RU2447126C2 - Proppant and production method thereof - Google Patents

Proppant and production method thereof Download PDF

Info

Publication number
RU2447126C2
RU2447126C2 RU2010109964/03A RU2010109964A RU2447126C2 RU 2447126 C2 RU2447126 C2 RU 2447126C2 RU 2010109964/03 A RU2010109964/03 A RU 2010109964/03A RU 2010109964 A RU2010109964 A RU 2010109964A RU 2447126 C2 RU2447126 C2 RU 2447126C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
granules
proppant
gas
proppants
mineral raw
Prior art date
Application number
RU2010109964/03A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2010109964A (en
Inventor
Александр Николаевич Новиков (RU)
Александр Николаевич Новиков
Original Assignee
Общество с ограниченной ответственностью "НОРМИН"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Общество с ограниченной ответственностью "НОРМИН" filed Critical Общество с ограниченной ответственностью "НОРМИН"
Priority to RU2010109964/03A priority Critical patent/RU2447126C2/en
Publication of RU2010109964A publication Critical patent/RU2010109964A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2447126C2 publication Critical patent/RU2447126C2/en

Links

Landscapes

  • Compounds Of Alkaline-Earth Elements, Aluminum Or Rare-Earth Metals (AREA)
  • Processing Of Solid Wastes (AREA)
  • Glass Compositions (AREA)

Abstract

FIELD: chemistry.
SUBSTANCE: invention relates to production of proppants used in oil and gas extraction using a penetrating fluid method. In the method of producing a proppant used when extracting oil and gas using a penetrating fluid method involves preparation of the starting mineral material, melting the material to obtain granules in a gas-discharge low-temperature plasma reactor, cooling the granules and screening said granules into commercial-grade fractions, the surface of the granules is cooled at a rate of more than 1.0-106 °C/s. The proppant, which is used when extracting oil and gas using a penetrating fluid method, obtained using said method in form of granules with diameter 100-2000 mcm and pycnometric density 1.0-3.5 g/cm3, from mineral material consisting of a core and cladding, where the cladding has an amorphous structure. The invention is developed in the dependent claims of the formula.
EFFECT: high efficiency of producing proppants, high strength and conductivity of packaging of proppants in the hydraulic fracture crack.
11 cl, 1 tbl, 26 ex

Description

Изобретение относится к производству проппантов, применяющихся при добыче нефти и газа методом гидравлического разрыва пласта. Сущностью технологии гидроразрыва является создание глубокопроникающих в нефтегазонасыщенный пласт трещин, которые заполняются сферическими частицами - проппантами, удерживающими трещину от сжатия и образующими высокопроницаемую упаковку, по которой к устью скважины поступает нефтегазовая субстанция. Проппанты закачивают в трещину в смеси с жидкостью, вязкость которой позволяет проппантам находиться во взвешенном состоянии, и таким образом проникнуть внутрь трещины на максимальную длину. С учетом технологии применения и эксплуатации к проппантам выдвигаются особые физико-химические требования, основные из них - высокая прочность и химическая стойкость.The invention relates to the production of proppants used in oil and gas production by hydraulic fracturing. The essence of hydraulic fracturing technology is the creation of deep-penetrating cracks in the oil and gas saturated layer, which are filled with spherical particles - proppants that hold the crack from compression and form a highly permeable package through which oil and gas substance flows to the wellhead. The proppants are pumped into the crack in a mixture with a liquid whose viscosity allows the proppants to be in suspension, and thus penetrate the cracks to the maximum length. Taking into account the technology of application and operation, special physicochemical requirements are advanced for proppants, the main ones are high strength and chemical resistance.

На первом этапе применения метода гидроразрыва пласта использовали проппанты в виде фракционированного песка, стеклянных и металлических шариков, скорлупы орехов. Затем в производстве проппантов стали использовать различные виды минерального сырья.At the first stage of the hydraulic fracturing method, proppants in the form of fractionated sand, glass and metal balls, and nutshells were used. Then in the production of proppants began to use various types of mineral raw materials.

Известен способ гидроразрыва с применением проппантов из спеченных бокситов /1/. Проппанты, полученные грануляцией измельченного обожженного боксита с размерами зерен не более 12 мкм, имеют плотность более 3,4 г/см3. В соответствии с патентом /2/ проппант, полученный из боксита, имеет плотность меньше 3,4 г/см3. Для производства проппанта используют необожженный измельченный боксит фракции 0,02-0,3 мм, который гранулируют с применением воды в качестве связующего, гранулы сушат с целью удаления воды и обжигают при температуре 1350-1500°С. Данный проппант отличается меньшей плотностью, т.к. благодаря использованию в качестве исходного материала более мелкого порошка необожженного боксита с удельной поверхностью около 30 м2/г температура спекания гранул ниже, чем при спекании более крупнозернистого обожженного боксита.A known method of hydraulic fracturing using proppants from sintered bauxite / 1 /. The proppants obtained by granulation of crushed calcined bauxite with grain sizes of not more than 12 μm have a density of more than 3.4 g / cm3. In accordance with patent / 2 /, the proppant obtained from bauxite has a density of less than 3.4 g / cm3. For the production of proppant, unbaked crushed bauxite fractions of 0.02-0.3 mm are used, which are granulated using water as a binder, the granules are dried to remove water and fired at a temperature of 1350-1500 ° C. This proppant is less dense, because due to the use of a finer powder of unfired bauxite as a starting material with a specific surface of about 30 m2 / g, the sintering temperature of granules is lower than when sintering coarser fired bauxite.

Известен способ получения полых проппантов из различных исходных материалов - глинозема, боксита, оксида циркония /3/. Процесс получения полых проппантов включает в себя измельчение исходного материала до крупности частиц менее 25 мкм, перемешивание с водой и органическим связующим, распыление смеси с помощью распылительной форсунки и сушку при температуре 100-400°С, высокотемпературный обжиг с целью получения спеченных керамических гранул. Плотность полученных проппантов менее 3,3 г/см3.A known method of producing hollow proppants from various starting materials - alumina, bauxite, zirconium oxide / 3 /. The process of producing hollow proppants includes grinding the starting material to a particle size of less than 25 microns, mixing with water and an organic binder, spraying the mixture with a spray nozzle and drying at a temperature of 100-400 ° C, high-temperature firing to obtain sintered ceramic granules. The density of the obtained proppants is less than 3.3 g / cm3.

Для увеличения прочности проппантов автор патента /4/ предлагает к исходному бокситу добавлять смесь оксидов кремния и циркония при соотношении SiO2:ZrO от 6/1 до 20/1. Как и в предыдущих патентах, проппанты получают грануляцией молотого исходного материала со всеми этапами термообработки. В качестве источника оксида циркония используют циркониевый силикат и/или циркониевые соли.To increase the strength of proppants, the author of the patent / 4 / suggests adding a mixture of silicon and zirconium oxides to the initial bauxite at a ratio of SiO2: ZrO from 6/1 to 20/1. As in previous patents, proppants are obtained by granulation of ground source material with all stages of heat treatment. Zirconium silicate and / or zirconium salts are used as a source of zirconium oxide.

