СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПРОППАНТА - СЫРЦА ИЗ ПРИРОДНОГО МАГНИЙСИЛИКАТНОГО СЫРЬЯ Российский патент 2020 года по МПК C09K8/80 C04B35/20 C04B35/63 

Заявляемое изобретение «Способ получения проппанта-сырца из природного магнийсиликатного сырья» относится к нефтегазодобывающей промышленности, а именно к технологии изготовления керамических проппантов, предназначенных для использования в качестве расклинивающих агентов при добыче нефти или газа методом гидравлического разрыва пласта (ГРП).

Гидравлический разрыв пласта является процессом нагнетания жидкостей в нефтеносный или газоносный подземный пласт при достаточно высоких скоростях и давлениях, в результате чего пласт растрескивается. Для удержания трещины в открытом состоянии после снятия давления разрыва применяется расклинивающие агенты (проппанты) - прочные гранулы, которые смешиваются с нагнетаемой жидкостью и удерживают трещины гидроразрыва пласта (ГРП) от смыкания под большим давлением тем самым обеспечивают необходимую производительность нефтяных и/или газовых скважин путем обеспечения в пласте проводящего канала. Применение гидравлического разрыва пласта увеличивает поток текучих сред из нефтяного или газового резервуара в скважину за счет увеличения общей площади контакта между резервуаром и скважиной, а также за счет того, что слой керамических расклинивателей в трещине имеет более высокую проницаемость, чем проницаемость пласта.

Среди керамических расклинивателей магнийсиликатные проппанты являются наиболее применяемыми, поскольку обладают высокими значениями прочности, сферичности и округлости. Однако, магнийсиликатные проппанты имеют высокий насыпной вес. Между тем, снижение плотности проппанта позволяет использовать низковязкую жидкость ГРП, применяемую для заполнения трещин проппантом, что сокращает стоимость самой жидкости, а также снижает вероятность того, что жидкость ГРП, остающаяся в пласте, блокирует поток нефти и газа. Кроме того, снижение плотности расклинивающего агента облегчает и удешевляет процесс закачки проппанта в скважину, а сам проппант может глубже проникать в трещину, увеличивая тем самым производительность нефтяной или газовой скважины.

В качестве исходных материалов для производства проппантов в зависимости от условий их применения используют кварцевый песок, бокситы, каолины, оксиды алюминия и циркония, различные алюмосиликатные и магнийсиликатные виды сырья. Проппанты, изготовленные из магнийсиликатного сырья занимают все большую долю рынка. Это обусловлено дешевизной и доступностью сырьевых природных материалов, а также тем, что по основным эксплуатационным характеристикам (плотности, гранулометрическому составу, сопротивлению раздавливанию, проницаемости) они не уступают, а по ряду параметров превосходят другие виды проппантов.

Известен способ получения керамических расклинивателей нефтяных скважин, (см. патент RU №2235703, МПК С04В 35/20, 35/622, опубл. 10.09.2004), характеризующийся тем, что в качестве керамического материала берут материал на основе форстерита с содержанием последнего от 55 до 80%. Согласно данному способу, исходный керамический материал на основе форстерита последовательно измельчают гранулируют и обжигают при температуре от 1150°С до 1350°С.

Недостатками известного способа является низкая прочность сырцовых гранул и высокая запыленность обожженного проппанта. В гидротермальных условиях форстерит частично гидратируется, поэтому механическая прочность гранул расклинивающего агента заметно снижается.

Данный недостаток обусловлен низкой прочностью гранул проппанта-сырца, приводящей к тому, что при подаче материала на сушку и обжиг происходит истирание и выкрашивание поверхности гранул, что вызывает повышенное пылеобразование. Частички пыли при обжиге припекаются к поверхности проппанта, а при последующих технологических перемещениях вновь отслаиваются, увеличивая тем самым запыленность продукта.

Известен также способ изготовления керамических расклинивателей нефтяных скважин, характеризующийся тем, что в качестве керамического материала используют метасиликат магния и/или метасиликат кальция, который последовательно измельчают, гранулируют до насыпного веса сырых гранул не менее 1,2 г/см³ и обжигают при температуре от 1215°С-1290°С. Измельчение метасиликата магния и/или метасиликата кальция производят до фракции менее 0,1 мм, а грануляцию - до фракции 0,2-1,8 мм. Измельченный метасиликат перед грануляцией смешивают с модифицирующими и спекающими добавками, например, оксидом титана, силикатом циркония, оксидом железа, глиной и др. (см. патент RU №2235702, МПК С04В 35/16, 20, 22; Е21В 43/267, опубл. 20.04.2004).

