаторов (АКМ) газоочистки в качестве одного из компонентов связующего объясняется его химическим составом и физико-химическими свойствами. Основными составляющими данного отработанного катализатора являются триоксид молибдена, оксид кобальта и активная форма оксида алюминия (γ-Al2O3).The choice of spent aluminum-cobalt-molybdenum catalysts (ACM) for gas cleaning as one of the components of the binder is explained by its chemical composition and physicochemical properties. The main components of this spent catalyst are molybdenum trioxide, cobalt oxide and the active form of aluminum oxide (γ-Al 2 O 3 ).
При обжиге высушенных гранул, то есть при высокотемпературном спекании алюмосиликатного или магнезиально-силикатного сырья, действие триоксида молибдена как плавня, уменьшающего вязкость, определяется образованием жидких фаз на границах взаимодействия твердых фаз, что способствует увеличению скорости реакции жидкофазного спекания материала с образованием стеклофазы, которая заполняет поры и пустоты. При этом стекловидная фаза выступает связующим, объединяя частицы кристаллической фазы в объеме материала в прочный каркас /15/.During firing of dried granules, i.e. during high-temperature sintering of aluminosilicate or magnesia-silicate raw materials, the action of molybdenum trioxide as a flux reducing viscosity is determined by the formation of liquid phases at the boundaries of solid phase interaction, which helps to increase the reaction rate of liquid-phase sintering of the material with the formation of a glass phase that fills the pores and voids. In this case, the glassy phase acts as a binder, combining the particles of the crystalline phase in the volume of the material into a strong framework /15/.
Присутствие активной формы низкотемпературной модификации оксида алюминия у-AlO3, которая является основным компонентом катализатора и отличается высокой химической активностью за счет множества свободных катионных связей и большой удельной поверхности (до 400 м2/г), способствует ускорению реакции образования муллита (3Al2O3⋅2SiO2), кристаллы которого определяют прочность керамического проппанта.The presence of the active form of the low-temperature modification of aluminum oxide γ-AlO 3 , which is the main component of the catalyst and is characterized by high chemical activity due to the many free cationic bonds and large specific surface area (up to 400 m 2 /g), helps to accelerate the reaction of mullite formation (3Al 2 O 3 ⋅2SiO 2 ), the crystals of which determine the strength of the ceramic proppant.
Влияние оксида кобальта на упрочнение кристаллической структуры обожженного проппанта объясняется тем, что катионы кобальта внедряются в подрешетку Al2O3 и MgO основных компонентов алюмосиликатного и магнезиально-силикатного сырья, таким образом, увеличивая их химическую активность, что в свою очередь способствует ускорению процесса спекания при формировании кристаллической структуры керамического проппанта.The effect of cobalt oxide on strengthening the crystalline structure of calcined proppant is explained by the fact that cobalt cations are introduced into the Al 2 O 3 and MgO sublattice of the main components of aluminosilicate and magnesia-silicate raw materials, thus increasing their chemical activity, which in turn helps to accelerate the sintering process during the formation of the crystalline structure of ceramic proppant.
Экспериментально установлено, что содержание частиц с размерами не более 5 мкм отработанных алюмокобальтмолибденовых катализаторов (АКМ) газоочистки в водном растворе декстрина в количестве 2,0-10,0 масс.% является оптимальным. It has been experimentally established that the content of particles with sizes of no more than 5 µm of spent aluminum-cobalt-molybdenum catalysts (ACM) for gas purification in an aqueous solution of dextrin in an amount of 2.0-10.0 wt.% is optimal.
Широко доступные отработанные алюмокобальтмолибденовые (АКМ) катализаторы газоочистки имеют следующий химический состав /16/, масс. %: МоО3 - 15,0-18,0; СоО - 4,0-5,0; Na2O - не более 0,08; Fe2O3 - не более 0,08; Al2O3 - остальное.Widely available spent aluminum-cobalt-molybdenum (ACM) gas cleaning catalysts have the following chemical composition /16/, mass %: MoO3 - 15.0-18.0 ; CoO - 4.0-5.0; Na2O - no more than 0.08; Fe2O3 - no more than 0.08 ; Al2O3 - the rest.
Крахмал - главнейший представитель природных углеводов, синтезирующийся в растениях. Существенным недостатком всех видов крахмала является низкая скорость растворения в воде. Образующиеся гелеобразные неоднородности в водном растворе крахмала не позволяют равномерно распределить раствор в объеме гранулируемого порошка, что не только искажает процесс грануляции, не позволяя сформировать плотную однородную структуру гранулы, но снижает прочность высушенных и обожженных гранул.Starch is the most important representative of natural carbohydrates synthesized in plants. A significant disadvantage of all types of starch is the low rate of dissolution in water. The gel-like heterogeneities formed in the aqueous solution of starch do not allow the solution to be evenly distributed in the volume of the granulated powder, which not only distorts the granulation process, preventing the formation of a dense homogeneous granule structure, but also reduces the strength of the dried and fired granules.
Модифицированный крахмал, цена которого может быть значительно ниже других связующих веществ, позволяет снизить себестоимость конечного продукта - проппанта. Примером перевода крахмала в водорастворимое состояние является декстрин (или крахмалит), получаемый нагреванием крахмала до 140-160°С. Важнейшими свойствами декстрина являются хорошая связующая способность и максимальная (не менее 95%) растворимость в воде при комнатной температуре.Modified starch, the price of which can be significantly lower than other binders, allows to reduce the cost of the final product - proppant. An example of the transfer of starch into a water-soluble state is dextrin (or starchite), obtained by heating starch to 140-160 ° C. The most important properties of dextrin are good binding capacity and maximum (at least 95%) solubility in water at room temperature.
Декстринизация крахмала - это деструкция полисахаридов крахмала, разрушение структуры крахмального зерна при сухом нагреве с образованием растворимых в воде декстринов и некоторого количества продуктов глубокого распада углеводов (углекислого газа, окиси углерода и др.) /17/. Крахмал состоит из двух типов молекул: амилозы (в среднем, 20-30%) и амилопектина (в среднем, 70-80%). Они формируют структурный комплекс зерен, который состоит из кристаллической и аморфной частей. Модифицированный крахмал - это углевод, подвергнутый технологическим процессам, реструктуризирующим строение амилопластов и влияющим на физические свойства крахмала. Такой полисахарид растворяется в воде при комнатной температуре. Из-за взаимодействия с водой крахмальное вещество становятся мягким (разрушается оболочка растительной клетки), увеличивается площадь его поверхности, а также оно распадается на простые углеводы.Starch dextrinization is the destruction of starch polysaccharides, the breakdown of the starch grain structure during dry heating with the formation of water-soluble dextrins and a certain amount of products of deep carbohydrate breakdown (carbon dioxide, carbon monoxide, etc.) /17/. Starch consists of two types of molecules: amylose (on average, 20-30%) and amylopectin (on average, 70-80%). They form a structural complex of grains, which consists of crystalline and amorphous parts. Modified starch is a carbohydrate subjected to technological processes that restructure the structure of amyloplasts and affect the physical properties of starch. Such a polysaccharide dissolves in water at room temperature. Due to the interaction with water, the starch substance becomes soft (the membrane of the plant cell is destroyed), its surface area increases, and it also breaks down into simple carbohydrates.
Декстрины имеют окраску от светло-желтой до темно-коричневой. Разные виды крахмала обладают различной устойчивостью к сухому нагреву. Так, при нагревании до 180°С разрушается до 90% зерен картофельного крахмала, до 14% - пшеничного, до 10% - кукурузного. Чем выше температура, тем большее количество крахмальных полисахаридов превращается в декстрины. При практическом применении соответствующего сухого термообработанного крахмала образуется раствор клейстера в холодной воде.Dextrins have a color from light yellow to dark brown. Different types of starch have different resistance to dry heating. Thus, when heated to 180°C, up to 90% of potato starch grains are destroyed, up to 14% of wheat starch, up to 10% of corn starch. The higher the temperature, the greater the amount of starch polysaccharides that are converted into dextrins. In practical use, the corresponding dry heat-treated starch forms a paste solution in cold water.
Модифицированный экструдированный крахмал сертифицирован в соответствии с ТУ 9187-004-52562523-2006. При реализации данного изобретения использовали декстрин - модифицированный картофельный крахмал МК-1.Modified extruded starch is certified in accordance with TU 9187-004-52562523-2006. In the implementation of this invention, dextrin was used - modified potato starch MK-1.
Экспериментально установлено, что концентрация в водном растворе декстрина 8,0- 12,0% является оптимальной, позволяющей получить устойчивый клейстер необходимой для грануляции вязкости. Увеличение концентрации декстрина выше 12,0% приводит к неравномерному образованию гранул, а уменьшение концентрации ниже 8,0% не позволяет достичь требуемой прочности проппанта.It has been experimentally established that the concentration of 8.0-12.0% in an aqueous dextrin solution is optimal, allowing to obtain a stable paste of the viscosity required for granulation. Increasing the dextrin concentration above 12.0% leads to uneven formation of granules, and decreasing the concentration below 8.0% does not allow to achieve the required strength of the proppant.
Помол отработанных алюмокобальтмолибденовых (АКМ) катализаторов газоочистки до содержания частиц не более 5,0 мкм позволяет получить устойчивую суспензию в 8,0-12,0% водном растворе декстрина.Grinding spent aluminum-cobalt-molybdenum (ACM) gas purification catalysts to a particle content of no more than 5.0 µm allows obtaining a stable suspension in an 8.0-12.0% aqueous dextrin solution.
Авторами впервые установлено, что использование в качестве связующего суспензии частиц отработанных алюмокобальтмолибденовых (АКМ) катализаторов газоочистки в водном растворе декстрина позволяет получить обожженные алюмосиликатный и магнезиально-силикатный проппант пригодный для использования при добыче углеводородов методом ГРП при любых условиях залегания продуктивных пластов.The authors have established for the first time that the use of a suspension of particles of spent aluminum-cobalt-molybdenum (ACM) gas purification catalysts in an aqueous dextrin solution as a binder makes it possible to obtain calcined aluminosilicate and magnesia-silicate proppant suitable for use in hydrocarbon production by hydraulic fracturing under any conditions of productive formations.
Введение молотого алюмокобальтмолибденового катализатора в водный раствор декстрина объясняется возможностью равномерно распределить активизирующую добавку в объеме исходного сырья. При использовании в качества активизирующих добавок компонентов в небольших количествах важно добиться их равномерного распределения во всей массе исходного сырья. Введение добавок в виде раствора позволяет достичь необходимого результата, в отличие от введения сухих порошков.The introduction of ground aluminum-cobalt-molybdenum catalyst into an aqueous dextrin solution is explained by the possibility of uniformly distributing the activating additive in the volume of the initial raw material. When using components in small quantities as activating additives, it is important to achieve their uniform distribution in the entire mass of the initial raw material. The introduction of additives in the form of a solution allows achieving the desired result, in contrast to the introduction of dry powders.
