СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПРОППАНТА И ПРОППАНТ Российский патент 2018 года по МПК C09K8/80 

Изобретение относится к нефтегазовой промышленности, а именно к производству проппанта, используемого в качестве расклинивающего агента при добыче нефти и газа методом гидравлического разрыва пласта.

Гидравлический разрыв пласта (ГРП) - наиболее прогрессивный способ добычи нефти и газа, позволяющий значительно увеличить производительность скважин. Сущность метода ГРП заключается в закачивании под большим давлением вязкой жидкости гидроразрыва в нефте- и газоносные пласты, в результате чего, в пласте образуется трещина, в которую проникает жидкость. Для сохранения трещин в разомкнутом состоянии в закачиваемую жидкость добавляют сферические гранулы (проппант), которые, проникая с жидкостью в трещину и заполняя ее, создают прочный расклинивающий каркас с высокой проницаемостью для нефти и газа.

Существуют различные способы получения гранул: грануляцией исходного сырья, экструзией с последующим окатыванием, распылением суспензии в сушильном барабане или в кипящем слое, распылением расплава оксидов металлов с последующей их закалкой и др. В мировой практике производства проппанта наиболее распространенным способом является грануляция исходного сырья.

В патенте /патент США №4668645, 26.05.1987/ для производства гранул используют смеситель-гранулятор, в котором формирование гранул проводят при постоянной скорости вращения чаши смесителя-гранулятора. Частоту вращения мешалки изменяют в зависимости от стадии грануляции.

Способ получения проппанта экструзией описан в патенте /Патент ЕР 2407524, 18.01.2012/. Перед спеканием и экструзией исходный материал тщательно измельчают для обеспечения лучшего процесса спекания и придания проппанту максимальной прочности.

Известны способы получения проппанта экструзией исходной шихты /патент США №6235665, 22.05.2001; патент США №6773825, 10.08.2004; заявка США №20160083645, 34.03.2016/. В предлагаемых способах предусмотрена подача нескольких исходных сырьевых материалов для получения многослойного пропанта.

Способ изготовления проппанта, описанный в изобретении /Патент РФ №2514037, 18.09.2012/, включает в себя приготовление шликера, введение в полученный шликер водорастворимого связующего вещества, каплеобразование путем вибрационного воздействия на ламинарную струю, отверждение капель в водном растворе закрепляющего вещества и последующий обжиг.

Известен способ получения проппанта /Заявка США №20160068744. 10.03.2016/, в котором обжиг гранул, полученных из пульпы, содержащей исходное алюмосиликатное сырье, осуществляют в микроволновой печи при температуре 1480-1520°С. Полученные гранулы имеют средний размер около 200 мкм, насыпную плотность около 1,35 7/см³ и удельную плотность больше чем 2,60 г/см³.

Авторы патента /Патент РФ №2452759. 10.06.2012/ предлагают получать проппант гранулированием измельченной сырьевой смеси в турбосмесителе с интенсивным круговым перемешиванием массы. Гранулы доводят до требуемой сферичности в тарельчатом грануляторе интенсивным воздействием погруженных турбин, количество которых должно быть не менее двух.

Получение проппанта в смесителе-грануляторе из различных видов алюмосиликатного сырья известно из ряда патентов /RU №2014281. 15.06. 1994; RU №2140874. 02.10.1998, RU №2267010. 27.12.2005; RU №2339670. 27.11.2008; RU №2392295. 20.06.2010; RU №2518618. 09.04.2014/.

Наиболее близким по совокупности признаков к данному изобретению является патент /RU №2129987. 09.01.1998/, в котором проппант получают в смесителе-грануляторе с вращающейся с постоянной скоростью тарельчатой чашей и роторной мешалкой. При увлажнении алюмосиликатного сырья скорость вращения роторной мешалки увеличивают прямо пропорционально количеству введенного увлажнителя от 5 до 50 м/с, а после образования гранул в смеситель-гранулятор дополнительно вводят измельченное сырье при скорости вращения роторной мешалки 5-25 м/с.

Основным недостатком приведенных примеров является недостаточный выход требуемых фракций проппанта, что снижает производительность гранулятора-смесителя.

Данный недостаток позволяет устранить предлагаемый способ получения проппантов. Технической задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является увеличение выхода товарных фракций проппанта, стабилизация размеров гранул и достижение требуемой их округлости и сферичности.

Указанный результат достигается тем, что в способе получения проппанта, включающем предварительную термообработку исходного сырья, его помол, гранулирование при добавлении связующего в смеситель-гранулятор с вращающимися в разных направлениях чашей и роторной меткой, скорость вращения которой увеличивают по мере увеличения подачи связующего от 300-700 об/мин до 2000-2500 об/мин, добавление в смеситель-гранулятор исходного термообработанного молотого сырья, сушку при температуре 110-550°C и рассев высушенных гранул на требуемые фракции, обжиг высушенных гранул при температуре 900-1600°C и рассев обожженных гранул на товарные фракции, для увеличения выхода товарных фракций проппанта, стабилизации размеров гранул и достижения требуемой их округлости и сферичности скорость вращения чаши смесителя-гранулятора увеличивают по мере увеличения подачи связующего от 300-500 об/мин до 1000-1200 об/мин, а при добавлении в смеситель-гранулятор термообработанного молотого сырья в количестве 5,0-30,0 масс. % от массы исходного термообработанного сырья, скорость вращения чаши гранулятора снижают до 300-500 об/мин.