Недостатком известного способа является низкая прочность сырцовых гранул и высокая запыленность обожженного проппанта, а следовательно, низкая проницаемость при их эксплуатации. Использование в качестве связующей добавки незначительного количества глины лишь частично увеличивает прочность гранул проппанта-сырца и снижает общую запыленность продукта.

Этот недостаток обусловлен тем, что в данном способе используют узкий диапазон спекания ΔТ_макс. Из-за узкого диапазона спекания изготовление таких расклинивающих наполнителей является сложным и дорогостоящим. Кроме того, вследствие узкого диапазона температуры спекания, обжиг во вращающейся печи в стандартных промышленных условиях будет приводить к получению недообожженных пористых частиц расклинивающего наполнителя и переобожженных расплавленных частиц расклинивающего наполнителя. Следует также заметить, что узкий диапазон спекания требует большей выдержки материала расклинивающего наполнителя при температуре спекания для достижения равномерного распределения температуры. Это приводит к росту кристаллов метасиликата магния и фазовому превращению во время процесса охлаждения, что также снижает качество получаемого расклинивающего наполнителя.

Наиболее близким к заявляемому способу является принятый за прототип способ изготовления магнийсиликатного проппанта, описанный в патенте RU №2476478, МПК C09K 8/80, С04В 35/622, опубл. 27.02.2013, включающий подготовку исходных компонентов шихты, их помол, гранулирование, обжиг и рассев обожженных гранул, гранулирование производят на воде, содержащей, по крайней мере, одну соль натрия, калия, магния и кальция из группы водорастворимых хлоридов, сульфатов и карбонатов в количестве 18-38 г/л, при следующем содержании указанных солей, г/л:

соли натрия 13,3-30,0 соли магния 2,6-6,0 соли калия 0,7-1,5 соли кальция 0,3-0,5.

Причем в качестве основного компонента шихты используют природное магнийсиликатное сырье, предпочтительно из серпентинита (Mg, Fe)₂SiO₄ и/или оливина, как самостоятельно, так и в смеси с природным кварцевошпатным песком. Обжиг проппанта осуществляют при температуре 1160-1280°С, а в качестве указанной воды используют морскую или океаническую воду.

Недостатками известного способа являются узкая сырьевая база производства проппанта-сырца, не являющаяся дешевой и доступной в совокупности с недешевыми составляющими в виде солей натрия, калия, магния и кальция. Кроме того, используемая «в качестве указанной воды» морская или океаническая вода, которую заявитель получал из пакета «соль для ванн» не гарантирует идентичный состав с морской и океанической водой, тем более, что вода во всех морях и океанах имеет различный состав, например в воде Черного моря много сероводорода, а вода Мертвого моря имеет чрезвычайно большую концентрацию различных солей.

Технической проблемой заявленного изобретения «Способ получения проппанта-сырца из природного магнийсиликатного сырья» является расширение сырьевой базы производства проппанта-сырца, получение из дешевого и доступного природного сырья магнийсиликатного проппанта-сырца, обладающего хорошими эксплуатационными характеристиками,.

Техническим результатом заявленного изобретения «Способ получения проппанта-сырца из природного магнийсиликатного сырья» является расширение сырьевой базы и упрощение производства проппанта-сырца без ухудшения его прочностных характеристик.

Поставленный технический результат достигается тем, что в известном способе получения проппанта-сырца из природного магнийсиликатного сырья путем его помола и гранулирования, согласно изобретению, первоначально производят обжиг магнийсиликатного сырья, получаемого из смеси природного магнийсиликатного сырья дунита 65-70 масс. % с кварцевым песком 30-35 масс. %, которые после обжига промалывают до магнийсиликатной шихты с размером песчинок не более 25 мкм, затем проводят гранулирование, сушку при температуре 160-260°С в течение 1,8-2,2 часов и рассев высушенных гранул с получением фракции гранулята ^{размером 1,1-1,2 мм, при этом, гранулирование магнийсиликатного сырья, проводят в грануляторе-смесителе в течение 5-6 мин. при добавлении связующего в количестве 10-20 масс. % от исходного сырья, причем в течение 0,8 -1 мин. сырье перемешивают на воде, содержащей органическое связующее, состоящее из 1,0-2,0 масс. % карбоксиметилцеллюлозы (КМЦ) и 0,5-1 масс. % три пол и фосфата натрия (ТПФН), затем в течение 2,0-3,0х минут равномерно заливают связующее через распылительную воронку, и далее в течение 1-2 минут накатывают шарики (гранулы) проппанта-сырца, причем грануляцию предварительно обожженной смеси дунита с кварцевым песком при добавлении связующего проводят в роторном грануляторе-смесителе периодического действия.}