Известен способ изготовления керамических проппантов /5/, включающий тонкий помол сырьевой смеси, гранулирование, сушку, обжиг гранул и рассев на товарные фракции, где для улучшения характеристик поверхностного слоя керамических проппантов перед рассевом на товарные фракции гранулы подвергают галтованию путем окатывания или виброистирания. Таким образом, по мнению авторов, с поверхности проппантов удаляются неровности и дефекты, что должно увеличить прочность пропантов и проводимость проппантовой упаковки. Однако предложенный способ не может улучшить прочность проппантов при сжатии, т.к. механическое удаление шероховатостей поверхности проппантов с помощью виброистирания приводит к образованию микродефектов поверхности.A known method of manufacturing ceramic proppants / 5 /, including fine grinding of the raw material mixture, granulation, drying, firing granules and sieving into product fractions, where to improve the characteristics of the surface layer of ceramic proppants before sieving the product fractions, the granules are subjected to tumbling by rolling or vibration abrasion. Thus, according to the authors, irregularities and defects are removed from the surface of the proppants, which should increase the strength of the proppants and the conductivity of the proppant pack. However, the proposed method cannot improve the strength of the proppants in compression, because mechanical removal of surface roughness of proppants by vibration abrasion leads to the formation of surface microdefects.

Известны способы, при которых для увеличения прочности проппанта и предотвращения его выноса из трещины гидроразрыва, на поверхность гранулы наносят смоляное покрытие, которое способно распределить механическую нагрузку при сжатии на большую площадь гранулы, уменьшая таким образом удельное давление /6-12/. Кроме того, смоляное покрытие сохраняет внутри своей оболочки осколки разрушенного проппанта, что способствует сохранению проводимости трещины гидроразрыва. В качестве вещества для покрытия используют различные смолы, полиэфиры в сочетании с отвердителями.Known methods in which to increase the strength of the proppant and prevent its removal from the hydraulic fracture, a resin coating is applied to the surface of the granule, which is able to distribute the mechanical load during compression over a large area of the granule, thereby reducing the specific pressure / 6-12 /. In addition, the resin coating retains fragments of the destroyed proppant inside its shell, which helps to maintain the conductivity of the fracture. As a coating substance, various resins and polyesters are used in combination with hardeners.

Известен способ нанесения на проппант многослойного покрытия /13/, который повышает прочность консолидированной проппантовой упаковки. Гранула проппанта содержит основу - субстрат и смоляное покрытие - смоляной слой, на внешнюю поверхность которого нанесено, по меньшей мере, одно дополнительное покрытие - дополнительный слой толщиной 10-30 мкм, состоящий из смеси полиэтилена низкой плотности и парафина в соотношении 7:3, выполняющий защитную функцию.A known method of applying to the proppant a multilayer coating / 13 /, which increases the strength of the consolidated proppant packaging. The proppant granule contains a base - a substrate and a resin coating - a resin layer, on the outer surface of which at least one additional coating is applied - an additional layer 10-30 μm thick, consisting of a mixture of low density polyethylene and paraffin in a ratio of 7: 3, performing protective function.

Для предотвращения разрушения и обратного выноса проппантов авторы патента /14/ предлагают использовать в смеси с керамическими проппантами деформируемые гранулы, которые получают нанесением слоя сополимеров, полимеров с поперечными связями, пластмасс на керамические проппанты. Проппанты с деформируемыми покрытиями позволяют керамическим проппантам вдавливаться в оболочку, что, с одной стороны, препятствует разрушению гранул, с другой стороны - обратному выносу проппантов.To prevent the destruction and the removal of proppants, the authors of the patent / 14 / propose to use deformable granules in a mixture with ceramic proppants, which are obtained by applying a layer of copolymers, polymers with transverse bonds, plastics on ceramic proppants. Proppants with deformable coatings allow ceramic proppants to be pressed into the shell, which, on the one hand, prevents the destruction of granules, and on the other hand, the proppant is removed.

Известен способ повышения прочности проппанта /15/, в котором в качестве исходного сырья для получения проппанта использована шихта, содержащая до 95 мас.%, по крайней мере, один из перечисленных компонентов - бокситы, природные необожженные гидраты алюминия, нефелиновые сиениты, глины, каолины, пирофилиты, дистен-силлиманитовые концентраты, андалузит, силлиманит, кианит, полевые шпаты, пегматиты, перлит, вермикулит, глинистые сланцы, технический глинозем, представляющий собой смесь переходных метастабильных форм оксида алюминия и корунда, доменные шлаки, хвосты обогащения и отходы переработки производства цветных металлов, бокситовый шлам, отходы обогащения каолинов и, по крайней мере, один из перечисленных материалов - карбид кремния, карбид титана, нитрид кремния, нитрид титана, оксинитриды кремния, соединения типа СИАЛОН. Способ получения проппанта включает предварительное измельчение и смешение исходных компонентов с их последующей грануляцией, сушкой, обжигом и рассевом на целевые фракции.There is a method of increasing the strength of proppant / 15 /, in which a charge containing up to 95 wt.%, At least one of the listed components — bauxite, natural unfired aluminum hydrates, nepheline syenites, clays, kaolins is used as a feedstock for proppant production. , pyrophyllites, distene-sillimanite concentrates, andalusite, sillimanite, kyanite, feldspars, pegmatites, perlite, vermiculite, shale, industrial alumina, which is a mixture of transitional metastable forms of aluminum oxide and corundum, d exchange slag, tailings and non-ferrous metal processing waste, bauxite sludge, kaolin dressing waste and at least one of the listed materials - silicon carbide, titanium carbide, silicon nitride, titanium nitride, silicon oxynitrides, compounds of the SIALON type. The method of producing proppant includes preliminary grinding and mixing of the starting components with their subsequent granulation, drying, calcination and sieving into target fractions.

Общим недостатком приведенных способов получения проппантов является многостадийность технологии их производства, энергоемкость процесса спекания гранул. Как правило, для сушки и высокотемпературного обжига используют громоздкие вращающиеся печи с низким температурным коэффициентом полезного действия, что увеличивает себестоимость проппантов.A common disadvantage of the above methods for producing proppants is the multi-stage technology for their production, the energy intensity of the sintering process of the granules. As a rule, bulky rotary kilns with low temperature efficiency are used for drying and high-temperature firing, which increases the cost of proppants.

Известен способ получения проппантов из расплава оксидов /16/, включающий диспергацию расплава на капли и формирование сфер, их охлаждение. При этом осуществляют дополнительную выдержку полученных сфер при 870-1100°С в течение 8-25 минут до образования стеклокристаллической структуры, которая содержит не менее 40% кристаллической фазы. Получение расплава осуществляют путем подачи в газовом потоке порошка стекла, охлаждение и выдержку осуществляют в одном тепловом агрегате - во вращающейся печи. Недостатком данного способа является невысокая прочность полых стеклянных сфер, что определяется свойствами полученной стеклокристаллической структуры проппантов, в объеме которой относительно равномерно распределены стеклофаза и кристаллы.A known method of producing proppants from a melt of oxides / 16 /, including the dispersion of the melt into droplets and the formation of spheres, their cooling. In this case, additional exposure of the obtained spheres is carried out at 870-1100 ° C for 8-25 minutes until the formation of a glass crystal structure, which contains at least 40% of the crystalline phase. The melt is produced by supplying glass powder in a gas stream, cooling and aging are carried out in one thermal unit - in a rotary kiln. The disadvantage of this method is the low strength of the hollow glass spheres, which is determined by the properties of the obtained glass crystal structure of proppants, in the volume of which the glass phase and crystals are relatively evenly distributed.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению (прототип) является патент /17/, в котором для увеличения прочности проппантов их поверхностный слой, состоящий из оксидов металлов, восстанавливают с помощью восстановителя в различных плавильных печах, а затем при подаче газа, содержащего азот и/или оксид углерода, получают при температуре около 1800°С на поверхности гранул карбидную и/или нитридную фазы. Толщина полученного слоя карбидов и/или нитридов составляет 5-150 мкм. В качестве исходных гранул, как считают авторы, можно использовать полые микросферы, ценосферы и другие пористые гранулы. Проппанты с модифицированным слоем имеют плотность 0,01-3,2 г/см3 и выдерживают давление более 1500 psi. Кроме того, в этом же патенте описан способ получения полых проппантов распылением расплава смеси микронных частиц карбидов и/или нитридов металлов.Closest to the proposed invention (prototype) is patent / 17 /, in which, to increase the strength of proppants, their surface layer, consisting of metal oxides, is reduced using a reducing agent in various smelting furnaces, and then when a gas containing nitrogen and / or oxide is supplied carbon, get at a temperature of about 1800 ° C on the surface of the granules of the carbide and / or nitride phase. The thickness of the obtained layer of carbides and / or nitrides is 5-150 microns. According to the authors, hollow microspheres, cenospheres, and other porous granules can be used as initial granules. Modified-layer proppants have a density of 0.01-3.2 g / cm3 and withstand pressures of more than 1500 psi. In addition, the same patent describes a method for producing hollow proppants by spraying a melt of a mixture of micron particles of carbides and / or metal nitrides.