Несмотря на то что высокоскоростные смесители-грануляторы EIRICH, которые предпочитают многие производители керамического проппанта, являются высокопроизводительными аппаратами, как правило, получаемые гранулы имеют полидисперсный состав, в котором содержание требуемых фракций не превышает 40,0-60,0 масс. %, что значительно снижает производительность гранулятора-смесителя. После сушки гранул проводят их предварительный рассев на требуемые фракции, т.е. фракции, которые после обжига, учитывая усадку гранул, позволяют получить товарные фракции проппанта. В связи с этим, термин «выход товарных фракций проппанта» - это процент массы товарных фракций проппанта от массы обожженных гранул.

Формирование зародышей грануляции начинается при подаче связующего, т.е. водного раствора органического связующего, в исходную шихту, что дает возможность получить высокую плотность гранулируемой массы. С увеличением диаметра формируемых гранул необходимо увеличение усилия для уплотнения их структуры. Уплотнение структуры гранулы происходит за счет увеличения скорости движения частиц по траектории завихрения гранулируемой массы, что обеспечивается при увеличении скорости вращения роторной мешалки от 300-700 об/мин до 2000-3000 об/мин. Необходимые форма и размеры гранул получаются за счет вращения гранулы вокруг собственной оси, что обеспечивается вращением чаши смесителя-гранулятора, и добавлением исходного термообработанного молотого сырья на заключительной стадии грануляции. Чем больше скорость вращения чаши смесителя-гранулятора, тем больше скорость вращения гранулы вокруг собственной оси и тем быстрее наносится на ее поверхность дополнительно добавленное термообработанное молотое сырье.

Поскольку термообработанное молотое сырье дополнительно добавляют в смеситель-гранулятор без добавления связующего, влажность поверхностного слоя уменьшается, и прекращается увеличение размера гранулы. Снижение скорости вращения чаши смесителя-гранулятора на данном этапе грануляции позволяет не только стабилизировать размеры гранул, но и увеличить их округлость и сферичность. Экспериментально установлено, что по мере увеличения размеров гранул, увеличивая скорость вращения чаши смесителя-гранулятора от 300-500 об/мин до 1000-1200 об/мин, и при достижении требуемых размеров гранул, снижая скорости вращения смесителя-гранулятора до 300 об/мин, можно получить содержание товарной фракции проппанта до 80,0 масс. % с округлостью и сферичностью не менее 0,7.

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, доломита увеличивает пористость проппанта и спекаемость гранул, снижая температуру их обжига и, как следствие, себестоимость проппанта.

Применение для производства проппанта смесей каолина Боровичско-Любытинской группы месторождений с кварцевым песком, серпентинитом, дунитом, оливинитом, отходами обогащения и переработки магнийсодержащего сырья, отходами переработки борсодержащего сырья, борным грунтом, ганистром, обогащенным магнийсодержащим сырьем, обосновано не только расширением сырьевой базы производства проппанта, но и получением прочной магнийсиликатной керамической структуры. Прочность керамических изделий (D) можно характеризовать энергоплотностью (кДж/см³) - суммарным количеством энергии, которое необходимо затратить на полное разрушение единицы объема материала, равным энергии образования (ΔG_т - изменения энергии Гиббса) к мольному объему V соединения: D=ΔG_т/V. По теоретически рассчитанным данным энергоплотность (прочность) кристаллических фаз, которые присутствуют в заявленных проппантах, убывает в ряду: корунд, шпинель, периклаз, муллит, форстерит и кварц. Таким образом, магнийсиликатные проппанты, хотя и уступают по прочности проппантам с муллитокорундовой структурой, могут успешно применяться при добыче нефти и газа методом гидроразрыва пласта.

Широкий интервал температур предварительной термообработки, предлагаемый в изобретении, объясняется тем, что для бокситов, каолинов, кианитов, андалузитов, сиенитов требуются температуры предварительной термообработки 600-1450°C, чтобы обеспечить активизацию их кристаллической структуры, а для золошлаковых отходов, золы-уноса, белитового шлама, мела технического, доломита достаточны температуры 110-600°C, необходимые для удаления влаги.

На процесс грануляции и обжига высушенных гранул влияет помол предварительно термообработанного исходного сырья. Чем меньше размер частиц молотого исходного сырья, тем прочнее образующиеся сырые гранулы и тем выше скорость процесса спекания гранул, при их обжиге. Содержание частиц с размерами менее 63,0 мкм > 90,0 масс. % при среднем размере частиц 3,0-5,0 мкм в молотом исходном сырье обеспечивают необходимую прочность сырых и обожженных гранул.