В отличие от аналогов и прототипа преимуществом заявляемого изобретения «Способ получения проппанта-сырца из природного магнийсиликатного сырья» является то, что проппант-сырец получали из дунита - природного сырья, который является породообразующим минералом, как и кварцевый песок с которым его смешивают, и встречается на территории России повсеместно, что позволяет значительно расширить сырьевую базу производства проппанта-сырца, поскольку использование природного магнийсиликатного сырья, являющегося доступным и не требующим значительных затрат на переработку, позволяет получать конкурентный в ценовом отношении продукт.ричем имеется возможность изготовления как легковесного проппанта, изготовленного из смеси термообработанного дунита с кварцевым песком, а также наиболее востребованного в настоящее время на рынке проппанта средней плотности. В совокупности признаков, в предложенном способе используют смесь из природного магнийсиликатного сырья дунита 65-70 масс. % и кварцевого песка 30-35 масс. %, которые промалывают до магнийсиликатной шихты. В исходной шихте кварцевый песок является спекающей добавкой, на стадии помола. Использование смеси из природного магнийсиликатного сырья дунита 65-70 масс. % и кварцевого песка 30-35 масс. %, обусловлено доступностью и низкой стоимостью, а также необходимостью формирования в обожженных гранулах достаточного количества стеклофазы с целью сглаживания отрицательных эффектов полиморфных превращений метасиликата магния и присутствующего в качестве примеси метасиликата кальция, а также для предотвращения поверхностной гидратации MgO/СаО при эксплуатации пропанта-сырца. Помол предварительно обожженной смеси песка и магнийсиликатного сырья - дунита, имеющего массивную структуру и средний химический состав в виде: SiO₂ 35-40%TiO₂, до 0,02%, Al₂O₃ до 2,5% Fe₂O₃ 0,5-7%, FeO 3-6%, Mg 38-50%, СаО до 1,5%, Na₂O до 0,3%, K₂O до 0,25% обусловливает то, что образуется тонкомолотая магнийсиликатная шихта соединения по типу цемента, которая значительно упрочняет сырцовый гранулят и снижает пылеобразование во время сушки и обжига дунита, т.е. не снижает прочностных характеристик проппанта-сырца. Последующее гранулирование на воде предварительно обожженного дунита с кварцевым песком с размером песчинок не более 25 мкм, которое проводят в роторном грануляторе - смесителе периодического действия в течении 5,0-6,0 минут при добавлении наиболее доступного органического связующего, обладающего высокими адгезионными характеристиками, в виде карбоксиметилцеллюлозы (КМЦ) и триполифосфата натрия (ТПФН) и обладающее также высокими адгезионными свойствами по отношению к магнийсиликатным источникам сырья. Органическое связующее в виде карбоксиметилцеллюлозы (КМЦ) и триполифосфата натрия (ТПФН) при растворении в воде образует золь-гель раствор, содержащий во взвешенном состоянии наночастицы, обладающие высокой поверхностной энергией. Связующее, обволакивая частицы измельченного исходного природного магнийсиликатного сырья, создает условия для возникновения прочных связей между этими частицами. Использование органического связующего, обладающего высокими адгезионными характеристиками, в виде КМЦ и ТПФН, в количестве 10-20 масс. % от исходного сырья, и равномерная обработка в нем исходного сырья обеспечивает высокую прочность проппанта-сырца. Перемешивание сырья в течение первой 0,8-1,0 минут на воде, содержащей органическое связующее, состоящее из 1,0-2,0 масс. % карбоксиметилцеллюлозы (КМЦ) и 0,5-1,0 масс. % триполифосфата натрия (ТПФН), а затем в течение последующих 2,0-3,0 минут равномерная обработка исходного смоченного сырья органическим связующим через распылительную воронку, и, далее, в течение 1-2 минут накатывание шариков-гранул проппанта-сырца, также приводит к значительному снижению запыленности, в конечном итоге. Таким образом, полученный проппант-сырец, обладающий хорошими эксплуатационными характеристиками, получали из дунита - природного сырья, который является породообразующим минералом, как и кварцевый песок, с которым его смешивают, и встречается на территории России повсеместно, что позволяет значительно расширить сырьевую базу производства проппанта-сырца.

Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленного изобретения «Способ получения проппанта-сырца из природного магнийсиликатного сырья», позволил установить, что заявитель не обнаружил источник, характеризующийся признаками, тождественными совокупности всех существенных признаков заявленного изобретения «Способ получения проппанта-сырца из природного магнийсиликатного сырья», т.е. по имеющимся у заявителя сведениям, совокупность существенных признаков заявляемого изобретения «Способ получения проппанта-сырца из природного магнийсиликатного сырья» не известна из уровня техники, что позволяет сделать вывод о соответствии изобретения «Способ ^{получения проппанта-сырца из природного магнийсиликатного сырья» критерию “новизна”. Определение из перечня выявленных аналогов прототипа, как наиболее близкого по совокупности признаков аналога, позволил выявить отличительные признаки в заявляемом изобретении «Способ получения проппанта-сырца из природного магнийсиликатного сырья», а именно то, что проппант-сырец получали из дунита - природного магнийсиликатного сырья, который является породообразующим минералом и встречается на территории России повсеместно, а также кварцевого песка, как спекающей добавки на стадии помола, что также обусловлено его доступностью и низкой стоимостью, что позволяет значительно расширить сырьевую базу производства проппанта-сырца, т.е. решить техническую проблему и достичь поставленный технический результат. Поскольку при помоле дунита, в природный состав которого входят соли магния, натрия, кальция и калия обусловлено то, что образуется тонкомолотая магнийсиликатная шихта соединения по типу цемента, значительно упрочняющая сырцовый гранулят и снижающая пылеобразование во время сушки и обжига дунита, а также введение в исходную шихту кварцевого песка, как спекающей добавки на стадии помола и обусловленного необходимостью формирования в обожженных гранулах достаточного количества стеклофазы, с целью сглаживания отрицательных эффектов полиморфных превращений метасиликата магния и присутствующего в качестве примеси метасиликата кальция, а также для предотвращения поверхностной гидратации MgO/СаО при эксплуатации пропанта-сырца, то следует заметить, что совокупность изложенных в формуле изобретения существенных признаков, по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату, обеспечивает расширение сырьевой базы производства проппанта-сырца с его высокой прочностью, что достаточно для решения технической проблемы и достижения технического результата. Следовательно, заявленное изобретение «Способ получения проппанта-сырца из природного магнийсиликатного сырья» соответствует критерию “новизна”.}

Для проверки соответствия заявленного изобретения критерик “изобретательский уровень” заявитель провел дополнительный nonch известных решений, чтобы выявить признаки, совпадающие с отличительными от прототипа признаками заявленного изобретения «Способ получения проппанта-сырца из природного магнийсиликатного сырья». Результаты поиска показали, чтс заявленное изобретение «Способ получения проппанта-сырца и; природного магнийсиликатного сырья», не вытекают для специалиста явным образом из известного уровня техники, поскольку из уровня техники, определенного заявителем, не выявлено влияние, предусматриваемое совокупностью существенных признаков заявленного изобретения, преобразований для достижения технического результата.

Следовательно, заявленное изобретение «Способ получения проппанта-сырца из природного магнийсиликатного сырья» соответствует критерию “изобретательский уровень”.

Таким образом, изложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявленного изобретения «Способ получения проппанта-сырца из природного магнийсиликатного сырья» технических средств, в описанных в заявке примерах конкретного выполнения, т.е. подтверждена возможность его осуществления. Технические средства, воплощающие заявляемое изобретение «Способ получения проппанта-сырца из природного магнийсиликатного сырья», способны обеспечить достижение усматриваемого заявителем технического результата, а именно, использовать расширенную сырьевую базу производства проппанта-сырца с высокой прочностью и снижения, тем самым, запыленности обожженного проппанта, следовательно, заявленное изобретение, соответствует критерию “промышленная применимость”.