Использование в качестве исходного сырья для получения проппанта бокситов, каолинов, кианитов, андалузитов, сиенитов, отходов углеобогащения позволяет получить прочную кристаллическую структуру проппанта, основу которой составляют игольчатые кристаллы муллита. Применение золошлаковых отходов, золы-уноса, белитового шлама, мела технического увеличивает пористость образующегося проппанта, улучшает его спе- каемость, снижая температуру обжига и, как следствие, снижает себестоимость проппанта. Следует отметить, что использование в качестве исходного сырья золошлаковых отходов, золы-уноса и отходов углеобогащения, которые составляют минеральную часть углей, т.е. остатки от сгорания или обогащения углей, не только улучшает свойства проппанта, но и решает важную экологическую проблему - уменьшение площади многочисленных шламовых полей тепловых электростанций.The use of bauxite, kaolin, kyanite, andalusite, syenite, and coal enrichment waste as feedstock for obtaining proppant allows obtaining a strong crystalline structure of proppant, the basis of which is needle-shaped crystals of mullite. The use of ash and slag waste, fly ash, belite sludge, technical chalk increases the porosity of the resulting proppant, improves its sintering, reducing the firing temperature and, as a result, reduces the cost of proppant. It should be noted that the use of ash and slag waste, fly ash and coal enrichment waste, which make up the mineral part of coal, i.e. residues from combustion or enrichment of coal, as feedstock not only improves the properties of the proppant, but also solves an important environmental problem - reducing the area of numerous sludge fields of thermal power plants.
Предварительный обжиг исходного сырья - бокситов, каолинов, андалузитов, сиенитов, силлиманитов и отходов углеобогащения проводили при температуре 1000-1400°С.Preliminary firing of the initial raw materials - bauxite, kaolin, andalusite, syenite, sillimanite and coal enrichment waste - was carried out at a temperature of 1000-1400°C.
Такой диапазон температур обжига исходного сырья определяется, в первую очередь, содержанием в нем оксида алюминия. При этих температурах происходит активизация кристаллической структуры компонентов алюмосиликатного сырья, что обеспечивает минимизацию объемных изменений при обжиге гранул и обеспечивается максимальное образование кристаллической фазы - муллит.This range of firing temperatures of the initial raw material is determined, first of all, by the content of aluminum oxide in it. At these temperatures, the activation of the crystalline structure of the components of the aluminosilicate raw material occurs, which ensures the minimization of volumetric changes during the firing of granules and ensures the maximum formation of the crystalline phase - mullite.
Предварительную термообработку исходного сырья: золошлаковых отходов, золы- уноса, белитового шлама, мела технического, кварцевого песка проводят при 110-600°С для удаления физически и химически связанной влаги.Preliminary heat treatment of the feedstock: ash and slag waste, fly ash, belite sludge, technical chalk, quartz sand is carried out at 110-600°C to remove physically and chemically bound moisture.
В качестве исходного сырья, которым не ограничивается возможность получения магнезиально-силикатного проппанта, в соответствии с данным изобретением использовали: серпентинит Халиловского месторождения (ООО «Литосфера) с содержанием, масс.%: AlO3 - 1,0-2,0; Fe2O3 - 7,0-9,0; SiO2 - 40,0-45,0; CaO - 1,0-3,0; MgO - 44,0-48,0; относительное изменение массы при прокаливании - 15,0-20,0; каолин Нижне-Увельского месторождения марки НУПК с содержанием, масс.%: Al2O3 - 23,0-28,0; Fe2O3 - 2,0-5,0; SiO2 - 65,0-70,0; влажность - 15,0-20,0; относительное изменение массы при прокаливании - 8,0- 10,0; кварцевый песок Миллеровского «ГОК» с содержанием, масс.%: SiO2 - не менее 98,0.The following were used as the starting material, which is not the limitation for producing magnesia-silicate proppant, in accordance with the present invention: serpentinite from the Khalilovskoye deposit (OOO Lithosfera) with the following content, by weight: AlO 3 - 1.0-2.0; Fe 2 O 3 - 7.0-9.0; SiO 2 - 40.0-45.0; CaO - 1.0-3.0; MgO - 44.0-48.0; relative change in mass upon calcination - 15.0-20.0; kaolin from the Nizhne-Uvelskoye deposit, grade NUPK, with the following content, by weight: Al 2 O 3 - 23.0-28.0; Fe 2 O 3 - 2.0-5.0; SiO 2 - 65.0-70.0; humidity - 15.0-20.0; relative change in mass upon calcination - 8.0-10.0; quartz sand from Millerovsky GOK with a content, wt.%: SiO2 - not less than 98.0.
Предварительную термообработку исходного магнезиально-силикатного сырья: серпентинита, оливинита, дунита проводят при температуре 1100-1300°С, что обеспечивает его термическое разложение на основные кристаллические фазы - трудноспекающийся форстерит и более легкоспекающийся энстатит. Добавка кварцевого песка позволяет перевести форстерит в энстатит по реакции:Preliminary heat treatment of the initial magnesia-silicate raw material: serpentinite, olivinite, dunite is carried out at a temperature of 1100-1300°C, which ensures its thermal decomposition into the main crystalline phases - difficult-to-sinter forsterite and more easily-sintered enstatite. The addition of quartz sand allows forsterite to be converted into enstatite according to the reaction:
2MgO⋅SiO2 + SiO2 → 2(MgOSiO2)2MgO⋅SiO 2 + SiO 2 → 2(MgOSiO 2 )
Форстерит → энстатитForsterite → enstatite
Образовавшийся метасиликат магния (энстатит) обеспечивает увеличение прочности обожженного проппанта. Из научных публикаций известно, что более раннее появление форстерита по сравнению с энстатитом связано с более простым строением его кристаллической решетки, что обусловливает его синтез при более низких температурах /18/.The resulting magnesium metasilicate (enstatite) provides an increase in the strength of the fired proppant. It is known from scientific publications that the earlier appearance of forsterite compared to enstatite is associated with the simpler structure of its crystal lattice, which determines its synthesis at lower temperatures /18/.
Физико-химические процессы при нагревании серпентинита от 1100 до 1300°С связаны, главным образом, с процессами перекристаллизации образовавшихся основных кристаллических фаз - форстерита и энстатита, что способствует увеличению прочности обожженного проппанта. Повышение температуры прокаливания серпентинита выше 1300°С приводит к пережогу продуктов его разложения (энстатита и форстерита) и потери ими реакционной активности, необходимой для последующего твердофазного синтеза энстатита за счет взаимодействия форстерита с кремнеземом.Physicochemical processes during heating of serpentinite from 1100 to 1300°C are mainly associated with the processes of recrystallization of the formed main crystalline phases - forsterite and enstatite, which contributes to an increase in the strength of the calcined proppant. Increasing the calcination temperature of serpentinite above 1300°C leads to the burning of its decomposition products (enstatite and forsterite) and the loss of their reaction activity, which is necessary for the subsequent solid-phase synthesis of enstatite due to the interaction of forsterite with silica.
Экспериментально установлено, что помол предварительно термообработанного исходного сырья до содержания частиц с размерами менее 63,0 мкм более 90,0 масс.% при среднем размере частиц 3,0-5,0 мкм обеспечивает равномерное образование зародышей гранул при вводе связующего компонента. При этом размере частиц достигается наиболее плотная структура сырых гранул, а при добавлении в смеситель-гранулятор на конечной стадии грануляции исходного термообработанного молотого сырья получается в итоге про- ппант с округлостью и сферичностью (по Крумбейну и Слоссу) не менее 0,7 и насыпной плотностью не более 2,2 г/см3. Более крупный помол не обеспечивает требуемые округлость и сферичность. Большая степень измельчения предварительно термообработанного исходного сырья требует значительно больших затрат, что увеличивает себестоимость получаемого проппанта.It has been experimentally established that milling of pre-heat-treated feedstock to a particle content of less than 63.0 μm in size of more than 90.0 wt.% with an average particle size of 3.0-5.0 μm ensures uniform formation of granule nuclei when introducing a binder. With this particle size, the densest structure of raw granules is achieved, and when adding the initial heat-treated ground feedstock to the mixer-granulator at the final stage of granulation, the resulting proppant has a roundness and sphericity (according to Krumbein and Sloss) of at least 0.7 and a bulk density of no more than 2.2 g/cm 3 . Coarser grinding does not ensure the required roundness and sphericity. A higher degree of grinding of pre-heat-treated feedstock requires significantly higher costs, which increases the cost of the resulting proppant.
Приведенными примерами получения магнезиально-силикатного проппанта не ограничивается возможность использования других видов магнезиально-силикатного минерального сырья, перечисленного в изобретении. Их влияние на физико-химические процессы формирования кристаллической структуры керамического проппанта аналогично, а свойства получаемого магнезиально-силикатного проппанта зависят от соотношения исходных компонентов, определяемых их химико-минералогическим составом.The given examples of obtaining magnesia-silicate proppant do not limit the possibility of using other types of magnesia-silicate mineral raw materials listed in the invention. Their influence on the physicochemical processes of forming the crystalline structure of the ceramic proppant is similar, and the properties of the obtained magnesia-silicate proppant depend on the ratio of the initial components, determined by their chemical and mineralogical composition.
В качестве одного из компонентов связующего предложено использовать 3% водный раствор поливинилового спирта, и/или 0,5-3,0% водный раствор органического связующего - карбоксиметилцеллюлозы, и/или метилцеллюлозы, и/или лигносульфатов технических. Все указанные связующие характеризуются высокими адгезионными свойствами, они создают условия для возникновения относительно прочных связей между частицами исходного алюмосиликатного или магнийсиликатного сырья. Техническая эффективность перечисленных связующих сопоставима между собой.It is proposed to use a 3% aqueous solution of polyvinyl alcohol, and/or a 0.5-3.0% aqueous solution of an organic binder - carboxymethyl cellulose, and/or methyl cellulose, and/or technical lignosulphates - as one of the components of the binder. All of the above binders are characterized by high adhesive properties, they create conditions for the emergence of relatively strong bonds between the particles of the original aluminosilicate or magnesium silicate raw materials. The technical efficiency of the listed binders is comparable to each other.