Для получения проппанта использовали связующие, которые обладают высокими адгезионными свойствами. Из таких связующих веществ наиболее доступными являются карбометилцеллюлоза, метилцеллюлоза, лигносульфаты технические. Все перечисленные связующие при растворении в воде образуют золь-гель растворы, которые содержат во взвешенном состоянии наночастицы, обладающие высокой поверхностной энергией. Обволакивая частицы измельченного алюмосиликатного сырья, связующее создает условия для возникновения прочных связей между этими частицами. Механизм действия всех предлагаемых в данной заявке связующих одинаков, и достаточно близки технические результаты их применения. Кроме того, при получении проппанта из смесей, содержащих магнийсиликатное сырье и пластификаторы, использовали в качестве эффективного связующего воду или водный раствор поливинилового спирта.

Температура обжига высушенных гранул - 900-1600°C определяется химическим и минералогическим составом исходного сырья. Чем выше содержание оксида алюминия в исходном сырье, тем выше температура его обжига, т.к. образование высокотемпературной кристаллической фазы корунда заканчивается при температуре 1600°C. Наличие в исходном сырье таких компонентов, как золошлаковые отходы, зола-уноса, белитовый шлам, мел технический, доломит, отходы обогащения магниевых руд, борные грунты позволяет снизить температурный интервал обжига высушенных гранул до 900-1450°C.

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.

Пример 1. 1 кг исходного сырья - предварительно термообработанный при 1350°C боксит (ТУ 1512-006-00200992-2001), содержащий, масс. %: Al₂O₃ - 71,3; Fe₂O₃ - 1,7; SiO₂ - 16,9; TiO₂ - 4,2; CaO+MgO - 0,9; K₂O+Na₂O - 1,0; измельченный до содержания частиц с размерами менее 63,0 мкм, равного 93,0 масс. % при среднем размере частиц 3,0 мкм, гранулируют в смесителе-грануляторе Eirich при добавлении связующего - 3,0% водного раствора карбометилцеллюлозы (ТУ 2231-001-53535770-2010) в количестве 200 г, т.е. 20,0 масс. % от массы исходного сырья 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, т.е. 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°C. После рассева высушенных гранул, с выделением фракции 0,2-4,2 мм, их обжигают во вращающейся печи при температуре 1600°C. Обожженные гранулы с насыпной плотностью 2,1 г/см³, с округлостью 0,8 и сферичностью 0,8 рассевают на товарные фракции 0,15-0,4 мм, 0,4-0,8 мм, 0,8-2,0 мм и 2,0-4,0 мм. Выход товарных фракций составляет 80,0 масс. %.

Пример 2. Способ получения проппанта как в примере 1, отличающийся тем, что при подаче связующего скорость вращения роторной мешалки увеличивают от начальной скорости вращения 600 об/мин до 2300 об/мин, а скорость вращения чаши смесителя-гранулятора - от 400 об/мин до 1100 об/мин. После окончания подачи связующего в смеситель-гранулятор добавляют исходный термообработанный молотый боксит в количестве 200 г, т.е. 20,0 масс. % от массы исходного сырья, при скорости вращения роторной мешалки 600 об/мин и скорости вращения чаши смесителя-гранулятора 400 об/мин. Обожженные гранулы рассевают на товарные фракции 0,4-0,8 мм, 0,8-1,4 мм и 1,4-2,0 мм. Выход товарных фракций составляет 71,0 масс. %.

Пример 3. Способ получения проппанта как в примере 2, отличающийся тем, что при подаче связующего скорость вращения роторной мешалки увеличивают от начальной скорости вращения 700 об/мин до 3000 об/мин, а скорость вращения чаши смесителя-гранулятора - от 500 об/мин до 1200 об/мин. После окончания подачи связующего в смеситель-гранулятор добавляют исходный термообработанный молотый боксит в количестве 250 г, т.е. 25,0 масс. % от массы исходного сырья, при скорости вращения роторной мешалки 700 об/мин и скорости вращения чаши смесителя-гранулятора 500 об/мин. Выход товарных фракций составляет 75,0 масс. %.

Пример 4. Способ получения проппанта как в примере 3, отличающийся тем, что в качестве исходного сырья используют предварительно термообработанный при 600°C каолин (ТУ 5729-070-00284530-96), содержащий (масс. %): Al₂O₃ - 29,5; SiO₂ - 65,7; Fe₂O₃ - 1,2; TiO₂ - 1,4; CaO - 0,5; MgO - 0,5; Na₂O - 0,8; Кa₂O - 0,7, измельченный до содержания частиц с размерами менее 63,0 мкм, равного 91,0 масс. % при среднем размере частиц 3,0 мкм, гранулируют при добавлении связующего - 3,0% водного раствора метилцеллюлозы (ТУ 2231-107-57684455-2003) в количестве 400 г, т.е. 40 масс. % от массы исходного сырья. После окончания подачи связующего в смеситель-гранулятор добавляют исходный термообработанный молотый каолин в количестве 300 г, т.е. 30,0 масс. % от массы исходного сырья. Обжиг высушенных при 250°C гранул осуществляют при 1450°C. Обожженные гранулы с насыпной плотностью 1,7 г/см³, с округлостью 0,9 и сферичностью 0,9 рассевают на товарные фракции 0,15-0,4 мм, 0,4-0,8 мм, 0,8-1,6 мм. Выход товарных фракций составляет 67,0 масс. %.