Недостатком прототипа является технологическая сложность процесса получения проппантов. Несмотря на то, что карбиды и нитриды металлов, полученные из жидкой фазы, имеют большую прочность, чем исходные оксиды металлов, в процессе кристаллизации структуры проппантов образуются дефекты, присущие кристаллическим структурам и снижающие прочность гранул.The disadvantage of the prototype is the technological complexity of the process of obtaining proppants. Despite the fact that metal carbides and nitrides obtained from the liquid phase have greater strength than the starting metal oxides, defects that are inherent in crystalline structures and reduce the strength of granules are formed during crystallization of the proppant structure.

Технической задачей, на решение которой направлено изобретение, является повышение эффективности производства проппантов, увеличение прочности и проводимости упаковки проппантов в трещине гидроразрыва.The technical problem to which the invention is directed is to increase the proppant production efficiency, increase the strength and conductivity of proppant packing in a fracture.

Поставленная задача решается тем, что проппант, используемый при добыче нефти и газа методом гидравлического разрыва пласта, состоящий из сердцевины и оболочки, получен из минерального сырья в виде гранул с диаметром 100-2000 мкм и пикнометрической плотностью 1,0-3,5 г/см3, по способу, включающему предварительную подготовку исходного минерального сырья, плавление и получение из него гранул, охлаждение гранул и рассев их на товарные фракции, при этом скорость охлаждения поверхности гранул составляет более 1,0-106 °С/сек. Такая скорость охлаждения поверхности гранул, формирующая аморфную структуру оболочки проппанта, возможна при получении проппанта в плазменном реакторе газоразрядной плазмы низкого давления (низкотемпературной плазмы).The problem is solved in that the proppant used in oil and gas production by hydraulic fracturing, consisting of a core and a shell, is obtained from mineral raw materials in the form of granules with a diameter of 100-2000 μm and a pycnometric density of 1.0-3.5 g / cm3, according to the method, including preliminary preparation of the initial mineral raw material, melting and obtaining granules from it, cooling the granules and sieving them into commercial fractions, while the cooling rate of the surface of the granules is more than 1.0-106 ° C / sec. Such a cooling rate of the surface of the granules, which forms the amorphous structure of the proppant shell, is possible when proppant is obtained in a plasma reactor of a low-pressure gas-discharge plasma (low-temperature plasma).

Низкотемпературная плазма в настоящее время широко используется для решения не только разнообразных научных, но и конкретных производственных задач. Наиболее привлекательные аспекты ее применения связаны с тем, что по сравнению с традиционными химико-технологическими процессами плазменные процессы не требуют многостадийных технологических переделов, потенциально экологически более чистые, менее энергоемкие. Источником образования химически активных частиц плазмы является не тепловая, как в классических технологических процессах, энергия, а энергия внешнего электрического поля. Непрерывно приобретая энергию, электроны путем соударений передают ее атомам и молекулам, что обуславливает неравновесность данной системы. Преимущество неравновесного состояния низкотемпературной плазмы в том, что имеется возможность селективного направления потока энергии для активации нужных компонентов химически реагирующей системы. В равновесных условиях химических реакций тепловая энергия статистически распределяется по всем степеням свободы частиц, хотя концентрация возбужденных состояний частиц, энергия которых превышает энергию активации реакции, т.е. участвующих в целевой химической реакции, всегда меньше, чем концентрация частиц в основных состояниях. По этой причине энергетическая эффективность химических реакций (отношение энергии, затрачиваемой на осуществление реакции, к полной) является невысокой.Low-temperature plasma is currently widely used to solve not only a variety of scientific, but also specific production problems. The most attractive aspects of its application are related to the fact that, compared with traditional chemical-technological processes, plasma processes do not require multi-stage technological processes, which are potentially more environmentally friendly, less energy-intensive. The source of the formation of chemically active plasma particles is not thermal energy, as in classical technological processes, but the energy of an external electric field. By continuously acquiring energy, electrons by collisions transfer it to atoms and molecules, which causes the disequilibrium of this system. The advantage of the nonequilibrium state of a low-temperature plasma is that it is possible to selectively direct the energy flow to activate the necessary components of a chemically reacting system. Under the equilibrium conditions of chemical reactions, thermal energy is statistically distributed over all degrees of freedom of particles, although the concentration of excited states of particles whose energy exceeds the activation energy of the reaction, i.e. involved in the target chemical reaction, always less than the concentration of particles in the ground states. For this reason, the energy efficiency of chemical reactions (the ratio of the energy spent on the implementation of the reaction to the total) is low.

Притом, что средняя энергия электронов может соответствовать температурам 30000-100000°С, температура, соответствующая поступательной энергии тяжелых частиц, мало отличается от комнатной. Поэтому газоразрядную плазму низкого давления называют низкотемпературной. Сочетание низкой температуры с высокой химической активностью делают такую плазму перспективным инструментом для обработки материалов.Despite the fact that the average electron energy can correspond to temperatures of 30000-100000 ° С, the temperature corresponding to the translational energy of heavy particles differs little from room temperature. Therefore, a low-pressure gas-discharge plasma is called a low-temperature plasma. The combination of low temperature and high chemical activity makes this plasma a promising tool for processing materials.

К преимуществам плазменной обработки гранул можно отнести возможность достижения высоких температур газовой среды и использования любой газовой атмосферы, высокий термический коэффициент полезного действия источников плазмы, небольшой объем отходящих газов и малые габариты электроплазменного реактора. Применение генераторов низкотемпературной плазмы в технологии приготовления зернистых керамических материалов может способствовать миниатюризации производства, обеспечению его мобильности, расширению диапазона используемого исходного неорганического минерального сырья.The advantages of plasma processing of granules include the possibility of achieving high temperatures of the gaseous medium and the use of any gas atmosphere, high thermal efficiency of plasma sources, a small volume of exhaust gases and small dimensions of the electroplasma reactor. The use of low-temperature plasma generators in the technology of preparing granular ceramic materials can contribute to the miniaturization of production, ensuring its mobility, and expanding the range of the used inorganic mineral raw materials.

Аморфное состояние изотропно, т.е. свойства одинаковы по всем направлениям. Формирование аморфной структуры приводит к фундаментальным изменениям физико-химических свойств вещества. Прочность аморфных химических соединений в 5-10 раз выше прочности кристаллических структур. Это объясняется тем, что в аморфном состоянии отсутствуют такие дефекты, как дислокации и границы зерен, свойственные кристаллическому состоянию. Поверхность гранул с аморфной структурой, отличающейся ближним порядком расположения атомов, полученная с высокой скоростью конденсации (охлаждения), благодаря уникальным физико-химическим свойствам может существенно изменить свойства исходных гранул.The amorphous state is isotropic, i.e. properties are the same in all directions. The formation of an amorphous structure leads to fundamental changes in the physicochemical properties of a substance. The strength of amorphous chemical compounds is 5-10 times higher than the strength of crystalline structures. This is because in the amorphous state there are no defects such as dislocations and grain boundaries inherent in the crystalline state. The surface of granules with an amorphous structure, which differs in the short-range atomic arrangement, obtained with a high condensation (cooling) rate, due to unique physicochemical properties, can significantly change the properties of the initial granules.