Применение при грануляции связующего в количестве 10,0-40,0 масс. % от массы исходной шихты определяется физико-химическими характеристиками исходной шихты, такими как: химико-минералогический состав, температура предварительного обжига, степень измельчения. Данное количество связующего позволяет получать проппант с заданными размерами гранул, например, не более 4000 мкм. Меньшее чем 10,0 масс. % количество связующего недостаточно для образования гранул из исходной шихты, а при большем чем 40,0 масс. % количестве связующего увеличивается образование крупных гранул с размерами больше заданных.The use of a binder in granulation in an amount of 10.0-40.0 wt. % of the initial batch weight is determined by the physicochemical characteristics of the initial batch, such as: chemical and mineralogical composition, preliminary firing temperature, degree of grinding. This amount of binder allows obtaining proppant with specified granule sizes, for example, no more than 4000 μm. An amount of binder less than 10.0 wt. % is insufficient to form granules from the initial batch, and with an amount of binder greater than 40.0 wt. %, the formation of large granules with sizes larger than specified increases.
Количество дополнительно добавляемого в смеситель-гранулятор термообработанного молотого сырья составляет 5,0 - 30,0 масс.% от массы исходного сырья.The amount of heat-treated ground raw material additionally added to the mixer-granulator is 5.0 - 30.0 mass% of the mass of the original raw material.
Температура сушки гранул 110-550°С обеспечивает максимальное удаление влаги гранулированного материала, что необходимо перед высокотемпературным обжигом гранул.The drying temperature of granules 110-550°C ensures maximum removal of moisture from the granulated material, which is necessary before high-temperature firing of granules.
Температура обжига высушенных гранул - 900-1600°С определяется химическим и минералогическим составом исходного сырья. Чем выше содержание оксида алюминия в исходном сырье, тем выше температура его обжига, так как образование высокотемпературной кристаллической фазы корунда заканчивается при температуре 1600°С. Наличие в исходном сырье таких компонентов, как золошлаковые отходы, зола-уноса, белитовый шлам, мел технический позволяет снизить температурный интервал обжига высушенных гранул до 900-1450°С.The firing temperature of dried granules is 900-1600°C, determined by the chemical and mineralogical composition of the feedstock. The higher the aluminum oxide content in the feedstock, the higher the firing temperature, since the formation of the high-temperature crystalline phase of corundum ends at 1600°C. The presence of such components as ash and slag waste, fly ash, belite sludge, and technical chalk in the feedstock allows reducing the firing temperature range of dried granules to 900-1450°C.
На поверхность гранул может наноситься полимерное покрытие из фенолформальдегидных или эпоксидных смол. The surface of the granules can be coated with a polymer coating of phenol-formaldehyde or epoxy resins.
В соответствии с данным изобретением при рассеве обожженных гранул одной из товарных фракций может быть полифракционный проппант с размерами гранул ≤ 4000 мкм до 0. Это означает, что в зависимости от потребительских условий может быть выделена любая требуемая товарная фракция (мкм), например: 1400-2000; 1180-1400; 850-1400; 600- 1180; 425-850; 300-600; 212-425; а получение полифракционного проппанта с размерами гранул ≤ 4000 мкм означает, что обожженные гранулы рассевают только на одной сетке с размерами ячеек (мкм), например: 4000; 2000; 1000; 500 и др.In accordance with this invention, when screening fired granules, one of the commercial fractions may be a multi-fraction proppant with granule sizes of ≤ 4000 μm to 0. This means that, depending on consumer conditions, any required commercial fraction (μm) can be isolated, for example: 1400-2000; 1180-1400; 850-1400; 600- 1180; 425-850; 300-600; 212-425; and obtaining a multi-fraction proppant with granule sizes of ≤ 4000 μm means that the fired granules are screened only on one mesh with cell sizes (μm), for example: 4000; 2000; 1000; 500, etc.
Авторами впервые предложено использовать полифракционный проппант с размерами гранул ≤ 4000 мкм, получаемый согласно данному изобретению, как товарную фракцию, вводимую в жидкость гидроразрыва без предварительной сепарации. В патенте /14/, как отмечалось выше, установлена возможность использовать полифракционный проппант предварительной сепарацией в бункере перед смешением с жидкостью гидроразрыва. Предлагаемый способ применения полифракционного проппанта позволяет упразднить стадию сепарации в бункере и обеспечивает максимальное заполнение трещин всех размеров за счет закачивания последовательно, от мелкой до крупной фракции проппанта.The authors have proposed for the first time to use polyfractional proppant with granule sizes ≤ 4000 µm, obtained according to this invention, as a commercial fraction introduced into the hydraulic fracturing fluid without preliminary separation. In the patent /14/, as noted above, the possibility of using polyfractional proppant with preliminary separation in a bunker before mixing with the hydraulic fracturing fluid is established. The proposed method of using polyfractional proppant allows eliminating the separation stage in the bunker and ensures maximum filling of cracks of all sizes due to sequential pumping, from small to large fractions of proppant.
Современными теоретическими методами математического моделирования ГРП и сканированием трещин гидроразрыва непосредственно на месторождениях установлено, что около 30% всех трещин составляют трещины капиллярных размеров. В публикациях, касающихся использования очень мелкой фракции проппанта (менее 100 мкм), показано, что использование этой мелкой фракции позволило увеличить добычу углеводородов на 30-40% по сравнению с добычей на параллельной скважине того же месторождения без использования мелкого проппанта.Modern theoretical methods of mathematical modeling of hydraulic fracturing and scanning of hydraulic fractures directly at the fields have established that about 30% of all fractures are capillary-sized cracks. Publications concerning the use of very fine proppant fraction (less than 100 μm) show that the use of this fine fraction has increased hydrocarbon production by 30-40% compared to production in a parallel well of the same field without the use of fine proppant.
По законам гидродинамики в потоке жидкости с частицами различных размеров определяющим фактором оседания частиц на стенки сосудов (сепарация) является гравитационное поле. Поэтому, если закачивать жидкость гидроразрыва с полифракционным проппантом, мелкие частицы (проппант) будут достигать капиллярных трещин, в то время как движение более крупных прекратится раньше. Естественно, кроме гравитации на проппант при движении в ограниченном пространстве действуют другие многочисленные факторы, влияние которых очень трудно предсказать, но вектор силы гравитационного поля является определяющим.According to the laws of hydrodynamics, in a fluid flow with particles of different sizes, the determining factor in particle settling on the vessel walls (separation) is the gravitational field. Therefore, if you pump in hydraulic fracturing fluid with polyfractional proppant, small particles (proppant) will reach capillary cracks, while the movement of larger ones will stop earlier. Naturally, in addition to gravity, numerous other factors act on the proppant when moving in a limited space, the influence of which is very difficult to predict, but the vector of the gravitational field force is decisive.
В настоящее время выполнено множество математических расчетов и построено большое количество математических моделей процесса закачивания проппанта в трещину гидроразрыва, заполнения трещины проппантом различного размера. Влияние скорости осаждения проппанта на продуктивность скважины при проведении гидроразрыва пласта изучено авторами статьи /19/. Основные факторы, влияющие на осаждение проппанта: удельная плотность жидкости, вязкость жидкости разрыва, размер частицы проппанта и удельная плотность проппанта. Конечное распределение проппанта внутри трещины гидроразрыва, зависящее от свойств частиц, движения и осаждения, сильно влияет на продуктивность скважины, имеет решающее значение для моделирования и проектирования гидроразрыва пласта. Движение одиночной сферической частицы, оседающей в бесконечно большом пространстве, может быть описано законом Стокса:At present, many mathematical calculations have been performed and a large number of mathematical models have been built for the process of pumping proppant into a hydraulic fracture, filling the fracture with proppant of various sizes. The effect of proppant settling velocity on well productivity during hydraulic fracturing has been studied by the authors of the article /19/. The main factors influencing proppant settling are: specific fluid density, fracturing fluid viscosity, proppant particle size and specific proppant density. The final proppant distribution inside the hydraulic fracture, depending on the particle properties, movement and settling, greatly affects well productivity and is of crucial importance for modeling and designing hydraulic fracturing. The motion of a single spherical particle settling in an infinitely large space can be described by Stokes' law:
II
где vt - скорость движения частицы проппанта,where v t is the velocity of proppant particle movement,
g - ускорение свободного падения,g - acceleration of gravity,
ρр и ρr - плотность проппанта и жидкости,ρ p and ρ r - density of proppant and liquid,
dρ - диаметр проппанта,d ρ - proppant diameter,
μ - вязкость жидкости.μ - viscosity of the liquid.
Из приведенного уравнения следует, что проппант меньшего размера оседает медленнее и способен продвигаться с потоком жидкости гидроразрыва до самых узких трещин.From the above equation it follows that smaller proppant settles more slowly and is able to move with the flow of fracturing fluid to the narrowest cracks.
Особенности распространения трещины гидроразрыва породы при закачке в нее смеси проппанта и жидкости изложены авторами статьи /20/. Предложена новая численная модель гидроразрыва пласта, описывающая протекающие в нем одновременно процессы закачки в трещину и течения в ней смеси жидкости и проппанта, распространения трещины с переменным по высоте и длине ее открытием, оседания проппанта и образования проп- пантовой упаковки, фильтрации жидкости через эту упаковку. Проведенные численные эксперименты показали, что режим закачки проппанта, а также диаметр его частиц оказывают значительное влияние на месторасположение проппантовых упаковок, условия фильтрации жидкости через них и в конечном итоге на длину трещины и распределение по ней ее открытия. Оптимальным режимом закачки является последовательное продвижение от самых меньших размеров проппанта до самых крупных.The features of propagation of a hydraulic fracture of rock when a mixture of proppant and liquid is pumped into it are described by the authors of the article /20/. A new numerical model of hydraulic fracturing of a formation is proposed, describing the processes of pumping a mixture of liquid and proppant into a fracture and flowing in it, proppant propagation with an opening variable in height and length, proppant settling and formation of a proppant pack, and liquid filtration through this pack. The numerical experiments conducted have shown that the proppant injection mode, as well as the diameter of its particles, have a significant effect on the location of the proppant packs, the conditions of liquid filtration through them and, ultimately, on the length of the fracture and the distribution of its opening along it. The optimal injection mode is sequential advancement from the smallest proppant sizes to the largest.
Численные методы исследования влияния средней площади проппанта и эффективности применения многоразмерного проппанта, описанные в работе /21/, показали, что использование проппанта различных размеров увеличивает эффективность работы скважины.Numerical methods for studying the influence of the average area of proppant and the efficiency of using multi-sized proppant, described in the work /21/, showed that the use of proppant of different sizes increases the efficiency of well operation.