Пример 5. Способ получения проппанта как в примере 3, отличающийся тем, что в качестве исходного сырья используют предварительно термообработанный при 1400°C кианит (ТУ 14-10-017-98), содержащий (масс. %): Al₂O₃ - 62,25; SiO₂ - 37,53; CaO - 0,07; K₂O - 0,04, измельченный до содержания частиц с размерами менее 63,0 мкм, равного 93,0 масс. % при среднем размере частиц 3,0 мкм, гранулируют при добавлении связующего - 2,5% водного раствора метилцеллюлозы в количестве 250 г, т.е. 25 масс. % от массы исходного сырья. При подаче связующего скорость вращения роторной мешалки увеличивают от начальной скорости вращения 300 об/мин до 2500 об/мин, а скорость вращения чаши смесителя-гранулятора - от 300 об/мин до 1100 об/мин. После окончания подачи связующего в смеситель-гранулятор добавляют исходный термообработанный молотый кианит в количестве 50 г, т.е. 5,0 масс. % от массы исходного сырья при скорости вращения роторной мешалки 300 об/мин и скорости вращения чаши смесителя-гранулятора 300 об/мин. Обжиг высушенных при 550°C гранул осуществляют при 1450°C. Обожженные гранулы с насыпной плотностью 1,9 г/см³, с округлостью 0,8 и сферичностью 0,8 рассевают на товарные фракции 0,15-0,4 мм, 0,4-0,8 мм, 0,8-1,6 мм. Выход товарных фракций составляет 69,0 масс. %.

Пример 6. Способ получения проппанта как в примере 3, отличающийся тем, что в качестве исходного сырья используют предварительно термообработанный при 1450°C андалузит (ТУ 2458-285-00204197-2003), содержащий (масс. %): Al₂O₃ - 63,18; SiO₂ - 35,32; CaO+MgO - 0,09; K₂O - 0,05, измельченный до содержания частиц с размерами менее 63,0 мкм, равного 94,0 масс. % при среднем размере частиц 3,0 мкм, гранулируют при добавлении связующего - 3,0% водного раствора лигносульфатов технических (ТУ 2455-028-00279580-2004) в количестве 100 г, т.е. 10,0 масс. % от массы исходного сырья. После окончания подачи связующего в смеситель-гранулятор добавляют исходный термообработанный молотый андалузит в количестве 100 г, т.е. 10,0 масс. % от массы исходного сырья. Обжиг высушенных при 400°C гранул осуществляют при 1600°C. Обожженные гранулы с насыпной плотностью 2,0 г/см³, с округлостью 0,7 и сферичностью 0,8 рассевают на товарные фракции 0,4-0,8 мм, 0,8-1,2 мм. Выход товарных фракций составляет 55,0 масс. %.

Пример 7. Способ получения проппанта как в примере 3, отличающийся тем, что в качестве исходного сырья используют предварительно термообработанный при 1400°C силлиманит (ТУ 39-0147001-105-93), содержащий (масс. %): Al₂O₃ - 57,3; Fe₂O₃ - 0,7; SiO₂ - 38,5; TiO₂ - 2,2; CaO - 0,1; K₂O+Na₂O - 0,1, измельченный до содержания частиц с размерами менее 63,0 мкм, равного 93,0 масс. % при среднем размере частиц 3,0 мкм, гранулируют при добавлении связующего - 3,0% водного раствора метилцеллюлозы в количестве 200 г, т.е. 20 масс. % от массы исходного сырья. Обжиг высушенных при 500°C гранул осуществляют при 1500°C. Обожженные гранулы с насыпной плотностью 1,9 г/см³, с округлостью 0,7 и сферичностью 0,8 рассевают на товарные фракции 0,15-0,4 мм, 0,4-0,8 мм, 0,8-2,0 мм и 2,0-4,0 мм. Выход товарных фракций составляет 80,0 масс. %.

Пример 8. Способ получения проппанта как в примере 3, отличающийся тем, что в качестве исходного сырья используют смесь, состоящую из 80,0 масс. % предварительно термообработанного при 1350°C боксита и 20,0 масс. %, предварительно обожженных при 1200°C отходов обогащения углей Канско-Ачинского бассейна, содержащих, масс. %: Al₂O₃ - 11,2; SiO₂ - 37,8; Fe₂O₃ - 12,6; С - 3,1; CaO - 31,2; Na₂O+K₂O - 0,6; MgO - 3,5. Смесь измельчают до содержания частиц с размерами менее 63,0 мкм, равного 93,0 масс. % при среднем размере частиц 4,0 мкм. После окончания подачи связующего в смеситель-гранулятор добавляют исходную измельченную смесь в количестве 250 г, т.е. 25,0 масс. % от массы исходного сырья. Выход товарных фракций составляет 67,0 масс. %.

