RU2433966C1 - Glass composition and method of producing proppants therefrom - Google Patents
Glass composition and method of producing proppants therefrom Download PDFInfo
- Publication number
- RU2433966C1 RU2433966C1 RU2010116799/03A RU2010116799A RU2433966C1 RU 2433966 C1 RU2433966 C1 RU 2433966C1 RU 2010116799/03 A RU2010116799/03 A RU 2010116799/03A RU 2010116799 A RU2010116799 A RU 2010116799A RU 2433966 C1 RU2433966 C1 RU 2433966C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- glass
- water
- jet
- dispersion
- proppants
- Prior art date
Links
- 239000011521 glass Substances 0.000 title claims abstract description 47
- 239000000203 mixture Substances 0.000 title claims abstract description 22
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 7
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 36
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 claims abstract description 20
- 239000006060 molten glass Substances 0.000 claims abstract description 10
- 239000000155 melt Substances 0.000 claims description 17
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 10
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 claims description 8
- 230000008025 crystallization Effects 0.000 claims description 8
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 5
- 238000000137 annealing Methods 0.000 claims description 4
- CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N magnesium oxide Inorganic materials [Mg]=O CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 230000035699 permeability Effects 0.000 abstract description 7
- QXJJQWWVWRCVQT-UHFFFAOYSA-K calcium;sodium;phosphate Chemical compound [Na+].[Ca+2].[O-]P([O-])([O-])=O QXJJQWWVWRCVQT-UHFFFAOYSA-K 0.000 abstract description 6
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 3
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 2
- 239000013078 crystal Substances 0.000 abstract description 2
- 229910052681 coesite Inorganic materials 0.000 abstract 1
- 229910052593 corundum Inorganic materials 0.000 abstract 1
- 229910052906 cristobalite Inorganic materials 0.000 abstract 1
- UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N iron oxide Inorganic materials [Fe]=O UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract 1
- JEIPFZHSYJVQDO-UHFFFAOYSA-N iron(III) oxide Inorganic materials O=[Fe]O[Fe]=O JEIPFZHSYJVQDO-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract 1
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 abstract 1
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 abstract 1
- 229910052682 stishovite Inorganic materials 0.000 abstract 1
- 229910052905 tridymite Inorganic materials 0.000 abstract 1
- 229910001845 yogo sapphire Inorganic materials 0.000 abstract 1
- 239000011324 bead Substances 0.000 description 14
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N iron Substances [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000011734 sodium Substances 0.000 description 4
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 3
- 239000011651 chromium Substances 0.000 description 3
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 3
- 229910052731 fluorine Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 3
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 3
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 3
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 3
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910052708 sodium Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000012798 spherical particle Substances 0.000 description 3
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 description 3
- OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N Calcium Chemical compound [Ca] OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229920000742 Cotton Polymers 0.000 description 2
- LYCAIKOWRPUZTN-UHFFFAOYSA-N Ethylene glycol Chemical compound OCCO LYCAIKOWRPUZTN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N Fluorane Chemical compound F KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N Hydrochloric acid Chemical compound Cl VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910018068 Li 2 O Inorganic materials 0.000 description 2
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910010413 TiO 2 Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 2
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000011575 calcium Substances 0.000 description 2
- 229910052791 calcium Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000156 glass melt Substances 0.000 description 2
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 description 2
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 2
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 2
- 239000004576 sand Substances 0.000 description 2
- 230000035882 stress Effects 0.000 description 2
- 210000002268 wool Anatomy 0.000 description 2
- KXGFMDJXCMQABM-UHFFFAOYSA-N 2-methoxy-6-methylphenol Chemical compound [CH]OC1=CC=CC([CH])=C1O KXGFMDJXCMQABM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- PXGOKWXKJXAPGV-UHFFFAOYSA-N Fluorine Chemical compound FF PXGOKWXKJXAPGV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M Ilexoside XXIX Chemical compound C[C@@H]1CC[C@@]2(CC[C@@]3(C(=CC[C@H]4[C@]3(CC[C@@H]5[C@@]4(CC[C@@H](C5(C)C)OS(=O)(=O)[O-])C)C)[C@@H]2[C@]1(C)O)C)C(=O)O[C@H]6[C@@H]([C@H]([C@@H]([C@H](O6)CO)O)O)O.[Na+] DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M 0.000 description 1
- ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N Potassium Chemical compound [K] ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000006004 Quartz sand Substances 0.000 description 1
- 229920002472 Starch Polymers 0.000 description 1
- NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N Sulfur Chemical compound [S] NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 1
- 238000010306 acid treatment Methods 0.000 description 1
- 238000005422 blasting Methods 0.000 description 1
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 1
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004927 clay Substances 0.000 description 1
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 1
- 239000002826 coolant Substances 0.000 description 1
- 238000005336 cracking Methods 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 239000000945 filler Substances 0.000 description 1
- 238000010304 firing Methods 0.000 description 1
- 239000011737 fluorine Substances 0.000 description 1
- 229910052839 forsterite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000008187 granular material Substances 0.000 description 1
- WGCNASOHLSPBMP-UHFFFAOYSA-N hydroxyacetaldehyde Natural products OCC=O WGCNASOHLSPBMP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000003350 kerosene Substances 0.000 description 1
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 1
- HCWCAKKEBCNQJP-UHFFFAOYSA-N magnesium orthosilicate Chemical compound [Mg+2].[Mg+2].[O-][Si]([O-])([O-])[O-] HCWCAKKEBCNQJP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- WPBNNNQJVZRUHP-UHFFFAOYSA-L manganese(2+);methyl n-[[2-(methoxycarbonylcarbamothioylamino)phenyl]carbamothioyl]carbamate;n-[2-(sulfidocarbothioylamino)ethyl]carbamodithioate Chemical compound [Mn+2].[S-]C(=S)NCCNC([S-])=S.COC(=O)NC(=S)NC1=CC=CC=C1NC(=S)NC(=O)OC WPBNNNQJVZRUHP-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 1
- 239000003345 natural gas Substances 0.000 description 1
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000003921 oil Substances 0.000 description 1
- 229920001568 phenolic resin Polymers 0.000 description 1
- 239000011591 potassium Substances 0.000 description 1
- 229910052700 potassium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 1
- 229910052611 pyroxene Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 239000008107 starch Substances 0.000 description 1
- 235000019698 starch Nutrition 0.000 description 1
- 239000011593 sulfur Substances 0.000 description 1
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- 230000008646 thermal stress Effects 0.000 description 1
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 1
- 239000005341 toughened glass Substances 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
Landscapes
- Glass Compositions (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к составу стекла, а также к способам изготовления из него стеклянных сфер, используемых в качестве проппантов для расклинивания нефтяных и газовых скважин.The invention relates to the composition of glass, as well as to methods for making glass spheres from it, used as proppants for wedging oil and gas wells.