Сущность заявляемого изобретения «Способ получения проппанта-сырца из природного магнийсиликатного сырья» поясняется описанием примеров конкретного выполнения.

ПРИМЕР 1. Способ получения проппанта-сырца из природного магнийсиликатного сырья осуществляли следующим образом. Природное магнийсиликатное сырье дунит является породообразующим материалом и встречается на территории России повсеместно. Введение в исходную шихту кварцевого песка, как спекающей добавки на стадии обжига и помола, обусловлено его повсеместной доступностью, а также необходимостью формирования в обожженных гранулах достаточного количества стеклофазы, с целью сглаживания отрицательных эффектов полиморфных превращений метасиликата магния и присутствующего в качестве примеси метасиликата кальция, а также для предотвращения поверхностной гидратации MgO/СаО при эксплуатации пропанта-сырца. Первоначально исходный дунит подвергали сушке при температуре 150°С в течение часа. Состав высушенной пробы дунита состоял, согласно спектрально-эмиссионному анализу: MgO=37,6%; SiO₂=27,0%; Cr₂O₃=16,9%; Fe₂O₃=12,4%; Al₂O₃=3,8%; Na₂O=0,6%; СаО=1,5%; K₂O=0,25%. Затем подготавливали исходное природное магнийсиликатное сырье, в качестве которого использовали смесь дунита 70 масс. % и кварцевого песка 30 масс. % после чего проводили обжиг и последующий помол исходного природного магнийсиликатного сырья до размера частиц 25 мкм. Поскольку в природный состав дунита входят соли магния, натрия, кальция и калия, согласно спектрально-эмиссионному анализу, обусловлено то, что при помоле исходного природного магнийсиликатного сырья образуется тонкомолотая магнийсиликатная шихта, представляющая собой соединение, по типу цемента, значительно упрочняющее сырцовый гранулят и снижающее пылеобразование во время сушки и обжига дунита и кварцевого песка. Гранулирование предварительно обожженного дунита в смеси с кварцевым песком проводили в роторном грануляторе-смесителе периодического действия при добавлении связующего в количестве 12 масс. % от исходного сырья. Для получения гранул использовали наиболее доступное, обладающее высокими адгезионными характеристиками, органическое связующее в виде карбоксиметилцеллюлозы (КМЦ) и триполифосфата натрия (ТПФН), обладающее также высокими адгезионными свойствами по отношению к магнийсиликатным источникам сырья. Органическое связующее в виде карбоксиметилцеллюлозы (КМЦ) и триполифосфата натрия (ТПФН) при растворении в воде образует золь-гель раствор, содержащий во взвешенном состоянии наночастицы, обладающие высокой поверхностной энергией. Связующее, обволакивая частицы измельченного исходного природного магнийсиликатного сырья, создает условия для возникновения прочных связей между этими частицами. Для гранулирования готовили смачивающий раствор на водной основе (500 мл. воды, 10 г. КМЦ и 5 г. ТПФН). Дозирование смачивающего раствора проводили в ручном режиме с помощью пульверизационного устройства: на 1,9 кг исходного материала добавляли 250 мл. подготовленного смачивающего раствора связующего. Гранулирование в роторном грануляторе-смесителе периодического действия проводили в течение 6,0 минут при добавлении органического связующего в количестве 2,5 масс. % от исходного сырья, причем в течение первой 1,0 минуты сырье перемешивали, затем в течение следующих 3,0 минут равномерно заливали через распылительную воронку связующее, состоящее из 1,5 масс. % карбоксиметилцеллюлозы (КМЦ) и 1,0 масс. % триполифосфата натрия (ТПФН), и далее в течение 2 минут накатывали шарики-гранулы проппанта-сырца, после чего проводили сушку при 240°С в течение 2,2 часов и рассев высушенных гранул с получением фракции гранулята размером 1,2 мм. Прочность каждой отдельной гранулы полученного проппанта-сырца на разрушение составляла до 2,5 кг.