На основе данных химического и рентгеноструктурного анализов и электронной микроскопии установлено, что несмотря на то, что при расходе плазмообразующего газа 1·10-4 м3/сек и диаметре сопла 5 мм время нахождения частиц в зоне температур плазмы составляет не более 1-3·10-2 сек, воздействие потоков низкотемпературной плазмы на гранулы и частицы из минерального сырья обеспечивает протекание глубоких фазовых превращений в их объеме. Частицы минерального сырья, обработанные низкотемпературной плазмой, отличаются высокой сферичностью, округлостью и характерным зональным строением: аморфная оболочка плавно переходит в зону с хорошо выраженной неоднородной кристаллической структурой, которая по мере удаления от поверхности гранулы становится более однородной с выделением анизотропных кристаллов. Упрочнение гранул происходит не только благодаря образованию аморфной оболочки, но и в связи со стремительными превращениями кристаллической структуры при высокотемпературном термоукреплении материала, вызванного радиационно-стимулированной диффузией атомов. Это в свою очередь приводит к образованию высокой плотности дефектов в кристаллической решетке минералов, что способствует повышению механических свойств гранул.Based on the data of chemical and X-ray diffraction analyzes and electron microscopy, it was found that despite the fact that with a plasma-forming gas flow rate of 1 · 10-4 m3 / s and a nozzle diameter of 5 mm, the residence time of particles in the plasma temperature zone is no more than 1-3 · 10 -2 sec, the effect of low-temperature plasma flows on granules and particles from mineral raw materials ensures the occurrence of deep phase transformations in their volume. Particles of mineral raw materials treated with low-temperature plasma are characterized by high sphericity, roundness, and a characteristic zonal structure: the amorphous shell smoothly passes into the zone with a well-defined inhomogeneous crystalline structure, which becomes more uniform with the release of anisotropic crystals with the release of anisotropic crystals. Hardening of the granules occurs not only due to the formation of an amorphous shell, but also in connection with the rapid transformations of the crystalline structure during high-temperature thermal strengthening of the material caused by radiation-induced atomic diffusion. This, in turn, leads to the formation of a high density of defects in the crystal lattice of minerals, which helps to increase the mechanical properties of the granules.

При получении гранул расход плазмообразующего газа из сопла форсунки с диаметром 5 мм варьировали в пределах 8,0·10-5 м3/сек - 15·10-5 м3/сек. Это позволяло изменять расчетное время нахождения частиц в зоне температур плазмы от 2,8·10-2 сек до 0,7·10-2 сек, а скорость охлаждения поверхности проппантов - соответственно в диапазоне 0,8·106 °С/сек - 3,2·106 °С/сек, что обеспечивает получение прочной аморфной структуры оболочки проппантов.Upon receipt of the granules, the flow rate of the plasma-forming gas from the nozzle of the nozzle with a diameter of 5 mm was varied in the range of 8.0 · 10-5 m3 / s - 15 · 10-5 m3 / s. This made it possible to change the estimated time spent by particles in the plasma temperature zone from 2.8 · 10-2 sec to 0.7 · 10-2 sec, and the proppant surface cooling rate, respectively, in the range of 0.8 · 106 ° С / sec - 3 , 2 · 106 ° C / sec, which provides a strong amorphous structure of the proppant shell.

Для сравнения следует отметить, что плавление исходного силикатного материала при температуре 1350°С /16/ с последующим образованием гранул распылением расплава и охлаждением (кристаллизацией) полученных гранул в течение нескольких минут не позволяет получить полностью аморфную структуру поверхности проппантов. Частичная аморфизация поверхности гранул не устраняет дефекты структуры, уменьшающие ее прочность.For comparison, it should be noted that the melting of the initial silicate material at a temperature of 1350 ° C / 16 / followed by the formation of granules by melt spraying and cooling (crystallization) of the obtained granules for several minutes does not allow to obtain a completely amorphous proppant surface structure. Partial amorphization of the surface of the granules does not eliminate structural defects that reduce its strength.

Дополнительную прочность проппантам, полученным в соответствии с предлагаемым изобретением, придает образование в аморфной оболочке гранул нитридных и карбидных соединений, при использовании в качестве плазмообразующего газа азота и углеводородов.Additional strength to the proppants obtained in accordance with the invention is provided by the formation in the amorphous shell of granules of nitride and carbide compounds when nitrogen and hydrocarbons are used as a plasma-forming gas.

Пример 1. Для получения проппанта использовали базальт следующего химического состава (мас.%): SiO2 - 49,26; TiO2 - 0,31; Аl2O3 - 6, 96; Fe2O3 - 2, 21; FeO - 6,69; MnO - 0,14; MgO - 16,64; CaO - 13,59; Na2O - 0,73; K2O - 0,26; P2O5 - 0,05. Предварительно измельченный базальт фракции 400-1800 мкм подавали в поток низкотемпературной плазмы с плазмообразующим газом азотом. Расход газа через сопло с диаметром 5 мм составлял 10·10-5 м3/сек, что соответствовало скорости охлаждения поверхности гранул - 1,8·106 °С/сек. Охлажденные гранулы рассевали на фракции 400-800 мкм и 800-1600 мкм (во всех опытах). Использование азота позволило перевести оксиды исходных металлов в их нитридные соединения в аморфной оболочке проппантов.Example 1. To obtain proppant, basalt of the following chemical composition (wt.%) Was used: SiO2 - 49.26; TiO2 0.31; Al2O3 - 6, 96; Fe2O3 - 2, 21; FeO - 6.69; MnO — 0.14; MgO - 16.64; CaO 13.59; Na2O - 0.73; K2O 0.26; P2O5 0.05. Preliminarily ground basalt fractions of 400-1800 μm were fed into a low-temperature plasma stream with a plasma-forming gas, nitrogen. The gas flow through the nozzle with a diameter of 5 mm was 10 · 10-5 m3 / s, which corresponded to the cooling rate of the surface of the granules - 1.8 · 106 ° C / s. The cooled granules were dispersed into fractions of 400-800 microns and 800-1600 microns (in all experiments). The use of nitrogen made it possible to transfer the oxides of the starting metals into their nitride compounds in the amorphous proppant shell.

Пример 2. Проппант, полученный как в примере 1, отличающийся тем, что расход газа составлял 8,0·10-5 м3/сек, скорость охлаждения поверхности гранул - 0,8·106 °С/сек.Example 2. The proppant obtained as in example 1, characterized in that the gas flow rate was 8.0 · 10-5 m3 / s, the cooling rate of the surface of the granules was 0.8 · 106 ° C / s.

Пример 3. Проппант, полученный как в примере 1, отличающийся тем, что расход газа составлял 15,0·10-5 м3/сек, скорость охлаждения поверхности гранул - 3,2·106 °С/сек.Example 3. The proppant obtained as in example 1, characterized in that the gas flow rate was 15.0 · 10-5 m3 / s, the cooling rate of the surface of the granules was 3.2 · 106 ° C / s.

Пример 4. Проппант, полученный как в примере 1, отличающийся тем, что предварительная подготовка базальта состояла в получении гранул фракции 150-2500 мкм грануляцией смеси измельченного до среднего размера зерен 3-5 мкм базальта с 4% водным раствором карбометилцеллюлозы в качестве связующего.Example 4. The proppant obtained as in example 1, characterized in that the preliminary preparation of basalt consisted in the preparation of granules of a fraction of 150-2500 μm by granulation of a mixture of ground to an average grain size of 3-5 μm basalt with 4% aqueous solution of carbomethyl cellulose as a binder.