Важным доказательством преимущества использования проппанта различных фракций являются результаты экспериментов на скважинах, приведенные в статье /22/. Современными методами анализа и мониторинга исследованы транспортировка и распределение отклонения проппанта в сложных сетях трещин. Частицы проппанта меньшего размера (150 мкм) были распределены в основном в трещине, расположенной далеко от ствола скважины. Более мелкие частицы проппанта распределялись в более глубокой трещине, когда разница между размерами частиц проппанта была большой. Частицы проппанта меньшего размера легче переносились в ответвления трещины, что повышало эффективность размещения проппанта. Приведенные экспериментальные данные подтвердили актуальность применения полифракционного проппанта.An important proof of the advantage of using proppant of different fractions are the results of experiments on wells, presented in the article /22/. Modern methods of analysis and monitoring were used to study the transport and distribution of proppant deviation in complex fracture networks. Smaller proppant particles (150 μm) were distributed mainly in the fracture located far from the wellbore. Smaller proppant particles were distributed in a deeper fracture, when the difference between the proppant particle sizes was large. Smaller proppant particles were more easily transported to the fracture branches, which increased the efficiency of proppant placement. The presented experimental data confirmed the relevance of using polyfractional proppant.
Из анализа научных публикаций, касающихся использования проппанта различных размеров при гидроразрыве, следует, что при доказанной перспективности их применения, нет сообщений об использовании полифракционного проппанта как единой фракции, ограниченной верхним размером гранул. В настоящее время расширяется диапазон размеров применяемого проппанта, но используются отдельные (товарные) фракции с нижним и верхним ограничением размеров гранул, которые закачиваются отдельно в определенной последовательности.From the analysis of scientific publications concerning the use of proppant of different sizes in hydraulic fracturing, it follows that despite the proven prospects of their use, there are no reports on the use of polyfractional proppant as a single fraction limited by the upper size of the granules. At present, the range of sizes of the proppant used is expanding, but separate (commercial) fractions with lower and upper limits of the granule sizes are used, which are pumped separately in a certain sequence.
Анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленного изобретения «Способ получения проппанта, проппант и способ его применения» позволил установить, что заявитель не обнаружил источник, характеризующийся признаками, тождественными совокупности всех существенных признаков заявленного изобретения «Способ получения проппанта, проппант и способ его применения», то есть по имеющимся у заявителя сведениям, совокупность существенных признаков заявляемого изобретения «Способ получения проппанта, проппант и способ его применения» не известна из уровня техники, что позволяет сделать вывод о соответствии изобретения «Способ получения проппанта, проппант и способ его применения» критерию «новизна».An analysis of the state of the art, including a search of patent and scientific and technical sources of information and identification of sources containing information on analogues of the claimed invention "Method for producing proppant, proppant and method for using it" made it possible to establish that the applicant did not find a source characterized by features identical to the set of all essential features of the claimed invention "Method for producing proppant, proppant and method for using it", that is, according to the information available to the applicant, the set of essential features of the claimed invention "Method for producing proppant, proppant and method for using it" is not known from the state of the art, which allows us to conclude that the invention "Method for producing proppant, proppant and method for using it" meets the criterion of "novelty".
Реализация данного изобретения отличается исключительной простотой. Использование в связующем водного раствора декстрина обеспечивает равномерное образование гранул заданного размера. После обжига отсевают гранулы с размерами больше заданного. Например, отсевают обожженные гранулы (проппант) с размером ≤ 2000 мкм. Затем этот проппант поступает для использования при ГРП. В процессе закачивания смеси жидкости гидроразрыва с проппантом без изменения существующих технологических параметров гидроразрыва пласта самые мелкие частицы проппанта будут дольше оставаться на плаву и продолжать движение, достигая самых дальних узких трещин (капилляров). Использование предлагаемого способа применения полифракционного проппанта позволяет максимально заполнить объем образовавшихся трещин гидроразрыва, при этом размер гранул проппанта будет соответствовать размеру трещин.The implementation of this invention is extremely simple. The use of an aqueous dextrin solution in the binder ensures uniform formation of granules of a given size. After firing, granules with sizes larger than the given size are screened out. For example, fired granules (proppant) with a size of ≤ 2000 μm are screened out. This proppant is then used for hydraulic fracturing. During the pumping of a mixture of hydraulic fracturing fluid with proppant without changing the existing technological parameters of hydraulic fracturing, the smallest proppant particles will remain afloat longer and continue to move, reaching the farthest narrow cracks (capillaries). The use of the proposed method for using polyfractional proppant allows for maximum filling of the volume of formed hydraulic fracturing cracks, while the size of the proppant granules will correspond to the size of the cracks.
Ниже приведены примеры, которыми подтверждаются, но не исчерпываются возможности получения проппанта в соответствии с данным изобретением. Все виды минерального сырья, повторяющиеся в примерах, одинаковы. Содержание различных видов минерального сырья в исходном сырье выражено в масс.% от массы исходного сырья. Свойства полученных в примерах проппантов представлены в таблице.Below are examples that confirm, but do not exhaust, the possibilities of obtaining proppant in accordance with this invention. All types of mineral raw materials repeated in the examples are the same. The content of various types of mineral raw materials in the initial raw material is expressed in mass % of the mass of the initial raw material. The properties of the proppants obtained in the examples are presented in the table.
Пример 1. 1 кг исходного сырья - предварительно термообработанный при 1350°С боксит (ТУ 1512-006-00200992-2001), содержащий масс.%: AlO3 - 71,3; Fe2O3 - 1,7; SiO2 -20,9; TiO2 - 4,2; CaO+MgO - 0,9; K2O+Na2O - 1,0; измельченный до содержания частиц с размерами менее 63,0 мкм более 90,0 масс.% при среднем размере частиц 4,0 мкм гранулируют в смесителе-грануляторе Eirich при добавлении связующего в виде суспензии частиц с размерами не более 5 мкм отработанного алюмокобальтмолибденового катализатора (АКМ) газоочистки в 9,0% водном растворе декстрина. Катализатор (АКМ) имел следующий химический состав, масс%: МоО3 -16,2; СоО - 4,5; AlO3 - 78,9; остальное - 0,4. Содержание частиц катализаторов (АКМ) в водном растворе декстрина составляло 5,0 масс.%. Количество связующего составляло 200 г, то есть 20,0 масс.% от массы исходного сырья. Гранулируют при начальной скорости вращения роторной мешалки 500 об/мин и скорости вращения чаши смесителя-гранулятора 300 об/мин. По мере увеличения подачи связующего скорость вращения роторной мешалки увеличивают до 2500 об/мин, а чаши смесителя-гранулятора - до 1000 об/мин. После окончания подачи связующего в смеситель-гранулятор добавляют исходный термообработанный молотый боксит в количестве 150 г, то есть 15,0 масс.% от массы исходного сырья, при скорости вращения роторной мешалки 500 об/мин и скорости вращения чаши смесителя-гранулятора 300 об/мин. Полученные гранулы сушат при 300°С. После рассева высушенных гранул, с выделением фракции с размерами гранул менее 2100 мкм, их обжигают при температуре 1400°С. Обожженные гранулы с насыпной плотностью 2,0 г/см3 рассевают на фракцию с размерами гранул ≤ 2000 мкм с получением полифракционного проппанта.Example 1. 1 kg of feedstock - bauxite pre-heat-treated at 1350°C (TU 1512-006-00200992-2001), containing by weight: AlO3 - 71.3; Fe2O3 - 1.7 ; SiO2 -20.9; TiO2 - 4.2; CaO+MgO - 0.9; K2O + Na2O - 1.0; crushed to a particle content of less than 63.0 μm in size of more than 90.0 wt.% with an average particle size of 4.0 μm is granulated in an Eirich mixer-granulator with the addition of a binder in the form of a suspension of particles with a size of no more than 5 μm of spent aluminum-cobalt-molybdenum catalyst (ACM) for gas purification in a 9.0% aqueous dextrin solution. The catalyst (ACM) had the following chemical composition, mass%: MoO3 -16.2; CoO - 4.5; AlO3 - 78.9; the rest - 0.4. The content of catalyst particles (ACM) in an aqueous dextrin solution was 5.0 mass%. The amount of binder was 200 g, i.e. 20.0 mass% of the mass of the initial raw material. Granulation is carried out at an initial rotation speed of the rotor mixer of 500 rpm and a rotation speed of the mixer-granulator bowl of 300 rpm. As the binder feed increases, the rotation speed of the rotor mixer is increased to 2500 rpm, and that of the mixer-granulator bowl - to 1000 rpm. After the binder has been fed to the mixer-granulator, the initial heat-treated ground bauxite is added in the amount of 150 g, i.e. 15.0 wt.% of the initial raw material weight, at a rotor mixer speed of 500 rpm and a mixer-granulator bowl speed of 300 rpm. The resulting granules are dried at 300°C. After sieving the dried granules to separate the fraction with granule sizes less than 2100 μm, they are fired at a temperature of 1400°C. The fired granules with a bulk density of 2.0 g/ cm3 are sieved into a fraction with granule sizes ≤ 2000 μm to obtain a polyfractional proppant.
Пример 2. Способ получения проппанта как в примере 1, отличающийся тем, что в качестве исходного сырья используют предварительно термообработанный при 900°С каолин (ТУ 5729-070-00284530-96), содержащий, масс.%: AlO3 - 36,5; SiO2- 59,6; Fe2O3 - 0,9; TiO2 - 0,7; СаО - 0,5; MgO - 0,3; Na2O - 0,8; Ka2O - 0,7, измельченный до содержания частиц с размерами менее 63,0 мкм более 90,0 масс.%, при среднем размере частиц 3,0 мкм гранулируют в смесителе-грануляторе Eirich при добавлении связующего в виде суспензии частиц с размерами не более 5 мкм отработанного алюмоко- бальтмолибденового катализатора (АКМ) газоочистки в 8,0% водном растворе декстрина. Содержание частиц катализаторов (АКМ) в водном растворе декстрина составляло 2,0 масс.%. Количество связующего составляло 150 г, то есть 15,0 масс. % от массы исходного сырья. После окончания подачи связующего в смеситель-гранулятор добавляют исходный термообработанный молотый каолин в количестве 200 г, то есть 20,0 масс. % от массы исходного сырья. Полученные гранулы сушат при 450°С. После рассева высушенных гранул, с выделением фракции 20-1800 мкм, их обжигают при температуре 1350°С. Обожженные гранулы с насыпной плотностью 1,7 г/см3 рассевают на товарные фракции 10-150 мкм, 150-425 мкм, 425-850 мкм, 850-1180 мкм и 1180-1700 мкм.Example 2. The method for producing proppant as in Example 1, characterized in that the feedstock used is kaolin (TU 5729-070-00284530-96), pre-heat-treated at 900°C, containing, by weight %: AlO 3 - 36.5; SiO 2 - 59.6; Fe 2 O 3 - 0.9; TiO 2 - 0.7; CaO - 0.5; MgO - 0.3; Na 2 O - 0.8; Ka 2 O - 0.7, crushed to a particle content of less than 63.0 μm in size of more than 90.0 wt.%, with an average particle size of 3.0 μm, is granulated in an Eirich mixer-granulator with the addition of a binder in the form of a suspension of particles with a size of no more than 5 μm of spent aluminum-cobalt-molybdenum catalyst (ACM) for gas purification in an 8.0% aqueous dextrin solution. The content of catalyst particles (ACM) in an aqueous dextrin solution was 2.0 wt.%. The amount of binder was 150 g, i.e. 15.0 wt. % of the weight of the feedstock. After the binder is fed to the mixer-granulator, the original heat-treated ground kaolin is added in an amount of 200 g, i.e. 20.0 wt. % of the weight of the feedstock. The resulting granules are dried at 450 °C. After screening the dried granules, with the separation of the fraction of 20-1800 µm, they are fired at a temperature of 1350°C. The fired granules with a bulk density of 1.7 g/ cm3 are screened into commercial fractions of 10-150 µm, 150-425 µm, 425-850 µm, 850-1180 µm and 1180-1700 µm.