Пример 9. Способ получения проппанта как в примере 8, отличающийся тем, что в качестве исходного сырья используют смесь, состоящую из 70,0 масс. % предварительно термообработанного при 1400°C кианита и 30,0 масс. % предварительно термообработанных при 300°C золошлаковых отходов, образующихся при сжигании углей Канско-Ачинского бассейна, содержащих, масс. %: Al₂O₃ - 13,5; SiO₂ - 36,8; Fe₂O₃ - 12,6; С - 3,1; CaO - 30,1; Na₂O+K₂O - 0,7; MgO - 3,2. Смесь измельчают до содержания частиц с размерами менее 63,0 мкм, равного 90,0 масс. % при среднем размере частиц 5,0 мкм. Обжиг высушенных при 300°C гранул осуществляют при 1350°C. Обожженные гранулы с насыпной плотностью 1,7 г/см³, с округлостью 0,8 и сферичностью 0,8 рассевают на товарные фракции 0,4-0,8 мм, 0,8-1,2 мм. Выход товарных фракций составляет 71,0 масс. %.

Пример 10. Способ получения проппанта как в примере 8, отличающийся тем, что в качестве исходного сырья используют смесь, состоящую из 75,0 масс. % предварительно термообработанного при 1350°C боксита и 25,0 масс. % предварительно термообработанной при 110°C золы-уноса, образующейся при сжигании углей Канско-Ачинского бассейна, содержащей, масс. %: Al₂O₃ - 17,7; SiO₂ - 33,6; Fe₂O₃ - 11,3; С - 4,5; CaO - 29,3; Na₂O+K₂O - 0,8; MgO - 2,8. После окончания подачи связующего в смеситель-гранулятор добавляют исходную измельченную смесь в количестве 200 г, т.е. 20,0 масс. % от массы исходного сырья. Обжиг высушенных при 300°C гранул осуществляют при 1340°C. Обожженные гранулы с насыпной плотностью 1,7 г/см³, с округлостью 0,7 и сферичностью 0,8 рассевают на товарные фракции 0,4-0,8 мм, 0,8-1,2 мм. Выход товарных фракций составляет 75,0 масс. %.

Пример 11. Способ получения проппанта как в примере 8, отличающийся тем, что в качестве исходного сырья используют смесь, состоящую из 90,0 масс. % предварительно термообработанного при 1350°C боксита и 10,0 масс. % предварительно термообработанного при 300°C белитового шлама - отходов переработки нефелинов Хибинского месторождения, содержащего, масс. %: Al₂O₃ - 3,4; Fe₂O₃ - 2,2; TiO₂ - 0,3; MgO - 0,8; CaO - 57,8; SiO₂ - 30,9; Na₂O - 1,0; K₂O - 1,0; п.п.п. - 3,6. Обжиг высушенных при 350°C гранул осуществляют при 1280°C. Обожженные гранулы с насыпной плотностью 1,9 г/см³, с округлостью 0,9 и сферичностью 0,9 рассевают на товарные фракции 0,4-0,8 мм, 0,8-1,2 мм и 1,2-2,0. Выход товарных фракций составляет 80,0 масс. %.

Пример 12. Способ получения проппанта как в примере 8, отличающийся тем, что в качестве исходного сырья используют смесь, состоящую из 80,0 масс. % предварительно термообработанного при 1400°C кианита и 20,0 масс. % предварительно термообработанного при 300°C белитового шлама. Обжиг высушенных при 350°C гранул осуществляют при 1240°C. Обожженные гранулы с насыпной плотностью 1,8 г/см³, с округлостью 0,8 и сферичностью 0,9 рассевают на товарные фракции 0,4-0,8 мм, 0,8-1,2 мм и 1,2-2,0. Выход товарных фракций составляет 78,0 масс. %.

Пример 13. Способ получения проппанта как в примере 8, отличающийся тем, что в качестве исходного сырья используют смесь, состоящую из 75,0 масс. % предварительно термообработанного при 1450°C андалузита и 25,0 масс. %, предварительно термообработанного при 300°C белитового шлама. Обжиг высушенных при 350°C гранул осуществляют при 1220°C. Обожженные гранулы с насыпной плотностью 1,7 г/см³, с округлостью 0,9 и сферичностью 0,8 рассевают на товарные фракции 0,4-0,8 мм, 0,8-1,2 мм и 1,2-2,0. Выход товарных фракций составляет 75,0 масс. %.