Пример 5. Проппант, полученный как в примере 4, отличающийся тем, что в качестве плазмообразующего газа использовали один из углеводородных газов - пропан. Использование пропана позволило перевести оксиды исходных металлов в их карбидные соединения в аморфной оболочке проппантов.Example 5. The proppant obtained as in example 4, characterized in that as the plasma-forming gas used one of the hydrocarbon gases - propane. The use of propane allowed us to transfer the oxides of the starting metals into their carbide compounds in the amorphous proppant shell.

Пример 6. Проппант, полученный как в примере 4, отличающийся тем, что в качестве плазмообразующего газа использовали аргон.Example 6. The proppant obtained as in example 4, characterized in that the plasma gas used was argon.

Пример 7. Проппант, полученный как в примере 4, отличающийся тем, что в качестве плазмообразующего газа использовали водород.Example 7. The proppant obtained as in example 4, characterized in that hydrogen was used as the plasma-forming gas.

Пример 8. Проппант, полученный как в примере 6, отличающийся тем, что в качестве исходного материала использовали кианит, содержащий (мас.%): Аl2O3 - 27,1; Fe2O3 - 7, 6; FeO - 0,3; SiO2 - 58,6; TiO2 - 0,7; CaO - 0,5; MgO - 1,37; K2O - 1,2; Na2O - 0,2.Example 8. The proppant obtained as in example 6, characterized in that as the starting material used kyanite containing (wt.%): Al2O3 - 27.1; Fe2O3 - 7.6; FeO - 0.3; SiO2 58.6; TiO2 0.7; CaO - 0.5; MgO - 1.37; K2O - 1.2; Na2O - 0.2.

Пример 9. Проппант, полученный как в примере 6, отличающийся тем, что в качестве исходного материала использовали обожженный при 1350°С боксит, содержащий (мас.%): Аl2O3 - 70, 8; Fe2O3 - 1,5; SiO2 - 17,1; TiO2 - 4,1; CaO+MgO - 0,9; K2O+Na2O - 1,0.Example 9. The proppant obtained as in example 6, characterized in that the source material used was baked at 1350 ° C bauxite containing (wt.%): Al2O3 - 70, 8; Fe2O3 - 1.5; SiO2 17.1; TiO2 4.1; CaO + MgO - 0.9; K2O + Na2O - 1.0.

Пример 10. Проппант, полученный как в примере 6, отличающийся тем, что в качестве исходного материала использовали необожженный гидрооксид алюминия.Example 10. The proppant obtained as in example 6, characterized in that the source material used was unfired aluminum hydroxide.

Пример 11. Проппант, полученный как в примере 6, отличающийся тем, что в качестве исходного материала использовали габбро, содержащий (мас.%): SiO2 - 55,60; TiO2 - 0,66; Аl2O3 - 19, 40; Fe2O3 - 2,21; FeO - 5,33; MgO - 3,84; CaO - 7,91; Na2O - 1,86; K2O - 1,56; P2O5 - 0, 03.Example 11. The proppant obtained as in example 6, characterized in that as the starting material used gabbro containing (wt.%): SiO2 - 55.60; TiO2 0.66; Al2O3 - 19, 40; Fe2O3 - 2.21; FeO - 5.33; MgO 3.84; CaO 7.91; Na2O - 1.86; K2O - 1.56; P2O5 - 0.03.

Пример 12. Проппант, полученный как в примере 6, отличающийся тем, что в качестве исходного материала использовали нефелиновые сиениты, содержащие (мас.%): SiO2 - 52,50; Аl2O3 - 21,40; K2O+Na2O - 16,0; MgO - 2,20; CaO - 3,10.Example 12. The proppant obtained as in example 6, characterized in that nepheline syenites containing (wt.%) Were used as starting material: SiO2 - 52.50; Al2O3 - 21.40; K2O + Na2O - 16.0; MgO - 2.20; CaO - 3.10.

Пример 13. Проппант, полученный как в примере 6, отличающийся тем, что в качестве исходного материала использовали глину, содержащую (мас.%): SiO2 - 62,50; Аl2O3 - 22,60; Fe2O3 - 6, 20; СаСO3 - 6,10; K2O+Na2O - 16,0; FeS2 - 3,50.Example 13. The proppant obtained as in example 6, characterized in that as the starting material used clay containing (wt.%): SiO2 - 62.50; Al2O3 - 22.60; Fe2O3 - 6, 20; CaCO3 - 6.10; K2O + Na2O - 16.0; FeS2 - 3.50.

Пример 14. Проппант, полученный как в примере 6, отличающийся тем, что в качестве исходного материала использовали каолин, содержащий (мас.%): Аl2O3 - 38, 1; Fe2O3 - 2,6; FeO - 1,3; SiO2 - 52,6; TiO2 - 0,7; CaO - 0,5; MgO - 1,37; K2O - 1,2; Na2O - 0,2.Example 14. The proppant obtained as in example 6, characterized in that as the starting material used kaolin containing (wt.%): Al2O3 - 38, 1; Fe2O3 2.6; FeO - 1.3; SiO2 52.6; TiO2 0.7; CaO - 0.5; MgO - 1.37; K2O - 1.2; Na2O - 0.2.

Пример 15. Проппант, полученный как в примере 6, отличающийся тем, что в качестве исходного материала использовали дистенсиллиманитовый концентрат, содержащий (мас.%): Аl2O3 - 57,2; TiO2 - 2,0; Fe2O3 - 0,6; CaO - 0,2; MgO - 0,3; K2O+Na2O - 0,1.Example 15. The proppant obtained as in example 6, characterized in that as the starting material used distensillimanite concentrate containing (wt.%): Al2O3 - 57.2; TiO2 2.0; Fe2O3 0.6; CaO 0.2; MgO - 0.3; K2O + Na2O - 0.1.

Пример 16. Проппант, полученный как в примере 6, отличающийся тем, что в качестве исходного материала использовали андалузит, содержащий (мас.%): Аl2O3 - 18,87; Fe2O3 - 2,15; FeO - 4,89; SiO2 - 59,5; TiO2 - 0,87; CaO - 0,99; MgO - 3,25; K2O - 3,28; Na2O - 2,89.Example 16. The proppant obtained as in example 6, characterized in that as the starting material used andalusite containing (wt.%): Al2O3 - 18.87; Fe2 O3 2.15; FeO 4.89; SiO2 59.5; TiO2 0.87; CaO 0.99; MgO - 3.25; K2O - 3.28; Na2O - 2.89.

Пример 17. Проппант, полученный как в примере 6, отличающийся тем, что в качестве исходного материала использовали силлиманит, содержащий (мас.%): Аl2O3 - 21,41; Fe2O3 - 1,99; FeO - 5,35; SiO2 - 60,03; TiO2 - 0, 96; CaO - 0,62; MgO - 2,14; K2O - 3,42; Na2O - 1,57.Example 17. The proppant obtained as in example 6, characterized in that as the starting material used sillimanite containing (wt.%): Al2O3 - 21.41; Fe2O3 - 1.99; FeO - 5.35; SiO2 - 60.03; TiO2 - 0.96; CaO 0.62; MgO - 2.14; K2 O - 3.42; Na2O - 1.57.