Пример 3. Способ получения проппанта как в примере 1, отличающийся тем, что в качестве исходного сырья используют предварительно термообработанный при 1450°С кианит (ТУ 14-10-017-98), содержащий, масс.%: AlO3- 62,25; SiO2 - 37,53; СаО - 0,07; K2O - 0,04, остальное - 0,11; измельченный до содержания частиц с размерами менее 63,0 мкм более 90,0 масс.%, при среднем размере частиц 3,0 мкм гранулируют в смесителе-грануляторе Eirich при добавлении связующего в виде суспензии частиц с размерами не более 5 мкм отработанного алюмокобальтмолибденового катализатора (АКМ) газоочистки в 10,0% водном растворе декстрина. Содержание частиц катализаторов (АКМ) в водном растворе декстрина составляло 10,0 масс.%. Количество связующего составляло 400 г, то есть 40,0 масс.% от массы исходного сырья. После окончания подачи связующего в смеситель-гранулятор добавляют исходный термообработанный молотый кианит в количестве 200 г, то есть 20,0 масс.% от массы исходного сырья. Полученные гранулы сушат при 650°С. Обжиг гранул проводят при 1600°С. Получают проппант с насыпной плотностью 2,2 г/см3.Example 3. The method for producing proppant as in Example 1, characterized in that the feedstock used is kyanite (TU 14-10-017-98), pre-heat-treated at 1450°C, containing, by weight: AlO3 - 62.25; SiO2 - 37.53; CaO - 0.07; K2O - 0.04, the rest - 0.11; crushed to a particle content of less than 63.0 μm in size of more than 90.0 wt.%, with an average particle size of 3.0 μm, granulated in an Eirich mixer-granulator with the addition of a binder in the form of a suspension of particles with a size of no more than 5 μm of spent aluminum-cobalt-molybdenum catalyst (ACM) for gas purification in a 10.0% aqueous dextrin solution. The content of catalyst particles (CPC) in the aqueous dextrin solution was 10.0 wt.%. The amount of binder was 400 g, i.e. 40.0 wt.% of the mass of the initial raw material. After the end of the binder feed, the initial heat-treated ground kyanite is added to the mixer-granulator in the amount of 200 g, i.e. 20.0 wt.% of the mass of the initial raw material. The resulting granules are dried at 650°C. The granules are fired at 1600°C. Proppant with a bulk density of 2.2 g/ cm3 is obtained.
Пример 4. Способ получения проппанта как в примере 1, отличающийся тем, что в качестве исходного сырья используют предварительно термообработанный при 1400°С андалузит, содержащий, масс.%: AlO3 - 63,18; SiO2 - 35,32; CaO+MgO - 0,09; K2O - 0,05; остальное - 1,36; измельченный до содержания частиц с размерами менее 63,0 мкм более 90,0 масс.% при среднем размере частиц 5,0 мкм гранулируют в смесителе-грануляторе Eirich при добавлении связующего в виде суспензии частиц с размерами не более 5 мкм отработанного алюмокобальтмолибденового катализатора (АКМ) газоочистки в 12,0% водном растворе декстрина. Содержание частиц катализаторов (АКМ) в водном растворе декстрина составляло 8,0 масс.%. Количество связующего составляло 300 г, то есть 30,0 масс. % от массы исходного сырья. После окончания подачи связующего в смеситель-гранулятор добавляют исходный термообработанный молотый андалузит в количестве 50 г, то есть 5,0 масс.% от массы исходного сырья. Полученные гранулы сушат при 400°С. После рассева высушенных гранул, с выделением фракции 0,02-1,8 мм, их обжигают при температуре 1300°С. Обожженные гранулы с насыпной плотностью 2,0 г/см3 рассевают на товарные фракции 10-150 мкм, 425-850 мкм, 850- 1700 мкм.Example 4. The method for producing proppant as in Example 1, characterized in that the feedstock used is andalusite, pre-heat-treated at 1400°C, containing, by weight: AlO 3 - 63.18; SiO 2 - 35.32; CaO + MgO - 0.09; K 2 O - 0.05; the rest - 1.36; crushed to a particle content of less than 63.0 μm in size of more than 90.0 wt.% with an average particle size of 5.0 μm, granulated in an Eirich mixer-granulator with the addition of a binder in the form of a suspension of particles with a size of no more than 5 μm of spent aluminum-cobalt-molybdenum catalyst (ACM) for gas purification in a 12.0% aqueous dextrin solution. The content of catalyst particles (ACM) in the aqueous dextrin solution was 8.0 wt.%. The amount of binder was 300 g, i.e. 30.0 wt. % of the initial raw material weight. After the binder has been fed into the mixer-granulator, the initial heat-treated ground andalusite is added in the amount of 50 g, i.e. 5.0 wt. % of the initial raw material weight. The resulting granules are dried at 400 °C. After sieving the dried granules to separate the 0.02-1.8 mm fraction, they are fired at 1300 °C. The fired granules with a bulk density of 2.0 g/cm 3 are sieved into commercial fractions of 10-150 μm, 425-850 μm, 850-1700 μm.
Пример 5. Способ получения проппанта как в примере 1, отличающийся тем, что в качестве исходного сырья используют предварительно термообработанный при 1400°С силлиманит, содержащий, масс.%: AlO3 - 57,3; Fe2O3 - 0,7; SiO2 - 38,5; TiO2 - 2,2; CaO - 0,1; K2O+Na2O - 0,1; остальное - 1,1, измельченный до содержания частиц с размерами менее 63,0 мкм более 90,0 масс.% при среднем размере частиц 5,0 мкм гранулируют в смесителе-грануляторе Eirich при добавлении связующего в виде суспензии частиц с размерами не более 5 мкм отработанного алюмокобальтмолибденового катализатора (АКМ) газоочистки в 10,0% водном растворе декстрина. Содержание частиц катализаторов (АКМ) в водном растворе декстрина составляло 3,0 масс.%. Количество связующего составляло 300 г, то есть 30,0 масс.% от массы исходного сырья. После окончания подачи связующего в смеситель-гранулятор добавляют исходный термообработанный молотый силлиманит в количестве 250 г, то есть 25,0 масс.% от массы исходного сырья. Полученные гранулы сушат при 650°С. Обжиг гранул проводят при 1350°С. Получают проппант с насыпной плотностью 2,2 г/см3.Example 5. The method for producing proppant as in Example 1, characterized in that the feedstock used is sillimanite pre-heat-treated at 1400°C, containing, by weight: AlO3 - 57.3; Fe2O3 - 0.7; SiO2 - 38.5; TiO2 - 2.2; CaO - 0.1; K2O + Na2O - 0.1; the rest is 1.1, crushed to a particle content of less than 63.0 μm in size of more than 90.0 wt.% with an average particle size of 5.0 μm, granulated in an Eirich mixer-granulator with the addition of a binder in the form of a suspension of particles with a size of no more than 5 μm of spent aluminum-cobalt-molybdenum catalyst (ACM) for gas purification in a 10.0% aqueous dextrin solution. The content of catalyst particles (CPC) in the aqueous dextrin solution was 3.0 wt.%. The amount of binder was 300 g, i.e. 30.0 wt.% of the mass of the initial raw material. After the end of the binder feed, the initial heat-treated ground sillimanite is added to the mixer-granulator in the amount of 250 g, i.e. 25.0 wt.% of the mass of the initial raw material. The resulting granules are dried at 650°C. The granules are fired at 1350°C. Proppant with a bulk density of 2.2 g/ cm3 is obtained.
Пример 6. Способ получения проппанта как в примере 1, отличающийся тем, что в качестве исходного сырья используют смесь, состоящую из 80,0 масс.% предварительно термообработанного при 1350°С боксита и 20,0 масс.%, предварительно обожженных при 1200°С отходов обогащения углей Канско-Ачинского бассейна, содержащих, масс.%: Al2O3 - 11,2; SiO2- 37,8; Fe2O3 - 12,6; С - 3,1; СаО - 31,2; Na2O+K2O - 0,6; MgO - 3,5. Смесь измельчают до содержания частиц с размерами менее 63,0 мкм более 90,0 масс.% при среднем размере частиц 4,0 мкм и гранулируют в смесителе-грануляторе Eirich при добавлении связующего в виде 2,0 % водного раствора органического связующего - кар- боксиметилцеллюлозы в количестве 250 г, то есть 25,0 масс.% от массы исходного сырья. Обжиг высушенных при 350°С гранул осуществляют при 1280°С. Обожженные при температуре 1300°С гранулы с насыпной плотностью 2,0 г/см3 рассевают на товарные фракции 150-425 мкм, 425-850 мкм, 850-2000 мкм и 2000-4000 мкм.Example 6. The method for producing proppant as in Example 1, characterized in that the feedstock used is a mixture consisting of 80.0 wt.% bauxite pre-heat-treated at 1350°C and 20.0 wt.% waste from the enrichment of coals from the Kansk-Achinsk basin, pre-calcined at 1200°C, containing, by weight: Al 2 O 3 - 11.2; SiO 2 - 37.8; Fe 2 O 3 - 12.6; C - 3.1; CaO - 31.2; Na 2 O + K 2 O - 0.6; MgO - 3.5. The mixture is ground to a particle content of less than 63.0 μm in size of more than 90.0 wt.% with an average particle size of 4.0 μm and granulated in an Eirich mixer-granulator with the addition of a binder in the form of a 2.0% aqueous solution of an organic binder - carboxymethyl cellulose in an amount of 250 g, i.e. 25.0 wt.% of the mass of the original raw material. The granules dried at 350 °C are fired at 1280 °C. The granules fired at a temperature of 1300 °C with a bulk density of 2.0 g/cm 3 are sieved into commercial fractions of 150-425 μm, 425-850 μm, 850-2000 μm and 2000-4000 μm.