Пример 14. Способ получения проппанта как в примере 8, отличающийся тем, что в качестве исходного сырья используют смесь, состоящую из 85,0 масс. % предварительно термообработанного при 1350°C боксита и 15,0 масс. %, предварительно термообработанного при 110°C мела технического МТД-1 ТУ-21-020350-06-92, содержащего не менее 98,0 мас. % CaCO₃. Обжиг высушенных при 350°C гранул осуществляют при 1320°C. Обожженные гранулы с насыпной плотностью 1,9 г/см³, с округлостью 0,8 и сферичностью 0,9 рассевают на товарные фракции 0,4-0,8 мм, 0,8-1,2 мм и 1,2-2,0. Выход товарных фракций составляет 74,0 масс. %.

Пример 15. Способ получения проппанта как в примере 8, отличающийся тем, что в качестве исходного сырья используют смесь, состоящую из 70,0 масс. % предварительно термообработанного при 1350°C боксита и 30,0 масс. %, предварительно термообработанного при 200°C доломита (ТУ 5743-002-00285132-2010), содержащего не менее 97,5 масс. % CaCO₃+MgCO₃. Обжиг высушенных при 350°C гранул осуществляют при 1240°C. Обожженные гранулы с насыпной плотностью 1,9 г/см³, с округлостью 0,7 и сферичностью 0,7 рассевают на товарные фракции 0,4-0,8 мм, 0,8-1,2 мм и 1,2-2,0. Выход товарных фракций составляет 70,0 масс. %.

Пример 16. Способ получения проппанта как в примере 8, отличающийся тем, что в качестве исходного сырья используют смесь, состоящую из 25,0 масс. % предварительно термообработанного при 1350°C боксита, 35 масс. % предварительно термообработанного при 900°C каолина, 25 масс. % предварительно термообработанного при 200°C доломита и 15,0 масс. %, предварительно термообработанного при 300°C белитового шлама. Обжиг высушенных при 350°C гранул осуществляют при 900°C. Обожженные гранулы с насыпной плотностью 1,5 г/см³, с округлостью 0,9 и сферичностью 0,8 рассевают на товарные фракции 0,4-0,8 мм, 0,8-1,2 мм и 1,2-2,0. Выход товарных фракций составляет 67,0 масс. %.

Пример 17. Способ получения проппанта как в примере 8, отличающийся тем, что в качестве исходного сырья используют смесь, состоящую из 65,0 масс. % предварительно термообработанного при 1350°C боксита, 25,0 масс. %, предварительно термообработанной при 110°C золы-уноса и 10 масс. % предварительно термообработанного при 300°C белитового шлама. Обжиг высушенных при 300°C гранул осуществляют при 1100°C. Обожженные гранулы с насыпной плотностью 1,7 г/см³, с округлостью 0,7 и сферичностью 0,7 рассевают на товарные фракции 0,4-0,8 мм, 0,8-1,2 мм. Выход товарных фракций составляет 61,0 масс. %.

Пример 18. Способ получения проппанта как в примере 1, отличающийся тем, что в качестве исходного сырья используют смесь, содержащую 38,0 масс. % предварительно термообработанного при 150°C кварцевого песка, 51,0 масс. % предварительно термообработанного при 1280°C серпентинита и 11% предварительно термообработанного каолина Боровичско-Любытинской группы месторождений, содержащего, масс. %: Al₂O₃ - 24,9; SiO₂ - 64,8; Fe₂O₃ - 2,7; CaO - 0,6; Na₂O - 0,3; K₂O - 2,6; MgO - 0,73, С - 1,1. Смесь измельчают до содержания частиц с размерами менее 63,0 мкм не менее 92,0 масс. % при среднем размере частиц 4,0 мкм. После окончания подачи связующего в смеситель-гранулятор добавляют исходную измельченную смесь в количестве 200 г, т.е. 20,0 масс. % от массы исходного сырья. Полученные гранулы сушат при температуре 250°C, обжиг проводят при 1150°C. Обожженные гранулы с округлостью 0,8 и сферичностью 0,8 имеют насыпную плотность 1,6 г/см³. Выход товарных фракций составляет 68,0 масс. %.

Пример 19. Способ получения проппанта как в примере 2, отличающийся тем, что в качестве исходного сырья используют смесь, содержащую 33,0 масс. % предварительно термообработанного при 150°C кварцевого песка, 55,0 масс. % предварительно термообработанного при 950°C дунита и 12% предварительно термообработанного каолина Боровичско-Любытинской группы месторождений. Смесь измельчают до содержания частиц с размерами менее 63,0 мкм не менее 92,0 масс. % при среднем размере частиц 5,0 мкм. После окончания подачи связующего в смеситель-гранулятор добавляют исходную измельченную смесь в количестве 250 г, т.е. 25,0 масс. % от массы исходного сырья. Полученные гранулы сушат и затем обжигают при 1250°C. Обожженные гранулы с округлостью 0,9 и сферичностью 0,9 имеют насыпную плотностью 1,7 г/см³. Выход товарных фракций составляет 67,0 масс. %.