Пример 18. Проппант, полученный как в примере 6, отличающийся тем, что в качестве исходного материала использовали кианит, содержащий (мас.%): Аl2O3 - 44,4; Fe2O3 - 0,5; SiO2 - 54,4; TiO2 - 0,6; CaO - 0,7; MgO - сл.Example 18. The proppant obtained as in example 6, characterized in that as the starting material used kyanite containing (wt.%): Al2O3 - 44.4; Fe2O3 - 0.5; SiO2 54.4; TiO2 0.6; CaO - 0.7; MgO - cl.

Пример 19. Проппант, полученный как в примере 6, отличающийся тем, что в качестве исходного материала использовали полевые шпаты, содержащие (мас.%): SiO2(общ) - 69,50, в т.ч. кварц (свободный) - 29,8; Аl2O3 - 21,41; Fe2O3 - 0, 3; K2O+Na2O - 7,8; CaO+MgO - 1,5.Example 19. The proppant obtained as in example 6, characterized in that as the starting material used feldspars containing (wt.%): SiO2 (total) - 69.50, including quartz (free) - 29.8; Al2O3 - 21.41; Fe2O3 - 0.3; K2O + Na2O - 7.8; CaO + MgO - 1.5.

Пример 20. Проппант, полученный как в примере 6, отличающийся тем, что в качестве исходного материала использовали вермикулит, содержащий (мас.%): SiO2 - 40,50; Аl2O3 - 32,40; Fe2O3 - 7,3; K2O+Na2O - 5,1; CaO+MgO - 14,3.Example 20. The proppant obtained as in example 6, characterized in that vermiculite containing (wt.%) Was used as starting material: SiO2 - 40.50; Al2 O3 32.40; Fe2O3 7.3; K2O + Na2O - 5.1; CaO + MgO - 14.3.

Пример 21. Проппант, полученный как в примере 6, отличающийся тем, что в качестве исходного материала использовали глинистые сланцы, содержащие (мас.%): SiO2 - 57,35; Аl2O3 - 22,43; Fe2O3 - 6,25; CaO+MgO - 12,17.Example 21. The proppant obtained as in example 6, characterized in that as the starting material used shale containing (wt.%): SiO2 - 57.35; Al2O3 22.43; Fe2 O3 - 6.25; CaO + MgO - 12.17.

Пример 22. Проппант, полученный как в примере 6, отличающийся тем, что в качестве исходного материала использовали глинозем металлургический марки Г-1, содержащий (мас.%): Аl2O3 - 98,25; SiO2 - 0,05; Fe2O3 - 0,04; TiO2+V2O5+Cr2O3+MnO - 0,02; ZnO - 0,03; P2O5 - 0,002; K2O+Na2O - 0,4.Example 22. The proppant obtained as in example 6, characterized in that as the starting material used alumina metallurgical grade G-1, containing (wt.%): Al2O3 - 98.25; SiO2 0.05; Fe2O3 - 0.04; TiO2 + V2O5 + Cr2O3 + MnO - 0.02; ZnO - 0.03; P2O5 0.002; K2O + Na2O - 0.4.

Пример 23. Проппант, полученный как в примере 6, отличающийся тем, что в качестве исходного материала использовали доменный шлак, содержащий (мас.%): СаО - 38,20; Аl2O3 - 17,30; SiO2 - 32,00; Fe2O3 - 0,50; MgO - 6,40; MnO - 1,50.Example 23. The proppant obtained as in example 6, characterized in that the source material used blast furnace slag containing (wt.%): CaO - 38,20; Al2O3 - 17.30; SiO2 32.00; Fe2O3 0.50; MgO - 6.40; MnO - 1.50.

Пример 24. Проппант, полученный как в примере 6, отличающийся тем, что в качестве исходного материала использовали отходы глиноземного производства - пыль электрофильтров печей кальцинации гидроксида алюминия, содержащую (мас.%): Аl2O3 - 98,20; SiO2 - 0,05; Fe2O3 - 0,03; TiO2+V2O5+Cr2O3+MnO - 0,02; ZnO - 0,02; Р2O5 - 0,002; K2O+Na2O - 0,3.Example 24. The proppant obtained as in example 6, characterized in that the alumina production waste was used as the starting material — dust of electrostatic precipitators of aluminum hydroxide calcination furnaces, containing (wt.%): Al2O3 - 98.20; SiO2 0.05; Fe2O3 - 0.03; TiO2 + V2O5 + Cr2O3 + MnO - 0.02; ZnO - 0.02; P2O5, 0.002; K2O + Na2O - 0.3.

Пример 25. Проппант, полученный как в примере 6, отличающийся тем, что в качестве исходного материала использовали смесь, содержащую 80 мас.% базальта (состав как в примере 1) и 20 мас.% глинозема металлургического марки Г-1 (как в примере 22).Example 25. The proppant obtained as in example 6, characterized in that as the starting material used a mixture containing 80 wt.% Basalt (composition as in example 1) and 20 wt.% Alumina metallurgical grade G-1 (as in example 22).

Пример 26. Проппант, полученный как в примере 6, отличающийся тем, что в качестве природного материала, содержащего, по крайней мере, одни из оксидов следующих элементов - Mg, Са, Ti, Zr, Hf, Cr, Mo, W, B, Al, Si, Na, K, Fe, использовали цирконовый порошок, содержащий (мас.%): ZrO2+HfO2 - 65,7; TiO2 - 0,25; Аl2O3 - 1,2; Fe2O3 - 0,08; CaO+MgO - 0,1; P2O5 - 0,12; SiO2 - 32,0.Example 26. The proppant obtained as in example 6, characterized in that as a natural material containing at least one of the oxides of the following elements - Mg, Ca, Ti, Zr, Hf, Cr, Mo, W, B, Al, Si, Na, K, Fe, used zircon powder containing (wt.%): ZrO2 + HfO2 - 65.7; TiO2 0.25; Al2O3 - 1.2; Fe2O3 - 0.08; CaO + MgO - 0.1; P2O5 0.12; SiO2 - 32.0.

Свойства проппантов, полученных в примерах 1-26, приведены в таблице, в которой в примере 27 для сравнения показаны свойства проппантов, полученных из бокситов по известной технологии обжигом гранул во вращающейся печи. Проппанты испытывали в соответствии с международной методикой тестирования проппанта API RP 60.The properties of the proppants obtained in examples 1-26 are shown in the table, in which example 27 shows, for comparison, the properties of proppants obtained from bauxite according to the known technology of firing granules in a rotary kiln. Proppants were tested in accordance with the international proppant testing methodology API RP 60.