Пример 7. Способ получения проппанта как в примере 1, отличающийся тем, что в качестве исходного сырья используют смесь, состоящую из 70,0 масс.% предварительно обожженного при 1400°С кианита и 30,0 масс.% предварительно термообработанных при 300°С золошлаковых отходов, образующихся при сжигании углей Канско-Ачинского бассейна, содержащих, масс.%: Al2O3- 13,5; SiO2- 36,8; Fe2O3 - 12,6; С - 3,1; СаО - 30,1; Na2O+K2O - 0,7; MgO - 3,2. Смесь измельчают до содержания частиц с размерами менее 63,0 мкм более 90,0 масс.% при среднем размере частиц 5,0 мкм и гранулируют в смесителе-грануляторе Eirich при добавлении связующего в виде раствора содержащего: суспензию частиц с размерами не более 5 мкм отработанных алюмокобальтмолиб- деновых катализаторов (АКМ) газоочистки в 10,0% водном растворе декстрина и 3% водный раствор карбоксиметилцеллюлозы при соотношении этих компонентов 1:3. Содержание частиц катализаторов (АКМ) в водном растворе декстрина составляло 5,0 масс.%. Количество связующего составляло 350 г, то есть 35,0 масс.% от массы исходного сырья. Обжиг высушенных при 300°С гранул осуществляют при 1350°С. Обожженные гранулы имеют насыпную плотность 1,7 г/см3.Example 7. The method for producing proppant as in Example 1, characterized in that the feedstock used is a mixture consisting of 70.0 wt.% kyanite pre-calcined at 1400°C and 30.0 wt.% ash and slag waste pre-heat treated at 300°C, formed during the combustion of coals from the Kansk-Achinsk Basin, containing, by weight: Al 2 O 3 - 13.5; SiO 2 - 36.8; Fe 2 O 3 - 12.6; C - 3.1; CaO - 30.1; Na 2 O + K 2 O - 0.7; MgO - 3.2. The mixture is ground to a particle content of less than 63.0 μm in size of more than 90.0 wt.% with an average particle size of 5.0 μm and granulated in an Eirich mixer-granulator with the addition of a binder in the form of a solution containing: a suspension of particles of no more than 5 μm in size of spent aluminum-cobalt-molybdenum catalysts (ACM) for gas purification in a 10.0% aqueous dextrin solution and a 3% aqueous carboxymethyl cellulose solution at a ratio of these components of 1:3. The content of catalyst particles (ACM) in the aqueous dextrin solution was 5.0 wt.%. The amount of binder was 350 g, i.e. 35.0 wt.% of the weight of the feedstock. The granules dried at 300°C are fired at 1350°C. The fired granules have a bulk density of 1.7 g/ cm3 .
Пример 8. Способ получения проппанта как в примере 1, отличающийся тем, что в качестве исходного сырья используют смесь, состоящую из 75,0 масс.% предварительно термообработанного при 1350°С боксита и 25,0 масс.%, предварительно термообработанной при 110°С золы-уноса, образующейся при сжигании углей Канско-Ачинского бассейна, содержащей, масс.%: Al2O3 - 17,7; SiO2 - 33,6; Fe2O3 - 11,3; С - 4,5; СаО - 29,3; Na2O+K2O - 0,8; MgO - 2,8. Смесь измельчают до содержания частиц с размерами менее 63,0 мкм более 90,0 масс.% при среднем размере частиц 4,0 мкм и гранулируют в смеси- теле-грануляторе Eirich при добавлении связующего в виде раствора содержащего: суспензию частиц с размерами не более 5 мкм отработанных алюмокобальтмолибденовых катализаторов (АКМ) газоочистки в 12,0% водном растворе декстрина и 3% водный раствор поливинилового спирта при соотношении этих компонентов 2:3. Содержание частиц катализаторов (АКМ) в водном растворе декстрина составляло 10,0 масс.%. Количество связующего составляло 250 г, то есть 25,0 масс.% от массы исходного сырья. После окончания подачи связующего в смеситель-гранулятор добавляют исходную измельченную смесь в количестве 200 г, то есть 20,0 масс.% от массы исходного сырья. Обжиг высушенных при 300°С гранул осуществляют при 1100°С. Обожженные гранулы имеют насыпную плотность 1,7 г/см3.Example 8. A method for producing proppant as in Example 1, characterized in that the feedstock used is a mixture consisting of 75.0 wt.% bauxite pre-heat-treated at 1350°C and 25.0 wt.% fly ash pre-heat-treated at 110°C, formed during the combustion of coals from the Kansk-Achinsk Basin, containing, by weight: Al 2 O 3 - 17.7; SiO 2 - 33.6; Fe 2 O 3 - 11.3; C - 4.5; CaO - 29.3; Na 2 O + K 2 O - 0.8; MgO - 2.8. The mixture is ground to a particle content of less than 63.0 μm in size of more than 90.0 wt.% with an average particle size of 4.0 μm and granulated in an Eirich mixer-granulator with the addition of a binder in the form of a solution containing: a suspension of particles of no more than 5 μm in size of spent aluminum-cobalt-molybdenum catalysts (ACM) for gas purification in a 12.0% aqueous dextrin solution and a 3% aqueous polyvinyl alcohol solution at a ratio of these components of 2:3. The content of catalyst particles (ACM) in the aqueous dextrin solution was 10.0 wt.%. The amount of binder was 250 g, i.e. 25.0 wt.% of the mass of the initial raw material. After the binder has been fed to the mixer-granulator, the initial ground mixture is added in an amount of 200 g, i.e. 20.0 wt.% of the mass of the initial raw material. The granules dried at 300°C are fired at 1100°C. The fired granules have a bulk density of 1.7 g/ cm3 .
Пример 9. Способ получения проппанта как в примере 1, отличающийся тем, что в качестве исходного сырья используют смесь, состоящую из 90,0 масс.% предварительно термообработанного при 1350°С боксита и 10,0 масс.%, предварительно термообработанного при 300°С белитового шлама - отходов переработки нефелинов Хибинского месторождения, содержащего, масс,%: Al2O3 - 3,4; Fe2O3 - 2,2; TiO2 - 0,3; MgO - 0,8; СаО - 57,8; SiO2 - 30,9; Na2O - 1,0; K2O - 1,0; относительное изменение массы при прокаливании - 2,6. Смесь измельчают до содержания частиц с размерами менее 63,0 мкм более 90,0 масс.% при среднем размере частиц 5,0 мкм и гранулируют в смесителе-грануляторе Eirich при добавлении связующего в виде 3% водного раствора метилцеллюлозы в количестве 350 г, то есть 35,0 масс, от массы исходного сырья. Обжиг высушенных при 350°С гранул осуществляют при 1280°С. Обожженные гранулы с насыпной плотностью 1,9 г/см3 рассевают на товарные фракции 150-425 мкм, 425-850 мкм, 850-2000 мкм и 2000-4000 мкм.Example 9. A method for producing proppant as in Example 1, characterized in that the feedstock used is a mixture consisting of 90.0 wt.% bauxite pre-heat-treated at 1350°C and 10.0 wt.% belite sludge pre-heat-treated at 300°C, a waste product of nepheline processing at the Khibiny deposit, containing, by weight, %: Al 2 O 3 - 3.4; Fe 2 O 3 - 2.2; TiO 2 - 0.3; MgO - 0.8; CaO - 57.8; SiO 2 - 30.9; Na 2 O - 1.0; K 2 O - 1.0; relative change in mass upon calcination - 2.6. The mixture is ground to a particle content of less than 63.0 μm in size of more than 90.0 wt.% with an average particle size of 5.0 μm and granulated in an Eirich mixer-granulator with the addition of a binder in the form of a 3% aqueous solution of methylcellulose in an amount of 350 g, i.e. 35.0 wt., of the mass of the original raw material. The granules dried at 350°C are fired at 1280°C. The fired granules with a bulk density of 1.9 g/ cm3 are sieved into commercial fractions of 150-425 μm, 425-850 μm, 850-2000 μm and 2000-4000 μm.
Пример 10. Способ получения проппанта как в примере 1, отличающийся тем, что в качестве исходного сырья используют смесь, состоящую из 85,0 масс.% предварительно термообработанного при 1350°С боксита и 15,0 масс.%, предварительно термообработанного при 110°С мела технического МТД-1 ТУ-21-020350-06-92, содержащего не менее 98,0 мас.% СаСО3. В качестве связующего используют 3% водный раствор лигносуль- фатов технических в количестве 400 г, то есть 40,0 масс.% от массы исходного сырья. Обжиг высушенных при 300°С гранул осуществляют при 1300°С. Обожженные гранулы с насыпной плотностью 2,0 г/см3 рассевают на товарные фракции 150-425 мкм, 425-850 мкм, 850-2000 мкм и 2000-4000 мкм.Example 10. The method for producing proppant as in Example 1, characterized in that the feedstock used is a mixture consisting of 85.0 wt.% bauxite pre-heat-treated at 1350°C and 15.0 wt.% technical chalk MTD-1 TU-21-020350-06-92 pre-heat-treated at 110°C, containing at least 98.0 wt.% CaCO3. The binder used is a 3 % aqueous solution of technical lignosulphates in an amount of 400 g, i.e. 40.0 wt.% of the weight of the feedstock. The granules dried at 300°C are fired at 1300°C. The fired granules with a bulk density of 2.0 g/ cm3 are sieved into commercial fractions of 150-425 µm, 425-850 µm, 850-2000 µm and 2000-4000 µm.
Пример 11. Способ получения проппанта как в примере 7, отличающийся тем, что в качестве исходного сырья используют смесь, состоящую из 50,0 масс.% предварительно термообработанного при 1350°С боксита и 50,0 масс.%, предварительно термообработанной при 110°С золы-уноса. Обожженные при 900°С гранулы имеют насыпную плотность 1,6 г/см3.Example 11. A method for producing proppant as in Example 7, characterized in that the starting material used is a mixture consisting of 50.0 wt.% bauxite pre-heat-treated at 1350°C and 50.0 wt.% fly ash pre-heat-treated at 110°C. Granules fired at 900°C have a bulk density of 1.6 g/ cm3 .
