Бас редактор Байжуманов М. К

ISSN 1607-2774 
Семей қаласының Шәкәрім атындағы мемлекеттік университетінің хабаршысы № 4(92)2020 
54 
Рисунок 1 – Проппант из супер песка 
 
Прочность является основным критерием при подборе проппантов для конкретных 
пластовых условий с целью обеспечения длительной проводимости трещины на глубине 
залегания пласта. В глубоких скважинах минимальное напряжение – горизонтальное, 
поэтому образуются преимущественно вертикальные трещины. С глубиной минимальное 
горизонтальное напряжение возрастает приблизительно на 19 МПа/км. Поэтому по глубине 
проппанты имеют следующие области применения: кварцевые пески – до 2500 м; проппанты 
средней прочности – до 3500 м; проппанты высокой прочности – свыше 3500 м. 
Исследования последних лет, проведенные в США, показали, что применение 
проппантов средней прочности экономически эффективно и на глубинах менее 2500 м.
В последние годы зарубежные фирмы стали выпускать облегченные проппанты, 
характеризующиеся пониженной плотностью. 
В связи с большим разнообразием жидкостей разрыва и проппантов, имеющихся на 
американском рынке, Американским нефтяным институтом (API) разработаны стандартные 
методики для определения свойств этих материалов (API RP39; Prud'homme, 1984, 1985, 
1986 – для жидкостей разрыва, и API RP60 – для проппантов). 
Проппанты, закачиваемые в разные области трещины, могут различаться не только 
по фракционному составу, но и по плотности. В последние годы нашли применение 
технология массированного ГРП, когда в трещину закачивается сначала легкий 
среднепрочный проппант, а затем тяжелый более качественный высокопрочный проппант. 
Легкий 
проппант 
дольше 
поддерживается 
во 
взвешенном 
состоянии 
в 
транспортирующей его жидкости, поэтому может быть доставлен на более далекое 
расстояние вдоль крыльев трещины. Закачка на завершающей стадии ГРП более тяжелого 
высококачественного проппанта позволяет с одной стороны обеспечить сопротивление 
сжатию в области наиболее высоких напряжений около забоя, и с другой снизить риск 
неудачи операции на завершающей стадии, так как легкий проппант уже доставлен в 
трещину. Поскольку материалы проппанта обычно продаются по весу, а не по объему, 
материал проппанта, имеющий относительно низкую плотность, фактически будет иметь 
более низкую эффективную стоимость для пользователя. Также желательно, чтобы частицы 
проппанта были относительно сферическими, чтобы максимизировать промежутки между 
частицами проппанта и легкость, с которой жидкости будут проходить через такие 
пространства. В зависимости от материала расклинивающего наполнителя измельчение 
частиц расклинивающего наполнителя может привести к образованию многих очень мелких 
частиц, которые могут блокировать некоторые промежутки между оставшимися большими 
частицами проппанта, уменьшая способность жидкостей проходить через эти пространства. 
Соответственно, желательно, чтобы при превышении прочности пропила материала 
расклинивающего наполнителя частицы проппанта разрывались на несколько относительно 
крупных фрагментов, а не измельчали. В зависимости от применения могут использоваться 
различные размеры частиц проппанта, хотя желательно, чтобы частицы проппанта были 
относительно однородного размера.
Одним из компонентов часто использующейся проппантов является боксит. Боксит 
это обычная алюминиевая руда. Боксит состоит в основном из одного или нескольких 
минералов гидроксида алюминия, а также различных смесей диоксида кремния (SiO
2
), 
оксида железа, оксида титана (TiO
2
), алюмосиликата и других примесей в незначительных 
количествах. Спеченный боксит использовался в прошлом в качестве материала 
расклинивающего наполнителя, потому что частицы, сделанные по существу из бокситов 
при спекании, образуют относительно твердый, устойчивый к давлению материал. Однако 
боксит имеет относительно высокий удельный вес, а спеченный боксит считается 
относительно тяжелым (то есть более высокой плотностью) керамическим материалом 