№ примNo. approx округлостьroundness сферичностьsphericity прочность (к-во разрушенных гранул) при давленииstrength (number of destroyed granules) at pressure пикн. плотн. γпpicn. tight γp Раство римость в HCl+HFSolubility in HCl + HF по Крубейну и Слоссуaccording to Krubein and Sloss 10000 psi10,000 psi 15000 psi15000 psi 400-800 мкм400-800 microns 800-1600 мкм800-1600 microns 400-800 мкм400-800 microns 800-1600 мкм800-1600 microns болееmore мас.%wt.% мас.%wt.% мас.%wt.% мас.%wt.% г/см3g / cm3 мас.%wt.% 1one 0,80.8 0,80.8 2,72.7 11,411,4 4,84.8 16,316.3 1,51,5 0,90.9 22 0,90.9 0,80.8 2,92.9 11,811.8 5,25.2 17,817.8 1,51,5 1,01,0 33 0,90.9 0,80.8 2,72.7 11,611.6 4,94.9 16,416,4 1,51,5 0,90.9 4four 0,90.9 0,90.9 3.13.1 11,811.8 5,15.1 16,216,2 1,71.7 1,21,2 55 0,90.9 0,80.8 2,52.5 10,910.9 4,24.2 15,815.8 1,61,6 1,01,0 66 0,90.9 0,90.9 2,82,8 11.011.0 5,75.7 15,915.9 1,71.7 1,41.4 77 0,80.8 0,90.9 2,92.9 10.010.0 4,34.3 14,814.8 2,12.1 3,23.2 88 0,90.9 0,80.8 2,82,8 12,012.0 5,05,0 16,916.9 1,01,0 4,44.4 99 0,90.9 0,90.9 2,72.7 10,710.7 4,94.9 16,216,2 1,11,1 5,85.8 1010 0,80.8 0,90.9 5,25.2 15,815.8 8,28.2 20,120.1 2,02.0 2,32,3 11eleven 0,90.9 0,90.9 2,92.9 10,910.9 5,45,4 15,415.4 1,81.8 3,03.0 1212 0,90.9 0,90.9 3, 83, 8 11,011.0 4,74.7 12,512.5 1,51,5 4,24.2 1313 0,80.8 0,90.9 5,35.3 13,113.1 7,87.8 14,214.2 1,21,2 3,93.9 14fourteen 0,90.9 0,90.9 4,74.7 12,012.0 5,15.1 11,811.8 1,21,2 3,73,7 15fifteen 0,90.9 0,90.9 2,12.1 10,310.3 3,93.9 11,711.7 2,72.7 2,42,4 1616 0,90.9 0,90.9 3,73,7 10,910.9 4,94.9 12,312.3 1,61,6 4,94.9 1717 0,90.9 0,90.9 3,83.8 10,710.7 5,05,0 12,212,2 1,61,6 5,05,0 18eighteen 0,90.9 0,90.9 3,93.9 11,011.0 5,25.2 12,612.6 2,12.1 3,93.9 1919 0,90.9 0,80.8 5,25.2 14,014.0 7,17.1 17,917.9 1,31.3 3,83.8 20twenty 0,90.9 0,90.9 5,95.9 15,215,2 7,37.3 18,018.0 1,61,6 4,34.3 2121 0,90.9 0,80.8 6,26.2 16,116.1 7,77.7 19,119.1 1,41.4 5,15.1 2222 0,80.8 0,90.9 2,12.1 10,010.0 3,73,7 11,111.1 3,53,5 2,12.1 2323 0,80.8 0,90.9 6,26.2 17,317.3 8,98.9 19,819.8 1,61,6 5, 0fifty 2424 0,80.8 0,90.9 2,02.0 10,110.1 3,73,7 11,011.0 3,33.3 2,02.0 2525 0,90.9 0,90.9 2,62.6 10,810.8 4,34.3 15,915.9 2,52.5 1,01,0 2626 0,80.8 0,80.8 1,91.9 7,07.0 2,42,4 7,97.9 3,53,5 1,91.9 2727 0,70.7 0,70.7 5,25.2 18,918.9 11,411,4 26,226.2 2,62.6 4,24.2

Проппанты, полученные в соответствии с предлагаемым изобретением, превосходят по основным характеристикам проппанты, полученные из боксита по известному способу (пример 27). Более высокие значения округлости и сферичности проппантов обеспечивают ламинарность потока нефти, что увеличивает проницаемость трещины гидроразрыва и соответственно производительность скважины. Кроме того, проппанты, полученные по предлагаемому способу, могут применяться на больших глубинах залегания нефтяных и газовых пластов, т.к. способны выдержать давления до 15000 psi, в то время как прочность проппантов примера 6 при этом давлении не соответствует требованиям международного стандарта API RP 60.The proppants obtained in accordance with the invention are superior in basic characteristics to the proppants obtained from bauxite by a known method (example 27). Higher values of roundness and sphericity of proppants provide laminar flow of oil, which increases the permeability of the fracture and, accordingly, the productivity of the well. In addition, the proppants obtained by the proposed method can be used at large depths of oil and gas reservoirs, because able to withstand pressures up to 15,000 psi, while the strength of the proppants of example 6 at this pressure does not meet the requirements of the international standard API RP 60.

Преимущество предлагаемого способа получения проппантов с аморфной оболочкой в том, что формирование проппантов происходит в одном агрегате, отличающемся высокой энергетической эффективностью, мобильностью и экологической безопасностью. Заявленный способ позволяет расширить сырьевую базу производства проппантов.The advantage of the proposed method for producing proppants with an amorphous shell is that the formation of proppants occurs in one unit, characterized by high energy efficiency, mobility and environmental safety. The claimed method allows to expand the raw material base for the production of proppants.

Источники информацииInformation sources

Figure 00000001
Figure 00000002
Figure 00000001
Figure 00000002

Claims (11)

1. Способ получения проппанта, используемого при добыче нефти и газа методом гидравлического разрыва пласта, состоящий из предварительной подготовки исходного минерального сырья, плавления сырья с получением из него гранул в реакторе газоразрядной низкотемпературной плазмы, охлаждения гранул и рассева их на товарные фракции, отличающийся тем, что при охлаждении гранул скорость охлаждения поверхности гранул более 1,0·106 °С/с.1. The method of producing proppant used in oil and gas production by hydraulic fracturing, consisting of preliminary preparation of the initial mineral raw material, melting the raw material from it into granules in a gas-discharge low-temperature plasma reactor, cooling the granules and sieving them into commercial fractions, characterized in that when cooling the granules, the cooling rate of the surface of the granules is more than 1.0 · 10 6 ° C / s. 2. Способ получения проппанта по п.1, отличающийся тем, что предварительная подготовка исходного минерального сырья состоит в дроблении и измельчении до крупности частиц 100-2000 мкм.2. The method of producing proppant according to claim 1, characterized in that the preliminary preparation of the initial mineral raw material consists in crushing and grinding to a particle size of 100-2000 microns. 3. Способ получения проппанта по п.1, отличающийся тем, что предварительная подготовка исходного минерального сырья состоит в получении гранул фракции 150-2500 мкм грануляцией смеси измельченного до среднего размера зерен 3-5 мкм минерального сырья с 4%-ным водным раствором карбометилцеллюлозы в качестве связующего.3. The method of producing proppant according to claim 1, characterized in that the preliminary preparation of the initial mineral raw material consists in obtaining granules of a fraction of 150-2500 μm by granulation of a mixture of 3-5 μm mineral raw materials crushed to an average grain size with a 4% aqueous solution of carbomethyl cellulose in as a binder. 4. Способ получения проппанта по п.1, отличающийся тем, что плавление предварительно подготовленного минерального сырья осуществляют в плазменном реакторе газоразрядной плазмы низкого давления - низкотемпературной плазмы.4. The method of producing proppant according to claim 1, characterized in that the melting of the previously prepared mineral raw materials is carried out in a plasma reactor of a low-pressure gas-discharge plasma — low-temperature plasma. 5. Способ получения проппанта по п.9, отличающийся тем, что газоразрядная плазма образована применением одного из следующих газов: азот, аргон, один из углеводородных газов, водород.5. The method of producing proppant according to claim 9, characterized in that the gas-discharge plasma is formed using one of the following gases: nitrogen, argon, one of the hydrocarbon gases, hydrogen. 6. Способ получения проппанта по п.9, отличающийся тем, что газоразрядная плазма образована при расходе плазмообразующего газа 8-15·10-5 м3/с.6. The method of producing proppant according to claim 9, characterized in that the gas-discharge plasma is formed at a flow rate of plasma-forming gas of 8-15 · 10 -5 m 3 / s. 7. Проппант, используемый при добыче нефти и газа методом гидравлического разрыва пласта, полученный способом по п.1 в виде гранул с диаметром 100-2000 мкм и пикнометрической плотностью 1,0-3,5 г/см3, из минерального сырья, состоящий из сердцевины и оболочки, где структура оболочки аморфная.7. The proppant used in oil and gas production by hydraulic fracturing, obtained by the method according to claim 1 in the form of granules with a diameter of 100-2000 μm and a pycnometric density of 1.0-3.5 g / cm 3 , consisting of mineral raw materials, consisting of from the core and shell, where the shell structure is amorphous. 8. Проппант по п.7, отличающийся тем, что в качестве минерального сырья могут быть природные или искусственно полученные оксидные материалы, содержащие, по крайней мере, одни из оксидов следующих элементов - Mg, Са, Ti, Zr, Hf, Cr, Mo, W, В, Al, Si, Na, K, Fe.8. The proppant according to claim 7, characterized in that the mineral raw materials can be natural or artificially produced oxide materials containing at least one of the oxides of the following elements — Mg, Ca, Ti, Zr, Hf, Cr, Mo , W, B, Al, Si, Na, K, Fe. 9. Проппант по п.7, отличающийся тем, что в качестве минерального сырья могут быть габбро, базальт, бокситы, природные необожженные гидраты алюминия, нефелиновые сиениты, глины, каолины, дистен-силлиманитовые концентраты, андалузит, силлиманит, кианит, полевые шпаты, вермикулит, глинистые сланцы, глинозем металлургический, доменные шлаки, отходы производства глинозема или их смеси.9. The proppant according to claim 7, characterized in that the mineral raw materials may be gabbro, basalt, bauxite, natural unbaked aluminum hydrates, nepheline syenites, clays, kaolins, distene-sillimanite concentrates, andalusite, sillimanite, kyanite, feldspars, vermiculite, clay shales, metallurgical alumina, blast furnace slag, alumina production waste or mixtures thereof. 10. Проппант по п.7, отличающийся тем, что оболочка содержит карбиды и/или нитриды, по крайней мере, одного из следующих элементов - Mg, Са, Ti, Zr, Hf, Cr, Mo, W, B, Al, Si, Na, K, Fe.10. The proppant according to claim 7, characterized in that the shell contains carbides and / or nitrides of at least one of the following elements — Mg, Ca, Ti, Zr, Hf, Cr, Mo, W, B, Al, Si , Na, K, Fe. 11. Проппант по п.7, отличающийся тем, что оболочка имеет толщину от 0,5 нм до 1,0·106 нм. 11. The proppant according to claim 7, characterized in that the shell has a thickness of from 0.5 nm to 1.0 · 10 6 nm.
RU2010109964/03A 2010-03-17 2010-03-17 Proppant and production method thereof RU2447126C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2010109964/03A RU2447126C2 (en) 2010-03-17 2010-03-17 Proppant and production method thereof

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2010109964/03A RU2447126C2 (en) 2010-03-17 2010-03-17 Proppant and production method thereof

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2010109964A RU2010109964A (en) 2011-09-27
RU2447126C2 true RU2447126C2 (en) 2012-04-10

Family

ID=44803455

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2010109964/03A RU2447126C2 (en) 2010-03-17 2010-03-17 Proppant and production method thereof

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2447126C2 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2798284C1 (en) * 2022-08-03 2023-06-21 Акционерное общество "Боровичский комбинат огнеупоров" Charge for obtaining proppant and proppant

Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4717594A (en) * 1984-07-02 1988-01-05 Graham John W High strength particulates
US4725390A (en) * 1985-06-12 1988-02-16 Minnesota Mining And Manufacturing Company Process for making ceramic spheroids
US5005645A (en) * 1989-12-06 1991-04-09 Mobil Oil Corporation Method for enhancing heavy oil production using hydraulic fracturing
RU2098618C1 (en) * 1995-12-27 1997-12-10 Татьяна Николаевна Жаркова Method for production of propping agent
US6059034A (en) * 1996-11-27 2000-05-09 Bj Services Company Formation treatment method using deformable particles
RU2257465C2 (en) * 2003-10-13 2005-07-27 Закрытое акционерное общество "Уралсервис" Proppant preparation method and proppant
EA200702405A1 (en) * 2005-06-02 2008-02-28 Шлюмбергер Текнолоджи Б.В. DISCONNECTING AGENTS FOR PREVENTION OF CAPTURE DEPOSIT
RU2318856C1 (en) * 2006-06-09 2008-03-10 Общество С Ограниченной Ответственностью "Форэс" Proppant and a method for preparation thereof
RU2344155C2 (en) * 2006-12-27 2009-01-20 Шлюмбергер Текнолоджи Б.В. Proppant on basis of aluminium silicates, method of its preparation and method of its application
WO2009012455A1 (en) * 2007-07-18 2009-01-22 Oxane Materials, Inc. Proppants with carbide and/or nitride phases
RU2346971C2 (en) * 2006-12-27 2009-02-20 Шлюмбергер Текнолоджи Б.В. Propping agent, method for production and application thereof

Patent Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4717594A (en) * 1984-07-02 1988-01-05 Graham John W High strength particulates
US4725390A (en) * 1985-06-12 1988-02-16 Minnesota Mining And Manufacturing Company Process for making ceramic spheroids
US5005645A (en) * 1989-12-06 1991-04-09 Mobil Oil Corporation Method for enhancing heavy oil production using hydraulic fracturing
RU2098618C1 (en) * 1995-12-27 1997-12-10 Татьяна Николаевна Жаркова Method for production of propping agent
US6059034A (en) * 1996-11-27 2000-05-09 Bj Services Company Formation treatment method using deformable particles
RU2257465C2 (en) * 2003-10-13 2005-07-27 Закрытое акционерное общество "Уралсервис" Proppant preparation method and proppant
EA200702405A1 (en) * 2005-06-02 2008-02-28 Шлюмбергер Текнолоджи Б.В. DISCONNECTING AGENTS FOR PREVENTION OF CAPTURE DEPOSIT
RU2318856C1 (en) * 2006-06-09 2008-03-10 Общество С Ограниченной Ответственностью "Форэс" Proppant and a method for preparation thereof
RU2344155C2 (en) * 2006-12-27 2009-01-20 Шлюмбергер Текнолоджи Б.В. Proppant on basis of aluminium silicates, method of its preparation and method of its application
RU2346971C2 (en) * 2006-12-27 2009-02-20 Шлюмбергер Текнолоджи Б.В. Propping agent, method for production and application thereof
WO2009012455A1 (en) * 2007-07-18 2009-01-22 Oxane Materials, Inc. Proppants with carbide and/or nitride phases

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ПРОХОРОВ A.M. и др. Большая советская энциклопедия. - М.: Советская энциклопедия, т.19, 1975, с.602. *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2798284C1 (en) * 2022-08-03 2023-06-21 Акционерное общество "Боровичский комбинат огнеупоров" Charge for obtaining proppant and proppant

Also Published As

Publication number Publication date
RU2010109964A (en) 2011-09-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CA2659669C (en) A composition and method for making a proppant
US8047288B2 (en) Proppants with carbide and/or nitride phases
US10000690B2 (en) Ceramic particles with controlled pore and/or microsphere placement and/or size and method of making same
CA2917466C (en) Proppants and methods of making the same
CA2880426C (en) Synthetic proppants and monodispersed proppants and methods of making the same
CA2593594C (en) Ceramic proppant with low specific weight
US8012533B2 (en) Composition and method for making a proppant
AU2015259045B2 (en) Ultra-light ultra-strong proppants
Barrientos-Hernández et al. Effect of particle size and sintering temperature on the formation of mullite from kyanite and aluminum mixtures
RU2447126C2 (en) Proppant and production method thereof
CA2003526A1 (en) Ceramic microspheres
AU2013200446B2 (en) A composition and method for making a proppant
RU2650145C1 (en) Charge and method of producing proppant
RU2650149C1 (en) Feed for manufacturing of light-proof silicon proppant and proppant