Спосіб отримання проппанта і проппанта - патент України 2257465 - Пястолов а

Винахід відноситься до нафтогазовидобувної промисловості, а саме до виробництва проппанта, використовуваних як розклинювальних агентів при видобутку нафти методом гідравлічного розриву пласта. Технічний результат винаходу - збільшення міцності керамічного проппанта і підвищення його якості за рахунок нанесення смолянистого покриття з введенням розділяє емульсії. Проппанта містить керамічні гранули з покриттям, що складається з новолачних смол з додаванням каталітичного водного розчину уротропіну і кремнийорганической емульсії. Спосіб отримання проппанта включає отримання керамічних гранул і їх подальше покриття. Гранули нагрівають до температури 150-160 ° С, додають при постійному перемішуванні гранул суху Новолачная смолу і каталітичний розчин уротропіну двома рівними по розділенню мас смоли і уротропіну частками, а при досягненні температури каплепадения смоли 95-100 ° С вводять кремнійорганічне емульсію в співвідношенні, мас .%: Новолачная смола 5,0-8,0, водний 33% розчин уротропіну 1,5-3,0, кремнийорганическая емульсія 0,1-0,3, керамічні гранули інше. Гранули охолоджують. Кремнійорганічна емульсія готується в співвідношенні емульсія-вода 1:10. 2 н. і 1 з.п. ф-ли, 1 мул. 1 табл.

Малюнки до патенту України 2257465

Гідравлічний розрив пласта є добре відомим способом, використовуваним для підвищення продуктивності пластів, які виробляють вуглеводневі флюїди. Розриви мають тенденцію закриватися в разі, якщо тиск всередині пласта знижується. У зв'язку з цим встановилася практика "підтримки" розривів відкритими, шляхом закачування всередину пласта розклинювальних агентів з рідиною. Розклинювальні агенти в даній галузі промисловості мають узагальнену назву "проппанта". Як проппанта використовують великий гранітний пісок або гравій, а також штучні проппанта, що представляють собою керамічні гранули, отримані з каолінових або бокситових глин або сумішей алюмосиликатного сировини.

Відомий проппанта, що містить керамічні гранули сферичної форми із спеченого сировини - каолінової глини. Даний легкий керамічний проппанта має достатню міцність і легкістю для використання на невеликих глибинах (п. Україна №2166079).

Важливими властивостями штучних проппанта є сферичність і круглость частинок, гомогенічность - однорідність за розміром і формою. Завдяки наявності цих властивостей забезпечується краща проникність проппантових середовищ і відповідно краща провідність вуглеводневих флюїдів через розриви. Геометрична стабільність штучного проппанта зберігається за рахунок високої міцності, температурної і кислотної стійкості матеріалу. Однак в умовах пластового тиску (до 70 і більше МПа), температури (до 120 ° С) і кислотного впливу частки проппанта мають тенденцію до руйнування на більш дрібні крупинки, що може привести до усадки проппантового "тіла", зниження здатності, що фільтрує і провідності розривів і як наслідок до зниження ефективності операції в цілому.

При гідравлічному розриві пласта з використанням розклинювальних агентів є деякі особливості поведінки проппанта в різних середовищах, такі як міграція частинок усередині розривів і винос проппанта назад потоками видобутих флюїдів. Крім того, спостерігається неоднорідність потоків флюїдів, що представляє собою зміну швидкості струму флюїдів через проникну проппантовую "подушку".

Так як проппанта знаходиться в розривах в стані суспензії, потоки зі змінною швидкістю викликають сумнів (пульсацію) частинок, зміна відстані між ними, звуження і розширення провідного каналу, що призводить до посилення турбулентності і вносить ускладнення при вимірюванні швидкості потоку флюїдів і дебіту свердловини. Це явище стимулює негативний ефект міграції проппанта всередині розривів.