Таким образом, заявленное изобретение «Способ получения проппанта-сырца из природного магнийсиликатного сырья» позволит значительно расширить сырьевую базу производства проппантов, не снижая их конкурентную способность, т.е. достигается технический результат, а именно то, что магнийсиликатный проппант-сырец получают из природного сырья - дунита, который является породообразующим минералом и встречается на территории России повсеместно, как и кварцевый песок, выполняющий функцию спекающей добавки на стадии помола, что также обусловлено доступностью, и возможностью значительно расширить сырьевую базу производства магнийсиликатного проппанта-сырца, а также упростить способ получения магнийсиликатного проппанта-сырца без значительных затрат на переработку, т.е. позволяет получить конкурентный в ценовом отношении продукт. Поскольку в природный состав дунита входят соли магния, натрия, кальция и калия, обусловлено то, что при помоле образуется тонкомолотая магнийсиликатная шихта соединения, по типу цемента, значительно упрочняющая сырцовый гранулят и снижающая пылеобразование во время сушки и обжига дунита.

ПРИМЕР 2. Способ получения проппанта-сырца из природного магнийсиликатного сырья осуществляли следующим образом. Природное магнийсиликатное сырье дунит является породообразующим материалом и встречается на территории России повсеместно. Введение в исходную шихту кварцевого песка, как спекающей добавки на стадии помола, обусловлено его повсеместной доступностью, а также необходимостью формирования в обожженных гранулах достаточного количества стеклофазы, с целью сглаживания отрицательных эффектов полиморфных превращений метасиликата магния и присутствующего в качестве примеси метасиликата кальция, а также для предотвращения поверхностной гидратации MgO/СаО при эксплуатации пропанта-сырца. Первоначально исходный дунит подвергали сушке при температуре 150°С в течение часа. Состав высушенной пробы дунита состоял, согласно спектрально-эмиссионному анализу: MgO=37,6%; SiO₂=27,0%; Cr₂O₃=16,9%; Fe₂O₃=12,4%; Al₂O₃=3,8%; Na₂O=0,6%; СаО=1,5%; K₂O=0,25%. Затем подготавливали исходное природное магнийсиликатное сырье, в качестве которого использовали смесь дунита 65 масс. % и кварцевого песка 35 масс. %, после чего проводили обжиг и помол исходного природного магнийсиликатного сырья до размера частиц 23 мкм. Поскольку в природный состав дунита входят соли магния, натрия, кальция и калия, обусловлено то, что при помоле исходного природного магнийсиликатного сырья образуется тонкомолотая магнийсиликатная шихта, представляющая собой соединение, по типу цемента, значительно упрочняющее сырцовый гранулят и снижающее пылеобразование во время сушки и обжига дунита и кварцевого песка. Гранулирование предварительно обожженного дунита в смеси с кварцевым песком проводили в роторном грануляторе-смесителе периодического действия при добавлении связующего в количестве 15 масс. % от исходного сырья. Для получения гранул использовали наиболее доступное, обладающее высокими адгезионными характеристиками, органическое связующее в виде карбоксиметилцеллюлозы (КМЦ) и триполифосфата натрия (ТПФН), обладающее также высокими адгезионными свойствами по отношению к магнийсиликатным источникам сырья. Органическое связующее в виде КМЦ и ТПФН при растворении в воде образует золь-гель раствор, содержащий во взвешенном состоянии наночастицы, обладающие высокой поверхностной энергией. Связующее, обволакивая частицы измельченного исходного природного магнийсиликатного сырья, создает условия для возникновения прочных связей между этими частицами. Для гранулирования готовили смачивающий раствор на водной основе (500 мл. воды, 10 г. КМЦ и 5 г. ТПФН). Дозирование смачивающего раствора проводили в ручном режиме с помощью пульверизационного устройства: на 2,0 кг исходного материала добавляли 280 мл. подготовленного смачивающего раствора связующего. Гранулирование в роторном грануляторе-смесителе периодического действия проводили в течение 5,0 минут при добавлении органического связующего в количестве 3,0 масс. % от исходного сырья, причем в течение первой 1,0 минуты сырье перемешивали, затем в течение следующих 2,5 минут равномерно заливали через распылительную воронку связующее, состоящее из 2,0 масс. % карбоксиметилцеллюлозы (КМЦ) и 1,0 масс. % триполифосфата натрия (ТПФН), и далее в течение 1,5 минут накатывали шарики-гранулы проппанта-сырца, после чего проводили сушку при 250°С в течение 2,0 часов и рассев высушенных гранул с получением фракции гранулята размером 1,1 мм. Прочность каждой отдельной гранулы полученного проппанта-сырца на разрушение составляла до 2,4 кг.