ISSN 1607-2774 
Вестник Государственного университета имени Шакарима города Семей № 4(92) 2020 
55 
проппанта. Кроме того, требования к качеству бокситов, используемых для изготовления 
спеченного материала бокситового расклинивающего наполнителя, очень строгие. Есть 
только относительно мало источников бокситов, которые подходят для производства 
спеченного материала бокситового расклинивающего наполнителя из-за примесей, 
присутствующих в большинстве бокситов (рис. 2). 
Рисунок 2 – Проппант на основе боксита 
Летучая зола была предложена в качестве составного материала для использования 
в бетоне или строительных материалах, как компонента расклинивающего наполнителя[4].
Прошлые попытки сделать материал из керамического проппанта, содержащий 
значительное количество летучей золы, потерпели неудачу [5]. Агрегат, образованный 
агломерирующими брикетами, содержащий летучую золу, а затем дробленые в брикеты и 
скрининг измельченных частиц для получения частиц подходящего размера, не является 
удовлетворительным для использования в качестве материала расклинивающего 
наполнителя. Формы частиц, образованных измельчением, настолько нерегулярны, что они 
недостаточно сферические, чтобы создать хороший материал проппанта, а нерегулярные 
формы частиц также уменьшают сопротивление их раздавливанию [3]. 
Частица, которая подходящим образом способна разрушить, чтобы служить в 
качестве расклинивающего наполнителя, получена спеканием сферических гранул, 
образованных из смеси летучей золы, бокситов и глины. Для достижения требуемой степени 
сопротивления раздавливанию стадия спекания выполнялась при температуре выше 
положенной, что обычно приводит к тому, что такие гранулы становятся очень липкими в 
результате плавления некоторых компонентов материалов в смеси, в частности один или 
несколько компонентов (включая примеси в) летучей золы. Если гранулы становятся 
слишком липкими во время стадии спекания, они будут агломерироваться, что приводит к 
плохим выходам частиц однородного размера определенного размера. Кроме того, 
чрезмерная липкость приведет к тому, что гранулы будут прилипать к печи, в которой они 
спекаются, уменьшая выход и повреждая печь. 
Предложенная нами технология относится к материалам керамического проппанта с 
более легким весом (то есть более низкой плотности), содержащим значительную долю 
летучей золы (рис. 3).
Рисунок 3 – Летучая зола 
 
Летучая зола содержит мелкие частицы, которые поднимаются вместе с дымовыми 
газами, а в промышленном применении обычно относятся к зольным частицам, 
образующимся при сжигании угля. Компоненты летучей золы значительно варьируются, но 
все летучие золы содержат значительные количества диоксида кремния (SiO
2
), а в 
некоторых случаях значительные количества оксида кальция (CaO) и / или оксида железа 
(Fe
2
O
3
), которые являются компонентами многих углей -разрушающие горные породы. 
Другие компоненты летучей золы зависят от конкретного состава угольного пласта. 
Преимущество использования летучей золы состоит в том, что она имеет 
относительно низкую плотность по сравнению с бокситом (удельный вес боксита может 