Відомий також проппанта, отриманий на основі спеченого алюмосиликатного сировини у вигляді гранул з гідрофобним покриттям, виконаним шляхом нанесення його на гранули (п. Україна №2180397).

Дане покриття не дає значного збільшення міцності і, перебуваючи всередині пласта, не утворює монолітного проппантового "тіла" з-за низького склеює ефекту.

Відомий проппанта з композитним покриттям (п. США №5597784). Покриття складається з внутрішнього і зовнішнього шару і армуючої субстанції, що зв'язує шари між собою. Для створення внутрішнього і зовнішнього шарів використовуються смоли: резол і новолак. Покриття наноситься на пісок і більш дорогі види проппанта.

Використання для покриття пісків і скляних кульок викликано їх невисокою вартістю. Однак піски не володіють регулярної сферичної формою на відміну від синтетичних матеріалів, а скляні кульки не є достатньо міцним матеріалом.

Відомий спосіб отримання проппанта, що включає отримання керамічних гранул і їх подальше покриття шляхом доведення гранул до температури плавлення смоли, послідовного додавання при постійному перемішуванні гранул сухого новолачной смоли, каталітичного розчину уротропіну і охолодження гранул, обраний заявником як прототип (п. США №4888240) .

Відомий проппанта, що містить керамічні гранули з покриттям, що складається з новолачних смол з додаванням в процесі покриття водного розчину уротропіну, обраний заявником як прототип (п. США №4888240).

Поверхнева оболонка з термостійкої смоли надає проппанта додаткову міцність. Основним недоліком отриманих гранул з даного патенту є їх склеювання (агломерація) в процесі виробництва. Для механічного поділу гранул (дезінтеграції) після просушування потрібна додаткова операція. Причому механічна дезінтеграція веде до появи відколів і раковин на смоляний шарі гранул в місцях склейки, що істотно знижує якість покриття. Для вирівнювання покриття потрібне додаткове нанесення на поверхню смол і їх субстанцій.

Завданням винаходу є збільшення міцності керамічного проппанта і підвищення його якості за рахунок нанесення смолянистого покриття з введенням розділяє емульсії.

Спосіб отримання проппанта, що включає отримання керамічних гранул і їх подальше покриття шляхом доведення гранул до температури плавлення смоли, послідовного додавання при постійному перемішуванні гранул сухого новолачной смоли і каталітичного розчину уротропіну і охолодження гранул, відповідно до винаходу, після досягнення 'температури гранул 150-160 ° С вводять Новолачная смолу і уротропін двома рівними по розділенню мас смоли і уротропіну частками, а при досягненні температури каплепадения смоли 95-100 ° С вводять кремнійорганіч ескую емульсію при наступному співвідношенні компонентів, мас.%:

Новолачная смола 5,0-8,0

водний 33% розчин уротропіну 1,5-3,0

кремнийорганическая емульсія 0,1-0,3

керамічні гранули інше

Кремнійорганічна емульсія готується в співвідношенні емульсія-вода 1:10.

Проппанта, що містить керамічні гранули з покриттям, що складається з новолачних смол з додаванням в процесі покриття водного розчину уротропіну, відповідно до винаходу, покриття додатково містить кремнійорганічне емульсію, а проппанта виготовлений способом за допомогою одного з п.1 або 2.

Спосіб полягає у введенні при постійному перемішуванні в два рівних заходу сухий новолачной смоли і уротропіну. В процесі виробництва проппанта відбувається поступове охолодження гранул і при досягненні температури каплепадения смоли 95-100 ° С додають кремнійорганічне емульсію, яка обволікає гранули, створюючи оболонку. Кремнійорганічна емульсія готується в співвідношенні емульсія-вода 1:10, що є оптимальним для досягнення результату.

Пропонований винахід передбачає покриття керамічних гранул із спеченого каоліну, які застосовуються при розробці нафтових свердловин, що залягають на невеликих глибинах. Каолінові гранули мають кращу сферичністю в порівнянні з усіма відомими видами проппанта, достатню міцність і, в порівнянні з проппанта з бокситів або глиноземів, меншою щільністю і вартістю. Легкий, керамічний проппанта, що володіє достатньою міцністю, є найкращим матеріалом для виробництва проппанта з покриттям.

Застосування для покриття новолачних смол (з групи фенол-формальдегідних смол) збільшує пляму контакту між частинками, тиск при цьому розподіляється по всій площі контакту, що дозволяє проппанта зі смолянистим покриттям витримувати великі навантаження в порівнянні зі звичайним проппанта, особливо ударні навантаження, викликані турбулентністю потоків і пульсацією частинок. Додавання уротропіну як каталітичного розчину підвищує плинність смоли в розплавленому стані і збільшує сполучні властивості покриття. Крім того, введення уротропіну поліпшуєвзаємодію смолянистого покриття з поверхнею керамічних гранул. Щоб уникнути склеювання гранул, додають кремнійорганічне емульсію. Емульсія обволікає поверхневий смоляний шар, дозволяючи смолі рівномірно розподілитися по поверхні гранул, захищаючи гранули від прилипання, під час виробництва один до одного, до стінок і вузлів змішувача апарату.

Застосування новолачной смоли менше заявленого діапазону призводить до зменшення міцності покриває суміші. Підвищення вмісту смоли в складі суміші (більше 8,0 мас.%) Недоцільно, так як властивості міцності в цьому випадку майже не поліпшуються. Збільшення кількості уротропіну в складі суміші також недоцільно, так як це не впливає на сполучні і міцності, а зменшення кількості уротропіну знижує сполучні властивості композиції.

Заявляються межі кремнийорганической емульсії є оптимальними для досягнення хорошого ефекту роз'єднання гранул проппанта.

Перераховані вище відмітні ознаки є новими в порівнянні з прототипом, тому винахід відповідає критерію "новизна".

У патентній і науково-технічній літературі не виявлено подібного складу проппанта і способу його отримання, отже, дане технічне рішення не слід явно з вивченого рівня техніки і відповідає критерію "винахідницький рівень".

Компоненти пропонованого складу проппанта і спосіб його виготовлення є доступними, отже, запропонований склад і спосіб його отримання, можливо, здійснити промисловим способом, тобто він відповідає критерію "промислова придатність".

Проппанта отримують за технологією відповідно до патентом України №2166079. Вихідним матеріалом служить каолінова глина, що включає оксиди алюмінію, кремнію, заліза і титану в певному співвідношенні, зазначеному в патенті. Керамічні гранули одержують шляхом спікання каолінової глини. Далі гранули можуть пройти стадію охолодження і вступити на складування. В цьому випадку для нанесення покриття гранули необхідно нагріти до температури 200-250 ° С. В іншому випадку відразу після етапу випалу вони надходять на стадію охолодження до температури 200-250 ° С і далі прямують на етапи нанесення покриття. Гранули подаються транспортером в лопатевої змішувач, обладнаний системою подачі повітря.

Процес нанесення покриття ділиться на чотири основні етапи.

На кресленні представлений графік отримання покриття відповідно етапам.

1. На першому етапі прогріті керамічні гранули надходять по шнековому конвеєру в змішувач, поступово охолоджуючись під час транспортування. У процесі перемішування в змішувачі і за допомогою обдування повітрям гранули охолоджуються до температури - 150-160 ° С, досягаючи верхньої точки діапазону плавлення (каплепадения) новолак - 95-160 ° С. Перший етап, що включає подачу гранул в змішувач, перемішування з одночасним обдувом, можна назвати етапом охолодження. Час етапу 10-15 хв.

2. На другому етапі, не припиняючи перемішування, в проппанта послідовно додаються фенол-формальдегідні смола (новолак) і уротропін двома рівними (з розділення мас смоли і уротропіну) частками. При цьому відбувається поступове охолодження гранул. Необхідно, щоб при введенні смоли температура гранул залишалася в межах плавлення новолак, тобто була нижче 95 ° С. Час етапу - 15-20 хв.

3. На третьому етапі в суміш, що знаходиться ще на рівні каплепадения смоли, вводять водну кремнійорганічне розділову емульсію. Попередньо розчин готується в співвідношенні емульсія - вода 1:10. Емульсія обволікає поверхневий смоляний шар, дозволяючи смолі рівномірно розподілитися по поверхні гранул, захищаючи гранули від прилипання один до одного, стінок і вузлів змішувача апарату. Час етапу - 5-7 хв.

4. На четвертому етапі проводиться остаточне охолодження гранул. Даний процес може бути прискорений за допомогою обдування повітрям. Після етапу нанесення покриття гранули сушаться в сушарці барабанного типу при температурі 250 ° С, при якій відбувається затвердіння (полімеризація смоли), після чого гранули охолоджуються і просіваються по фракціям. Можливе проведення додаткової термообробки при температурі 230 ° С протягом 10 хв.

Приклад конкретного виконання (див. Таблицю).

1. Керамічні гранули - 50 кг.

2. Решта - 3,9 кг.

1. Керамічні гранули з каоліну, прогріті до Т = 180 ° С, надходять в змішувач.

2. Перемішування, введення суміші: СФ-010 - 1.5 кг, уротропін - 0.5 кг, перемішування 30-40 сек, охолодження гранул до Т = 120 ° С.

3. Введення суміші: СФ-010 - 1.4 кг, уротропін - 0.4 кг, перемішування 30-40 сек, охолодження гранул до Т = 90-100 ° С.

4. Введення кремнийорганической емульсії 0.1 кг, перемішування до досягнення температури гранул Т = 50-60 ° С.

5. Розвантаження змішувача.

Керамічні гранули з смолянистим покриттям з урахуванням випаровування вологи - 53.3 кг.

Компоненти ті ж, що в прикладі 1.

6. Подача гранул в сушильний барабан, додаткова термообробка при Т = 230 ° С протягом 10 хв.

7. Розвантаження, охолодження.

Керамічні гранули з смолянистим полимеризованной покриттям - близько 53 кг.

Пропонований проппанта з нанесеним покриттям дозволяє значно поліпшити показники міцності керамічних гранул. Проппанта зі смолянистим покриттям витримує великі навантаження в порівнянні зі звичайним проппанта, осооснно ударні навантаження, викликані турбулентністю потоків і пульсацією частинок. Спосіб нанесення пропонованого покриття досить дешевий і простий.

ФОРМУЛА ВИНАХОДУ

1. Спосіб отримання проппанта, що включає отримання керамічних гранул і їх подальше покриття шляхом доведення гранул до температури плавлення смоли, послідовного додавання при постійному перемішуванні гранул сухого новолачной смоли і каталітичного розчину уротропіну і охолодження гранул, що відрізняється тим, що після досягнення температури гранул 150-160 о С вводять Новолачная смолу і уротропін двома рівними по розділенню мас смоли і уротропіну частками, а при досягненні температури каплепадения смоли 95-100 о С вводять кремнійорган чний емульсію при наступному співвідношенні компонентів, мас.%:

Новолачная смола 5,0-8,0

Водний 33% розчин уротропіну 1,5-3,0

Кремнійорганічна емульсія 0,1-0,3

Керамічні гранули Решта

2. Спосіб отримання проппанта по п.1, що відрізняється тим, що кремнийорганическая емульсія готується в співвідношенні емульсія: вода 1:10.

3. проппанта, що містить керамічні гранули з покриттям, що складається з новолачних смол з додаванням в процесі покриття водного розчину уротропіну, який відрізняється тим, що покриття додатково містить кремнійорганічне емульсію, а проппанта виготовлений способом за допомогою одного з п.1 або 2.