Пример 12. Способ получения проппанта как в примере 1, отличающийся тем, что в качестве исходного сырья используют смесь, состоящую из 62,0 масс.% предварительно обожженного при 1200°С серпентинита Халиловского месторождения (ООО «Литосфера) с содержанием, масс.%: Al2O3 - 1,6; Fe2O3 - 8,1; SiO2 - 42,7; СаО - 2,1; MgO - 45,2; прочее - 0,3; 17,0 масс.% предварительно термообработанной при 900°С каолина Нижне-Увельского месторождения марки НУПК с содержанием, масс.%: Al2O3 - 25,6; Fe2O3 - 2,5; SiO2 - 68,7; относительное изменение массы при прокаливании - 3,2; 21,0 масс.% предварительно термообработанного при 150°С кварцевого песка Миллеровского «ГОК» с содержанием, масс.%: SiO2 - не менее 98,0. Смесь предварительно термообработанного сырья, измельчают до содержания частиц с размерами менее 63,0 мкм более 90,0 масс.% при среднем размере частиц 4,0 мкм и гранулируют в смесителе-грануляторе Eirich при добавлении связующего в виде суспензии частиц с размерами не более 5 мкм отработанного алюмокобальтмолибденового катализатора (АКМ) газоочистки в 8,0% водном растворе декстрина. Содержание частиц катализаторов (АКМ) в водном растворе декстрина составляло 9,0 масс.%. Количество связующего составляло 350 г, то есть 35,0 масс.% от массы исходного сырья. Обожженные при 1400°С гранулы имеют насыпную плотность 1,8 г/см3.Example 12. The method for producing proppant as in Example 1, characterized in that the feedstock used is a mixture consisting of 62.0 wt.% serpentinite from the Khalilovskoye deposit (OOO Lithosfera), pre-calcined at 1200°C, with the following content, wt.%: Al 2 O 3 - 1.6; Fe 2 O 3 - 8.1; SiO 2 - 42.7; CaO - 2.1; MgO - 45.2; other - 0.3; 17.0 wt.% kaolin from the Nizhne-Uvelskoye deposit, grade NUPK, pre-heat-treated at 900°C, with the following content, wt.%: Al 2 O 3 - 25.6; Fe 2 O 3 - 2.5; SiO 2 - 68.7; relative change in weight upon calcination - 3.2; 21.0 wt.% of quartz sand from Millerovo GOK, preliminarily heat-treated at 150°C, with a content, wt.%: SiO 2 - not less than 98.0. The mixture of preliminarily heat-treated raw materials is ground to a content of particles with sizes less than 63.0 μm greater than 90.0 wt.% with an average particle size of 4.0 μm and granulated in an Eirich mixer-granulator with the addition of a binder in the form of a suspension of particles with sizes of not more than 5 μm of spent aluminum-cobalt-molybdenum catalyst (ACM) for gas purification in an 8.0% aqueous dextrin solution. The content of catalyst particles (ACM) in an aqueous dextrin solution was 9.0 wt.%. The amount of binder was 350 g, i.e. 35.0 wt.% of the weight of the original raw materials. Granules fired at 1400°C have a bulk density of 1.8 g/ cm3 .
Пример 13. Способ получения проппанта как в примере 12, отличающийся тем, что в качестве связующего используют 3% водный раствор поливинилового спирта в количестве 200 г, то есть 20,0 масс.% от массы исходного сырья. Обожженные при 1350°С гранулы имеют насыпную плотность 1,9 г/см3.Example 13. A method for producing proppant as in example 12, distinguished in that a 3% aqueous solution of polyvinyl alcohol in an amount of 200 g, i.e. 20.0 wt.% of the mass of the initial raw material, is used as a binder. Granules fired at 1350°C have a bulk density of 1.9 g/cm 3 .
Пример 14. Способ получения проппанта как в примере 12, отличающийся тем, что в качестве связующего используют 0,5% водный раствор органического связующего - карбоксиметилцеллюлозы в количестве 400 г, то есть 40,0 масс.% от массы исходного сырья. Обожженные при 1350°С гранулы имеют насыпную плотность 1,9 г/см3.Example 14. The method for producing proppant as in example 12, characterized in that a 0.5% aqueous solution of an organic binder - carboxymethyl cellulose in an amount of 400 g, i.e. 40.0 wt.% of the mass of the initial raw material - is used as a binder. Granules fired at 1350°C have a bulk density of 1.9 g/cm 3 .
Пример 15. Способ получения проппанта как в примере 12, отличающийся тем, что в качестве связующего используют 3,0% водный раствор органического связующего - метилцеллюлозы в количестве 250 г, то есть 25,0 масс.% от массы исходного сырья. Обожженные при 1450°С гранулы имеют насыпную плотность 2,0 г/см3.Example 15. The method for producing proppant as in example 12, characterized in that a 3.0% aqueous solution of an organic binder - methylcellulose in an amount of 250 g, i.e. 25.0 wt.% of the mass of the initial raw material, is used as a binder. Granules fired at 1450°C have a bulk density of 2.0 g/cm 3 .
Пример 16. Способ получения проппанта как в примере 12, отличающийся тем, что в качестве связующего используют 3,0% водный раствор органического связующего - лигносульфатов технических в количестве 300 г, то есть 30,0 масс.% от массы исходного сырья. Обожженные при 1400°С гранулы имеют насыпную плотность 1,9 г/см3.Example 16. The method for producing proppant as in example 12, characterized in that a 3.0% aqueous solution of an organic binder - technical lignosulphates in an amount of 300 g, i.e. 30.0 wt.% of the mass of the initial raw material - is used as a binder. Granules fired at 1400°C have a bulk density of 1.9 g/cm 3 .
Пример 17. Способ получения проппанта как в примере 12, отличающийся тем, что в качестве исходного сырья используют смесь, состоящую из 62,0 масс.% предварительно термообработанного при 950°С оливинита (ТУ 1515-002-14504218-2013).Example 17. A method for producing proppant as in example 12, characterized in that the starting material used is a mixture consisting of 62.0 wt.% olivinite pre-heat-treated at 950°C (TU 1515-002-14504218-2013).
Пример 18. Способ получения проппанта как в примере 12, отличающийся тем, что в качестве исходного сырья используют смесь, состоящую из 62,0 масс.% предварительно термообработанного при 950°С дунита (ТУ 23.20-001-92886945-2016).Example 18. A method for producing proppant as in example 12, characterized in that a mixture consisting of 62.0 wt.% dunite pre-heat-treated at 950°C (TU 23.20-001-92886945-2016) is used as the starting material.
Как следует из данных, приведенных в таблице, применение суспензии частиц отработанного алюмокобальтмолибденового катализатора (АКМ) газоочистки в водном растворе декстрина позволило увеличить прочность получаемого проппанта. Хотя при использовании каолина в качестве исходного сырья получается менее прочный проппант, его можно использовать при давлениях не более 51,7 МПа. Магнезиально-силикатный проппант, как показывают данные испытаний на прочность, уступает по механической прочности алюмосиликатному проппанту, однако пригоден для применения при ГРП как проппант средней прочности.As follows from the data given in the table, the use of a suspension of particles of spent aluminum-cobalt-molybdenum catalyst (ACM) of gas cleaning in an aqueous solution of dextrin allowed to increase the strength of the obtained proppant. Although the use of kaolin as a feedstock results in a less durable proppant, it can be used at pressures of no more than 51.7 MPa. Magnesia-silicate proppant, as shown by the strength test data, is inferior in mechanical strength to aluminosilicate proppant, but is suitable for use in hydraulic fracturing as a proppant of medium strength.
Данное изобретение позволяет значительно увеличить эффективность применения ГРП за счет увеличения площади охвата продуктивных слоев месторождений углеводородов. Кроме того, что не менее важно, данное изобретение позволяет снизить себестоимость производства керамического проппанта, так как упраздняется трудоемкий процесс рассева гранул на фракции и существенно увеличивается выход товарного продукта.This invention allows to significantly increase the efficiency of hydraulic fracturing by increasing the coverage area of productive layers of hydrocarbon deposits. In addition, which is no less important, this invention allows to reduce the cost of production of ceramic proppant, since the labor-intensive process of sifting granules into fractions is eliminated and the yield of the marketable product is significantly increased.
Цитируемые источникиCited sources
1. Симановский Б.А., Розанов О.М., Константинов С.В., Казаков А.И., Николаев В.И., Ил- лариошкин О.Е. Шихта для производства гранул и способ их получения. Патент RU №2014281. 15.06.1994.1. Simanovsky B.A., Rozanov O.M., Konstantinov S.V., Kazakov A.I., Nikolaev V.I., Illarioshkin O.E. Charge for the production of granules and the method for their production. Patent RU No. 2014281. 15.06.1994.
2. Симановский Б.А., Розанов О.М., Можжерин В.А., Мигаль В.П., Сакулин В.Я., Новиков А.Н., Салагина Г.Н., Штерн Е.А. Способ переработки алюмокремниевого сырья. Патент RU №2140874. 02.10.1998.2. Simanovsky B.A., Rozanov O.M., Mozhzherin V.A., Migal V.P., Sakulin V.Ya., Novikov A.N., Salagina G.N., Shtern E.A. Method for processing aluminum-silicon raw materials. Patent RU No. 2140874. 02.10.1998.
3. Можжерин В.А., Мигаль В.П., Сакулин В.Я., Новиков А.Н., Салагина Г.Н., Штерн Е.А., Симановский Б.А., Розанов О.М. Проппант и способ его получения. Патент RU №2267010. 27.12.2005.3. Mozhzherin V.A., Migal V.P., Sakulin V.Ya., Novikov A.N., Salagina G.N., Stern E.A., Simanovsky B.A., Rozanov O.M. Proppant and method for its production. Patent RU No. 2267010. 12/27/2005.
4. Можжерин В.А., Мигаль В.П., Сакулин В.Я., Новиков А.Н., Салагина Г.Н., Штерн Е.А., Симановский Б.А., Розанов О.М. Пористый проппант и способ его получения. Патент RU №2339670.27.11.2008.4. Mozhzherin V.A., Migal V.P., Sakulin V.Ya., Novikov A.N., Salagina G.N., Stern E.A., Simanovsky B.A., Rozanov O.M. Porous proppant and method for its production. Patent RU No. 2339670.27.11.2008.
5. Можжерин В.А., Мигаль В.П., Сакулин В.Я., Новиков А.Н., Салагина Е.Н., Штерн Е.А., Симановский Б.А., Розанов О.М. Проппант и способ его получения. Патент RU №2392295. 20.06.2010.5. Mozhzherin V.A., Migal V.P., Sakulin V.Ya., Novikov A.N., Salagina E.N., Stern E.A., Simanovsky B.A., Rozanov O.M. Proppant and method for its production. Patent RU No. 2392295. 20.06.2010.