ISSN 1607-2774 
Семей қаласының Шәкәрім атындағы мемлекеттік университетінің хабаршысы № 4(92)2020 
56 
варьироваться от 2,5 до 3,5 в зависимости от его конкретного состава, тогда как удельный 
вес летучей золы может варьироваться от примерно 2,0 до 2,5). 
Кроме того, удаление летучей золы становится все более серьезной проблемой со 
значительными экологическими последствиями, что делает возможными рециркуляцию 
летучей золы. В настоящее время большинство летучей золы, добываемой на угольных 
электростанциях, утилизируется на полигонах и зольных прудах. В настоящее время 
единственная самая большая утилизация для летучей золы заключается в замене части 
содержания 
цемента 
Портленда 
в 
бетоне. 
Настоящая 
технология 
позволяет 
рециркулировать отходы летучей золы в материал, который полезен при операциях ГРП в 
нефтяных и газовых скважинах. Более того, хотя требования к качеству бокситов, 
используемых для изготовления спеченного материала бокситового проппанта, являются 
очень строгими, боксит, используемый в настоящей технологии, не должен быть такого 
высокого качества. 
Материалы расклинивающего наполнителя, полученные по такой технологии 
обладают относительно высокой устойчивостью к раздавливанию и относительно низкой 
плотностью и относительно недороги. Кроме того, когда частицы расклинивающего 
наполнителя, получаемые с подобной технологией , терпят неудачу, она имеет тенденцию к 
разлому в относительные несколько крупных кусочков, а не измельчение [2]. 
Предложенная нами методика изготовления материала проппанта, в котором 
летучая зола является значительным компонентом конечного продукта, предпочтительно 
основного компонента материала проппанта. Материал проппанта имеет ядро, содержащее 
летучую золу, боксит и глину, или в некоторых случаях летучую золу и глину. Чтобы 
предотвратить чрезмерную липкость на поверхности гранул при нагревании до температуры 
спекания, основные гранулы (содержащие значительное количество летучей золы) покрыты 
бокситом. В некоторых вариантах осуществления гранулы ядра получали путем нескольких 
покрытий бокситов, что улучшает адгезию покрытия к основной грануле по сравнению с 
частицей, получаемой однослойным покрытием. В других вариантах осуществления 
сердцевинные гранулы покрыты одним или несколькими слоями бокситов, но нанесение 
боксита происходит в виде порошкообразной бокситовой суспензии, в которой 
порошкообразный боксит смешивают с водой или другой подходящей жидкости.
Гранулы с покрытием затем нагревают до температуры прокаливания для удаления 
воды и других летучих материалов, которые в противном случае содержатся в гранулах. 
После прокаливания гранулы нагревают до температуры спекания с образованием 
высокопрочных керамических частиц проппанта, имеющих относительно низкую плотность. 
В соответствии с указанными отличительными признаками получен проппант с низ-
кой насыпной плотностью 1,07-1,15 г/см
3
и пикнометрической плотностью – 1,71-2,07 г/см
3
. 
Использование золы ТЭС с содержанием оксида железа не более 4%, а также пок-рытие 
гранул оболочкой – бокситом исключили чрезмерную липкость на поверхности гранул, что 
улучшило эффективность изготовления. Покрытие гранул оболочкой боксита повысило их 
прочность. 
Работа выполнена при поддержке грантового финансирования КН МОН РК – 
AP05130144
Литература 
1. Stimulation Treatment Handbook: An Engineer's Guild to Quality Control Penn Well, 1985. 
2. Можжерин В.А., Сакулин В.Я., Мигаль В.П., Новиков А.Н., Салагина Г.Н., Штерн Е.А., Симановский 
Б.А., Розанов О.М. Проппант. Патент РФ №2482155. 20.05.2013. 
3.
Shinbach М.Р., Culler S.R., Thurber E.L., Wallace J.T. Легкие пропанты и способ их получения. Патент 
США №7845409. 07.12.2010. 
4. Н.И. Ватин., А.И. Калачев, П. Лахтинен. Применение зол и золшлаковых отходов в строительстве. 
Инженерно-строительный журнал, № 4, 2011. 
5. Walter G. Luscher, John R.Hellmann, Barry E.Scheetz. Strength enhancment of Alumosilicate affregate 
through modified thermal treatment// Int.J.Appl.Ceram.Technol. – 2006.-3-157-165. 
ҰШПА КҮЛ НЕГІЗІНДЕГІ ПРОППАНТ ӨНДІРУ 
А.К. Шоканов, Б.Т. Сулейменов, Е.А. Смихан 

жүктеу/скачать 9,41 Mb.

Достарыңызбен бөлісу: