способ производства проппанта для проведения гидроразрыва пласта

Формула изобретения

Способ производства проппанта для проведения гидравлического разрыва пласта в процессах интенсификации притока нефти и газа, включающий размол исходного сырья, его гидратацию, формование, сушку и обжиг, отличающийся тем, что используют в качестве исходного сырья природную бентонитовую глину с содержанием монтморрилонита свыше 90%, для формования сферических гранул размером от 200 до 400 мкм и от 420 до 850 мкм - метод распылительной сушки, а формование гранул размером более 850 мкм осуществляют методом закатки, обжиг проводят при температуре 600-650°С.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области интенсификации притоков нефти и газа из продуктивных пластов, увеличения их добычи, в частности к производству расклинивающих агентов (проппантов) для проведения гидроразрыва пласта.

На месторождениях Западной Сибири для интенсификации добычи нефти широко используют гидравлический разрыв пласта (ГРП). К настоящему времени выполнено более 25 тысяч скважино-операции, при этом средняя дополнительная добыча нефти на одну операцию превышает 5 тыс.тонн /Л.М.Кочетков «Результаты применения технологии повторного ГРП на месторождениях ОАО «Сургутнефтегаз» - Сб.тр. НПО Бурение, 2001 г., вып.6, с.277/. Нагнетание проппантов при проведении работ по ГРП необходимо для поддержания трещин в открытом состоянии. Одним из ключевых факторов при этом, наряду с давлением сжатия и прочностью породы, являются свойства самого проппанта.

Известным и самым широко распространенным расклинивающим материалом для ГРП является просеянный кварцевый песок. Экспериментальные исследования, проведенные в институте ВНИИКРнефть, показали, что кварцевый песок для закрепления трещин, образовавшихся при ГРП, допустимо применять до глубины около 2300 м. Для залегающих ниже этой глубины пластов использование такого материала может привести к смыканию трещин, снижению проницаемости пластов за счет разрушения частиц песка /Юрченко А.А., Горлова З.А. Об использовании отечественных кварцевых песков для интенсификации добычи из низкопроницаемых пластов методом гидравлического разрыва пласта. - М.: ВНИИОЭНГ, Нефтепромысловое дело №1, 1998, с.5-8/. В этом случае для закрепления трещин используют искусственно приготовленные расклинивающие агенты. В настоящее время в России при проведении ГРП используют проппанты зарубежного производства, имеющие высокую стоимость.

Известен способ производства искусственного проппанта из синтетической бокситовой руды с высоким содержанием алюминия, запатентованный Exxon Production Research /US 4488599 A, EXXON PROD. RESEARCH, 18.12.1984/.

Руда с размером частиц приблизительно 15 микрон формуется в керамические шарики с использованием воды и вяжущего вещества. После сушки и разделения на ситах их обжигают в печи или синтезаторе до оплавления кромок, которые увеличивают каждый шарик. Прочность материала определяется содержанием в руде корунда, одного из самых твердых материалов. Технологические режимы производства в описании не приводятся. Расклинивающий материал, получаемый этим способом очень дорог. Более экономичный расклинивающий агент возможно получить из естественных бокситовых руд по тому же способу. В дополнение к корунду эти проппанты включают муллит, алюминиевый оксид низкой плотности. Этот материал с плотностью ниже, чем у боксита, известен как JDP.

Известные проппанты отличаются высокой прочностью, стойкостью к коррозии, способны обеспечить хорошую проницаемость при ГРП, однако их высокая стоимость и дефицитность делает актуальным поиск и производство новых материалов для ГРП.

Задачей изобретения является снижение стоимости ремонтного обслуживания скважин при проведении ГРП. Достигаемый технический результат состоит в разработке способа производства экономичного проппанта, осуществление которого придает исходному сырью свойства, (удельный вес, прочность, овальность, сферичность, растворимость HCl, HF) удовлетворящие нормам на искусственные расклинивающие агенты для ГРП.

Решение поставленной задачи и получение технического результата обеспечиваются тем, что в отличие от известного способа производства проппанта, включающего размол, гидратацию, формование, сушку и обжиг исходного сырья, в предлагаемом способе в качестве исходного сырья используют природную бентонитовую глину с содержанием свыше 90% монтмориллонита, для формования сферических гранул проппанта размером от 200 до 450 мк и от 420 до 850 мк - метод распылительной сушки, а формование гранул более 850 мк осуществляют методом закатки, обжиг проходит при температуре 600-650°С.

Способ осуществляют следующим образом.

1. Бентонитовую глину подвергают размолу на щековой мельнице до размера частиц 1-5 см.

2. Проводят подсушку глины, в подходящей сушилке при температуре до 200°С, до влажности 10-15% масс.

3. Проводят гидратацию глины в воде в течение 2 часов при весовом отношении глина/вода, равном 1:7 до 1:10. Гидратацию проводят в две стадии: в течение одного часа в условиях покоя и в течение последующего часа в условиях перемешивания насосами высокого давления.

4. Полученную суспензию формируют методом распылительной сушки в сферические гранулы до 850 мкм. Средний размер фракции и фракционный состав частиц определяется конструкцией распылительной форсунки при температуре в сушильном объеме 100-110°С.

5. Далее рассеивают частицы на грохоте для удаления ненужных фракций. Частицы ненужного фракционного состава возвращают на предыдущую стадию (на гидратацию).

6. Производят обжиг частиц проппанта при температуре 600-650°С. При такой температуре частицы становятся непористыми, что предотвращает явление обратной гидратации глины. Обжиг проводят в любой подходящей печи, например, во вращающейся барабанной печи.

7. Для формовки гранул размером более 850 мкм используют метод закатывания шариков на специальных закаточных машинах-тарелках.

Сущность процесса, позволяющего получить проппант с заданными свойствами:

Теоретическая формула структуры монтмориллонита (ОН) ₄Si₈Al₄O₂n (межслоевой H₂O), а теоретический состав без межслоевого материала - SiO₂-66,7%; Al₂O₃-28,3; Н ₂O-5%. Он состоит из разноразмерных, чрезвычайно тонкодисперсных частиц. Характерная особенность структуры монтмориллонита заключается в том, что молекулы воды и других полярных жидкостей могут входить в межслоевое пространство, вызывая набухание. Расстояние между элементарными слоями в кристаллической решетке не имеет постоянной величины и изменяется от 9,6 ангстрем - при полном отсутствии полярных молекул между ними до почти полного разделения слоев. При нагревании до 600-650°С происходит потеря гидроксильной структуры воды. Вслед за возникающим при этом изменении структуры развиваются новые кристаллические фазы, которые и обуславливают появление новых свойств (удельного веса, прочности и др.).

Предлагаемый способ производства проппанта отличается от известного использованием в процессе другого исходного сырья - природной бентонитовой глины и другими условиями проведения процесса. В качестве исходного сырья использовалась природная глина, имеющая следующий минералогический состав (определенный методом рентгенофазового анализа).

Минералогический состав бентонитовых глин Таганского месторождения

Минералогический тип	Главный породообразующий минерал	Второстепенные минералы	Акцессорные минералы
Монтморилло-нитовый	Монтмориллонит 93%	Гидрослюда, каолинит с переходом в монтмориллонит, галлуазит	Галит, сульфогалит, палыгорскит

Полученный пропант имеет характеристики, приведенные в таблице, которые удовлетворяют нормам стандарта API (американского нефтяного института).