Таким образом, заявленное изобретение «Способ получения проппанта-сырца из природного магнийсиликатного сырья» позволит значительно расширить сырьевую базу производства проппантов, не снижая их конкурентную способность, т.е. достигается технический результат, а именно то, что магнийсиликатный проппант-сырец получают из природного сырья - дунита, который является породообразующим минералом и встречается на территории России повсеместно, как и кварцевый песок, выполняющий функцию спекающей добавки на стадии помола, что также обусловлено доступностью, и возможностью значительно расширить сырьевую базу производства магнийсиликатного проппанта-сырца, а также упростить способ получения магнийсиликатного проппанта-сырца без значительных затрат на переработку, т.е. позволяет получить конкурентный в ценовом отношении продукт. Поскольку в природный состав дунита входят соли магния, натрия, кальция и калия, обусловлено то, что при помоле образуется тонкомолотая магнийсиликатная шихта соединения, по типу цемента, значительно упрочняющая сырцовый гранулят и снижающая пылеобразование во время сушки и обжига дунита.

ПРИМЕР 3. Способ получения проппанта-сырца из природного магнийсиликатного сырья осуществляли следующим образом. Природное магнийсиликатное сырье дунит является породообразующим материалом и встречается на территории России повсеместно. Введение в исходную шихту кварцевого песка, как спекающей добавки на стадии помола, обусловлено его повсеместной доступностью, а также необходимостью формирования в обожженных гранулах достаточного количества стеклофазы, с целью сглаживания отрицательных эффектов полиморфных превращений метасиликата магния и присутствующего в качестве примеси метасиликата кальция, а также для предотвращения поверхностной гидратации MgO/СаО при эксплуатации пропанта-сырца. Первоначально исходный дунит подвергали сушке при температуре 150°С в течение часа. Состав высушенной пробы дунита состоял, согласно спектрально-эмиссионному анализу: MgO=37,6%; SiO₂=27,0%; Cr₂O₃=16,9%; Fe₂O₃=12,4%; Al₂O₃=3,8%; Na₂O=0,6%; СаО=1,5%; K₂O=0,25%. Затем подготавливали исходное природное магнийсиликатное сырье, в качестве которого использовали смесь дунита 68 масс. % и кварцевого песка 32 масс. % после чего проводили обжиг и помол исходного природного магнийсиликатного сырья до размера частиц 24 мкм. Поскольку в природный состав дунита входят соли магния, натрия, кальция и калия, обусловлено то, что при помоле исходного природного магнийсиликатного сырья образуется тонкомолотая магнийсиликатная шихта, представляющая собой соединение, по типу цемента, значительно упрочняющее сырцовый гранулят и снижающее пылеобразование во время сушки и обжига дунита и кварцевого песка. Гранулирование предварительно обожженного дунита в смеси с кварцевым песком проводили в роторном грануляторе-смесителе периодического действия при добавлении связующего в количестве 20 масс. % от исходного сырья. Для получения гранул использовали наиболее доступное, обладающее высокими адгезионными характеристиками, органическое связующее в виде карбоксиметилцеллюлозы (КМЦ) и триполифосфата натрия (ТПФН), обладающее также высокими адгезионными свойствами по отношению к магнийсиликатным источникам сырья. Органическое связующее в виде КМЦ и ТПФН при растворении в воде образует золь-гель раствор, содержащий во взвешенном состоянии наночастицы, обладающие высокой поверхностной энергией. Обволакивая частицы измельченного исходного природного магнийсиликатного сырья связующее создает условия для возникновения прочных связей между этими частицами. Для гранулирования готовили смачивающий раствор на водной основе (500 мл. воды, 10 г. КМЦ и 5 г. ТПФН). Дозирование смачивающего раствора проводили в ручном режиме с помощью пульверизационного устройства: на 1,85 кг исходного материала добавляли 240 мл. подготовленного смачивающего раствора связующего. Гранулирование в роторном грануляторе-смесителе периодического действия проводили в течение 6,0 минут при добавлении органического связующего в количестве 2,8 масс. % от исходного сырья, причем в течение первой 1,0 минуты сырье перемешивали, затем в течение следующих 3,5 минут равномерно заливали через распылительную воронку связующее, состоящее из 1,8 масс. % карбоксиметилцеллюлозы (КМЦ) и 1,0 масс. % триполифосфата натрия (ТПФН), и далее в течение 1,5 минут накатывали шарики-гранулы проппанта-сырца, после чего проводили сушку при 260°С в течение 2,0 часов и рассев высушенных гранул с получением фракции гранулята размером 1,2 мм. Прочность каждой отдельной гранулы полученного проппанта-сырца на разрушение составляла до 2,5 кг.