Пример 20. Способ получения проппанта как в примере 3, отличающийся тем, что в качестве исходного сырья используют смесь, состоящую из: 31 масс. % отходов переработки магнийсодержащего сырья, включающего MgO более 20,0 масс. %; 29 масс. % отходов переработки борсодержащего сырья, в качестве спекающей добавки, 24 масс. % кварцевого песка, предварительно термообработанных при температуре 1100°C, и 16 масс. % каолина Боровичско-Любытинской группы месторождений, высушенного при 300°C. Измельченную смесь с содержанием частиц с размерами менее 63,0 мкм не менее 94,0 масс. % при среднем размере частиц 3,0 мкм гранулируют при добавлении в качестве связующего 5% водного раствора поливинилового спирта в количестве 350 г, т.е. 35,0 масс. % от массы исходного сырья. После окончания подачи воды в смеситель-гранулятор добавляют исходную измельченную смесь в количестве 230 г, т.е. 23,0 масс. % от массы исходного сырья. Обжиг высушенных гранул осуществляют при 1270°C. Обожженные гранулы с округлостью 0,9 и сферичностью 0,9 имеют насыпную плотностью 1,6 г/см³. Выход товарных фракций - 69%.

Пример 21. Способ получения проппанта как в примере 3, отличающийся тем, что в качестве исходного сырья используют термообработанную смесь, состоящую из: 80 масс. % ганистра, содержащего, масс. %: SiO₂ - 95,38; Fe₂O₃ - 0,98; CaO - 0,46; Al₂O₃ - 1,06; MgO - 1,36, остальное - примеси; в качестве спекающей добавки 8 масс. % борного грунта; в качестве пластификатора 8 масс. % бентонита, содержащего, масс. %: Al₂O₃ - 18,73; SiO₂ - 57,06; Fe₂O₃ - 2,37; CaO - 2,16; Na₂O - 0,09; K₂O - 0,22; MgO - 4,36; TiO₂ - 0,53; и 4 масс. % каолина Боровичско-Любытинской группы месторождений. Измельченную смесь с содержанием частиц с размерами менее 63,0 мкм, равном 92,0 масс. % при среднем размере частиц 4,0 мкм, гранулируют при добавлении воды в качестве связующего в количестве 300 г, т.е. 30,0 масс. % от массы исходного сырья. После окончания подачи связующего в смеситель-гранулятор добавляют исходную измельченную смесь в количестве 200 г, т.е. 20,0 масс. % от массы исходного сырья. Обжиг высушенных гранул осуществляют при 1290°C. Обожженные гранулы рассевают на товарные фракции 0,4-0,8 мм, 0,8-1,2 мм. Гранулы с округлостью 0,8 и сферичностью 0,8 имеют насыпную плотность 1,7 г/см³. Выход товарных фракций - 69%.

Пример 22. Способ получения проппанта как в примере 2, отличающийся тем, что в качестве исходного сырья используют термообработанную смесь, состоящую из: 16 масс. % каолина Боровичско-Любытинской группы месторождений, содержащего, масс. %: Al₂O₃ - 31,41; SiO₂ - 57,34; Fe₂O₃ - 2,52; CaO - 0,50; MgO - 0,72; TiO₂ - 2,16; К₂O - 1,67; Na₂O - 0,25, 59 масс. % обогащенного магнийсодержащего сырья, включающего SiO₂ - 27,11; Al₂O₃ - 2,20; Fe₂O₃ - 6,56; CaO - 1,58; MgO - 41,81; TiO₂ - 0,8 и 25 масс. % ганистра, содержащего, масс, %: SiO₂ - 96,42; Al₂O₃ - 1,29; Fe₂O₃ - 0,85; MgO - 1,28; TiO₂ - 0,06. Измельченную смесь с содержанием частиц с размерами менее 63,0 мкм, равном 91,0 масс. % при среднем размере частиц 4,0 мкм, гранулируют при добавлении в качестве связующего 3,0% водного раствора карбометилцеллюлозы в количестве 250 г, т.е. 25,0 масс. % от массы исходного сырья. После окончания подачи связующего в смеситель-гранулятор добавляют исходную измельченную смесь в количестве 200 г, т.е. 20,0 масс. % от массы исходного сырья. Обжиг высушенных гранул осуществляют при 1290°C. Обожженные гранулы рассевают на товарные фракции 0,4-0,8 мм, 0,8-1,4 мм и 1,4-2,0 мм. Выход товарных фракций составляет 71,0 масс. %.

Пример 23. Способ получения проппанта как в примере 19, отличающийся тем, что на поверхность гранул наносят полимерное покрытие из фенолформальдегидных смол.

Пример. 24. Способ получения проппанта как в примере 20, отличающийся тем, что на поверхность гранул наносят полимерное покрытие из эпоксидных смол.

Пример. 25. Способ получения проппанта как в примере 21, отличающийся тем, что на поверхность гранул наносят полимерное покрытие из эпоксидных смол.

Пример. 26. Способ получения проппанта как в примере 22, отличающийся тем, что на поверхность гранул наносят полимерное покрытие из фенолформальдегидных смол.