6. Можжерин В.А., Мигаль В.П., Сакулин В.Я., Новиков А.Н., Салагина Е.Н., Штерн Е.А., Симановский Б.А., Розанов О.М. Способ получения проппанта и проппант. Патент RU №2518618.09.04.2014.6. Mozhzherin V.A., Migal V.P., Sakulin V.Ya., Novikov A.N., Salagina E.N., Stern E.A., Simanovsky B.A., Rozanov O.M. Method for producing proppant and proppant. Patent RU No. 2518618.09.04.2014.
7. Можжерин В.А., Мигаль В.П., Сакулин В.Я., Новиков А.Н., Салагина Е.Н., Симановский Б.А., Розанов О.М. Способ получения проппанта и проппант. Патент RU №2644369. 09.02.2018.7. Mozhzherin V.A., Migal V.P., Sakulin V.Ya., Novikov A.N., Salagina E.N., Simanovsky B.A., Rozanov O.M. Method for producing proppant and proppant. Patent RU No. 2644369. 09.02.2018.
8. Можжерин В.А., Мигаль В.П., Сакулин В.Я., Новиков А.Н., Салагина Е.Н., Симановский Б.А., Розанов О.М. Патент RU № 2745505. 25.03.2021.8. Mozhzherin V.A., Migal V.P., Sakulin V.Ya., Novikov A.N., Salagina E.N., Simanovsky B.A., Rozanov O.M. RU Patent No. 2745505. 03/25/2021.
9. Першикова Е.М., Усова З.Ю. Найдукова С.А. Способ получения проппанта (Варианты) и способ гидравлического разрыва пласта с использованием полученного проппанта. Патент RU №2507178. 20.02.2014.9. Pershikova E.M., Usova Z.Yu., Naidukova S.A. Method for obtaining proppant (Variants) and method for hydraulic fracturing of a formation using the obtained proppant. Patent RU No. 2507178. 20.02.2014.
10. Можжерин В.А., Мигаль В.П., Сакулин В.Я., Новиков А.Н., Салагина Г.Н., Штерн Е.А., Симановский Б.А., Розанов О.М. Проппант и способ получения проппанта. Патент RU №2559266. 10.08.2015.10. Mozhzherin V.A., Migal V.P., Sakulin V.Ya., Novikov A.N., Salagina G.N., Stern E.A., Simanovsky B.A., Rozanov O.M. Proppant and method for producing proppant. Patent RU No. 2559266. 10.08.2015.
11. Eugene Р. Langhofer, Larry A. Wolfe. Проппант из кремнеземистой шихты. 22.06.2004. Патент США №6753299.11. Eugene P. Langhofer, Larry A. Wolfe. Proppant from silica charge. 22.06.2004. US Patent No. 6753299.
12. Мигаль В.П., Новиков А.Н., Новиков Н.А. Сакулин А.В., Салагина Е.Н., Симановский Б.А., Розанов О.М. Шихта для получения проппанта и проппант. Патент RU №2798284. 21.06.2023.12. Migal V.P., Novikov A.N., Novikov N.A. Sakulin A.V., Salagina E.N., Simanovsky B.A., Rozanov O.M. Charge for producing proppant and proppant. Patent RU No. 2798284. 06/21/2023.
13. Мигаль В.П., Новиков А.Н., Новиков Н.А., Сакулин А.В., Салагина Г.Н., Симановский Б.А., Розанов О.М. Способ получения проппанта и проппант. Патент RU №2784663, 29.11.2022.13. Migal V.P., Novikov A.N., Novikov N.A., Sakulin A.V., Salagina G.N., Simanovsky B.A., Rozanov O.M. Method for producing proppant and proppant. Patent RU No. 2784663, 11/29/2022.
14. Можжерин В.А., Сакулин В.Я., Новиков А.Н., Мигаль В.П., Салагина Е.Н., Симановский Б.А., Розанов О.М., Шихта для получения полифракционного проппанта, способ его получения и применения при гидроразрыве. Патент RU № 2760662. 29.11.2021.14. Mozhzherin V.A., Sakulin V.Ya., Novikov A.N., Migal V.P., Salagina E.N., Simanovsky B.A., Rozanov O.M., Charge for obtaining polyfractional proppant, method for its production and use in hydraulic fracturing. Patent RU No. 2760662. November 29, 2021.
15. Акимова А.С., Пикалов Е.С. Влияние триоксида молибдена на свойства облицовочной плитки на основе малопластичной глины. Инженерный вестник Дона, №2, 2023.15. Akimova A.S., Pikalov E.S. Influence of molybdenum trioxide on the properties of facing tiles based on low-plasticity clay. Engineering Bulletin of the Don, No. 2, 2023.
16. Ю.А. Хацринова, А.И. Хацринов. Исследование состава отработанного молибденсодержащего катализатора. УДК 661.877. 2017.16. Yu.A. Khatsrinova, A.I. Khatsrinov. Study of the composition of spent molybdenum-containing catalyst. UDC 661.877. 2017.
17. Соломина Л.С., Соломин Д.А. Получение и свойства декстрина. Журнал «Хранение и переработка сельхозсырья». М. 2019.17. Solomina L.S., Solomin D.A. Obtaining and properties of dextrin. Journal "Storage and processing of agricultural raw materials". M. 2019.
18. Куколев Г.В. Химия кремния и физическая химия силикатов. - М.: Высшая школа, 1966.18. Kukolev G.V. Chemistry of silicon and physical chemistry of silicates. - M.: Higher School, 1966.
19. Е.А. Ратникова, В. Телков. Влияние скорости осаждения проппанта на продуктивность скважины при проведении гидроразрыва пласта. Нефтепромысловое дело. Методы воздействия на пласт и повышения нефтеотдачи. 12 (624), 2020.19. E.A. Ratnikova, V. Telkov. Effect of proppant settling velocity on well productivity during hydraulic fracturing. Oilfield Engineering. Formation stimulation and enhanced oil recovery methods. 12 (624), 2020.
20. Карнаков П.В., Куранаков Д.С., Лапин В.Н., Черный С.Г.,. Есипов Д.В. Особенности распространения трещины гидроразрыва породы при закачке в нее смеси проппанта и жидкости. Теплофизика и аэродинамика. 2018. Т. 25, №4.20. Karnakov P.V., Kuranakov D.S., Lapin V.N., Cherny S.G., Esipov D.V. Features of propagation of a hydraulic fracturing crack in rock when pumping a mixture of proppant and liquid into it. Thermophysics and aerodynamics. 2018. Vol. 25, No. 4.
21. Parth Bhandakkar, Prashanth Siddhamshetty, Joseph Sang-Il Kwon. Численные методы исследования влияния средней площади проппанта и эффективности применения многоразмерного проппанта. Journal of Natural Gas Science and Engineering. Volume 79, July 2020.21. Parth Bhandakkar, Prashanth Siddhamshetty, Joseph Sang-Il Kwon. Numerical methods to study the effect of average proppant area and the efficiency of multi-size proppant application. Journal of Natural Gas Science and Engineering. Volume 79, July 2020.
22. Hui Xiao, Zhenming Li, Siyuan He, Xinqian Lu, Pingli Liu, Jun Li. Экспериментальные исследования по движению проппанта и распределению разноразмерного проппанта в сложных сетях трещин. Journal of Petroleum Science and Engineering. Volume 196, January 2021.22. Hui Xiao, Zhenming Li, Siyuan He, Xinqian Lu, Pingli Liu, Jun Li. Experimental study on proppant flow and distribution of different-sized proppant in complex fracture networks. Journal of Petroleum Science and Engineering. Volume 196, January 2021.
Claims (15)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2832656C1 true RU2832656C1 (en) | 2024-12-26 |
Family
ID=
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2008018966A3 (en) * | 2006-08-03 | 2008-04-17 | Oxane Materials Inc | A composition and method for making a proppant |
| RU2425084C1 (en) * | 2010-02-08 | 2011-07-27 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Форэс" | Method of preparing lightweight proppant and proppant |
| RU2448142C2 (en) * | 2007-08-28 | 2012-04-20 | Имерис | Proppants and anti-flowback additives made from sillimanite minerals, methods of production and methods of use |
| RU2507178C2 (en) * | 2008-04-28 | 2014-02-20 | Шлюмберже Текнолоджи Б.В. | Method of obtaining proppant (versions) and method of hydraulic fracturing of stratum with application of obtained proppant (versions) |
| RU2784663C1 (en) * | 2021-08-05 | 2022-11-29 | Акционерное общество "Боровичский комбинат огнеупоров" | Method for production of proppant and proppant |
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2008018966A3 (en) * | 2006-08-03 | 2008-04-17 | Oxane Materials Inc | A composition and method for making a proppant |
| RU2448142C2 (en) * | 2007-08-28 | 2012-04-20 | Имерис | Proppants and anti-flowback additives made from sillimanite minerals, methods of production and methods of use |
| RU2507178C2 (en) * | 2008-04-28 | 2014-02-20 | Шлюмберже Текнолоджи Б.В. | Method of obtaining proppant (versions) and method of hydraulic fracturing of stratum with application of obtained proppant (versions) |
| RU2425084C1 (en) * | 2010-02-08 | 2011-07-27 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Форэс" | Method of preparing lightweight proppant and proppant |
| RU2784663C1 (en) * | 2021-08-05 | 2022-11-29 | Акционерное общество "Боровичский комбинат огнеупоров" | Method for production of proppant and proppant |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CA2917466C (en) | Proppants and methods of making the same | |
| CA2880426C (en) | Synthetic proppants and monodispersed proppants and methods of making the same | |
| US10000690B2 (en) | Ceramic particles with controlled pore and/or microsphere placement and/or size and method of making same | |
| CA2659669C (en) | A composition and method for making a proppant | |
| CA2849415C (en) | Methods for fracturing subterranean formations | |
| RU2346971C2 (en) | Propping agent, method for production and application thereof | |
| US20120003136A1 (en) | Proppants With Carbide And/Or Nitride Phases | |
| US20170275525A1 (en) | Methods To Make Ceramic Proppants | |
| KR20120137358A (en) | Self-toughened high-strength proppant and methods of making same | |
| RU2615563C9 (en) | Ceramic proppant and its production method | |
| CN101492276A (en) | Novel clay soil polyporous materials and method of producing the same | |
| RU2832656C1 (en) | Method of producing proppant, proppant and method of application thereof | |
| AU2013200446B2 (en) | A composition and method for making a proppant | |
| CN113087489A (en) | Cordierite-based ultralow-density high-strength petroleum fracturing propping agent and preparation method thereof | |
| EP2698409A1 (en) | Light ceramic proppants and a method of manufacturing of light ceramic proppants | |
| Mahnicka-Goremikina et al. | Effect of Microsize and Nanosize TiO2 on Porous Mullite-Alumina Ceramic Prepared by Slip Casting | |
| RU2500713C2 (en) | Method for manufacturing of high-silica ceramic proppant for shale gas production |