Таким образом, заявленное изобретение «Способ получения проппанта-сырца из природного магнийсиликатного сырья» позволит значительно расширить сырьевую базу производства проппанта-сырца, не снижая его конкурентную способность, т.е. достигается технический результат, а именно то, что магнийсиликатный проппант-сырец получают из природного сырья - дунита, который является породообразующим минералом и встречается на территории России повсеместно, как и кварцевый песок, выполняющий функцию спекающей добавки на стадии помола, что также обусловлено доступностью, и возможностью значительно расширить сырьевую базу производства магнийсиликатного проппанта-сырца, а также упростить способ получения магнийсиликатного проппанта-сырца без значительных затрат на переработку, т.е. позволяет получить конкурентный в ценовом отношении продукт. Поскольку в природный состав дунита входят соли магния, натрия, кальция и калия, обусловлено то, что при помоле образуется тонкомолотая магнийсиликатная шихта соединения, по типу цемента, значительно упрочняющая сырцовый гранулят и снижающая пылеобразование во время сушки и обжига дунита, то полученный магнийсиликатный проппант-сырец из природного магнийсиликатного сырья обладает хорошими эксплуатационными характеристиками.

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, а именно к технологии изготовления керамических проппантов, предназначенных для использования в качестве расклинивающих агентов при добыче нефти или газа методом гидравлического разрыва пласта. Для расширения сырьевой базы и производства проппанта-сырца с высокой прочностью первоначально производят обжиг магнийсиликатного сырья, получаемого из смеси природного магнийсиликатного сырья дунита 65-70 мас.% с кварцевым песком 30-35 мас.%, которые после обжига промалывают до получения магнийсиликатной шихты с размером песчинок не более 25 мкм, затем проводят гранулирование, сушку при температуре 160-260°С в течение 1,8-2,2 часов и рассев высушенных гранул с получением фракции гранулята размером 1,1-1,2 мм. Гранулирование магнийсиликатного сырья, получаемого из обожженной смеси дунита с кварцевым песком, проводят в грануляторе-смесителе в течение 5-6 мин при добавлении связующего в количестве 10-20 мас.% от исходного сырья. В течение первых 0,8-1 мин сырье перемешивают на воде, содержащей органическое связующее, состоящее из 1,0-2,0 мас.% карбоксиметилцеллюлозы (КМЦ) и 0,5-1 мас.% три полифосфата натрия (ТПФН), затем в течение 2,0-3,0 мин равномерно заливают связующее через распылительную воронку, и далее в течение 1-2 мин накатывают шарики (гранулы) проппанта-сырца. 1 з.п. ф-лы, 3 пр.

1. Способ получения проппанта–сырца из природного магнийсиликатного сырья путем его помола и гранулирования, отличающийся тем, что первоначально производят обжиг магнийсиликатного сырья, получаемого из смеси природного магнийсиликатного сырья дунита 65-70 мас.% с кварцевым песком 30-35 мас.%, которые после обжига промалывают до магнийсиликатной шихты c размером песчинок не более 25 мкм, затем проводят гранулирование, сушку при температуре 160–260°С в течение 1,8–2,2 ч и рассев высушенных гранул с получением фракции гранулята размером 1,1-1,2 мм, при этом гранулирование магнийсиликатного сырья, получаемого из обожженной смеси дунита с кварцевым песком, проводят в грануляторе–смесителе в течение 5-6 мин при добавлении связующего в количестве 10-20 мас.% от исходного сырья, причем в течение 0,8-1 мин сырье перемешивают на воде, содержащей органическое связующее, состоящее из 1,0–2,0 мас.% карбоксиметилцеллюлозы (КМЦ) и 0,5–1 мас.% триполифосфата натрия (ТПФН), затем в течение 2,0–3,0 мин равномерно заливают связующее через распылительную воронку, и далее в течение 1-2 мин накатывают шарики (гранулы) проппанта-сырца.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что грануляцию предварительно обожженной смеси дунита с кварцевым песком при добавлении связующего проводят в роторном грануляторе-смесителе периодического действия.