Экспериментально показано, что, изменяя скорость вращения чаши смесителя-гранулятора в зависимости от стадии грануляции и при изменении скорости вращения роторной мешалки смесителя-гранулятора, можно увеличить выход товарных фракций проппанта, тем самым увеличив производительность производства проппанта.

Изобретение относится к нефтегазовой промышленности, а именно к производству проппанта, используемого при добыче нефти и газа методом гидравлического разрыва пласта. В способе получения проппанта, используемого при добыче нефти и газа методом гидравлического разрыва пласта, включающем предварительную термообработку исходного сырья, его помол, гранулирование при добавлении связующего в смеситель-гранулятор с вращающимися в разных направлениях чашей и роторной мешалкой, скорость вращения которой увеличивают по мере увеличения подачи связующего от 300-700 об/мин до 2000-3000 об/мин, добавление в смеситель-гранулятор термообработанного молотого сырья при снижении скорости вращения роторной мешалки до 300-700 об/мин, сушку при температуре 110-550°C и рассев высушенных гранул, обжиг высушенных гранул при температуре 900-1600°C и рассев обожженных гранул на товарные фракции, скорость вращения чаши смесителя-гранулятора увеличивают по мере увеличения подачи связующего от 300-500 об/мин до 1000-1200 об/мин, а при добавлении в смеситель-гранулятор термообработанного молотого сырья в количестве 5,0-30,0 масс. % от массы исходного термообработанного сырья, скорость вращения чаши гранулятора снижают до 300-500 об/мин. Проппант, характеризующийся тем, что получен указанным выше способом. Изобретение развито в зависимых пунктах формулы. Технический результат - увеличение производительности гранулятора за счет увеличения выхода товарных фракций проппанта. 2 н. и 9 з.п. ф-лы, 26 пр.

1. Способ получения проппанта, используемого при добыче нефти и газа методом гидравлического разрыва пласта, включающий предварительную термообработку исходного сырья, его помол, гранулирование при добавлении связующего в смеситель-гранулятор с вращающимися в разных направлениях чашей и роторной мешалкой, скорость вращения которой увеличивают по мере увеличения подачи связующего от 300-700 об/мин до 2000-3000 об/мин, добавление в смеситель-гранулятор термообработанного молотого сырья при снижении скорости вращения роторной мешалки до 300-700 об/мин, сушку при температуре 110-550°C и рассев высушенных гранул, обжиг высушенных гранул при температуре 900-1600°C и рассев обожженных гранул на товарные фракции, отличающийся тем, что скорость вращения чаши смесителя-гранулятора увеличивают по мере увеличения подачи связующего от 300-500 об/мин до 1000-1200 об/мин, а при добавлении в смеситель-гранулятор термообработанного молотого сырья в количестве 5,0-30,0 масс. % от массы исходного термообработанного сырья, скорость вращения чаши гранулятора снижают до 300-500 об/мин.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве исходного сырья используют различные виды минерального сырья, в том числе - бокситы, каолины, кианиты, андалузиты, силлиманиты, минеральную часть углей, белитовый шлам, мел технический, доломит или их смеси; серпентинит, оливинит, дунит, кварцевый песок, ганистр, отходы обогащения и переработки магнийсодержащего сырья, отходы переработки борсодержащего сырья, борные грунты, обогащенное магнийсодержащее сырье.

3. Способ по п. 2, отличающийся тем, что минеральная часть углей - это отходы углеобогащения или золошлаковые отходы, или зола-уноса.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что предварительную термообработку исходного сырья: бокситов, каолинов, кианитов, андалузитов, силлиманитов, минеральной части углей, белитового шлама, мела технического, доломита; оливинита, серпентинита, дунита, магнийсодержащих отходов переработки и обогащения магнийсодержащего сырья, борных грунтов, отходов переработки борсодержащего сырья, кварцевого песка, ганистра проводят при 110-1450°C.

5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что помол предварительно термообработанного исходного сырья проводят до содержания частиц с размерами менее 63,0 мкм более 90,0 масс. % при среднем размере частиц 3,0-5,0 мкм.

6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что количество связующего составляет 10,0-40,0 масс. % от массы исходного сырья.

7. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве связующего используют воду или 0,5-5,0% водный раствор связующего, в том числе карбоксиметилцеллюлозы или метилцеллюлозы, или поливинилового спирта или лигносульфатов технических.

8. Способ по п. 1, отличающийся тем, что рассев высушенных гранул осуществляют на фракции в диапазоне 0,2-4,2 мм.

9. Способ по п. 1, отличающийся тем, что выход товарных фракций составляет 55,0-80,0 масс. % от массы обожженных гранул.

10. Способ по п. 1, отличающийся тем, что на поверхность гранул дополнительно наносят полимерное покрытие из фенолформальдегидных или эпоксидных смол.

11. Проппант, характеризующийся тем, что получен способом по любому и пп. 1-10.