Известен состав стекла для ситалла, содержащий, вес.% SiO2, - 67,1; Al2O3 - 12,5; MgO - 5,6; Li2O - 9,9; K2O - 3,3; F - 2,7; B2O3 - 1,0 (см патент FR №1159785, 1958 г.).Known glass composition for glass, containing, wt.% SiO 2 - 67.1; Al 2 O 3 - 12.5; MgO - 5.6; Li 2 O - 9.9; K 2 O - 3.3; F - 2.7; B 2 O 3 - 1.0 (see FR patent No. 1159785, 1958).
Наиболее близким по технической сущности является стекло для ситалла, включающее SiO2 - 25-60; B2O3 - 3-15; MgO - 4-25; Al2O3 - 5-25; F - 4-20, R2O, где в качестве R2O содержит, по крайней мере, один окисел из группы K2O - 2-15; Na2O - 2-15; Li2O - 2-7; Rb2O - 2-20; Cs2O - 2-20 (см описание к патенту SU №631065 от 09.08.1971 г.).The closest in technical essence is glass for glass, including SiO 2 - 25-60; B 2 O 3 - 3-15; MgO - 4-25; Al 2 O 3 - 5-25; F - 4-20, R 2 O, where as R 2 O contains at least one oxide from the group K 2 O - 2-15; Na 2 O - 2-15; Li 2 O - 2-7; Rb 2 O - 2-20; Cs 2 O - 2-20 (see the description of patent SU No. 631065 from 08/09/1971).
Однако известные составы стекла для ситаллов не могут быть использованы для изготовления проппантов, так как основную задачу, которую решают эти составы, направлены на улучшение диэлектрических свойств и механической обрабатываемости. Согласно международному стандарту ISO 13053, основными же показателями качества проппантов являются сопротивление раздавливанию, сферичность и округлость, в значительной степени определяющие проницаемость слоя проппантов в скважине.However, the known glass compositions for glass metals cannot be used for the manufacture of proppants, since the main task that these compositions solve is aimed at improving the dielectric properties and machinability. According to the international standard ISO 13053, the main proppant quality indicators are crush resistance, sphericity and roundness, which largely determine the proppant layer permeability in the well.
Большее распространение по экономическим соображениям получили проппанты из природного окатанного кварцевого песка. Однако сферичность и округлость окатанного песка, как правило, не превышает величину 0,7 по ISO 13053, а его использование ограничено неглубокими скважинами вследствие низкого сопротивления раздавливанию. Для повышения проницаемости природный песок покрывают пленкой фенолформальдегидной смолы, что существенно увеличивает их стоимость, но незначительно увеличивает проницаемость.For economic reasons, proppants made of natural rounded quartz sand have become more widespread. However, the sphericity and roundness of the rounded sand, as a rule, does not exceed a value of 0.7 according to ISO 13053, and its use is limited to shallow wells due to the low crushing resistance. To increase permeability, natural sand is covered with a film of phenol-formaldehyde resin, which significantly increases their cost, but slightly increases permeability.
Известны проппанты, представляющие собой стеклянные сферы (см. патент US №3497008), которые имеют высокие сферичность и округлость, гладкую поверхность, однако низкую механическую прочность. Кроме того, стеклянные проппанты имеют низкую стойкость в глинокислоте (смесь соляной и плавиковой кислоты), поэтому их использование в скважинах, подвергаемых кислотной обработке, не возможно.Known proppants, which are glass spheres (see US patent No. 3497008), which have high sphericity and roundness, smooth surface, but low mechanical strength. In addition, glass proppants have low resistance to clay acid (a mixture of hydrochloric and hydrofluoric acid), so their use in wells subjected to acid treatment is not possible.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому способу изготовления проппанта является способ изготовления проппанта из стеклянных сфер (см. патент GB №1089213 от 01.11.1967 г.), включающий получение в роторной печи расплава оксидов, в том числе в виде порошка стекла с формированием стеклянных сфер, их охлаждением воздухом до температуры 480-675°C и подачу их в охлаждающую жидкость - раствор крахмала, гликоли. При этом полученные сферы имеют прочность более 700 кг/см2, плотность - менее 2,6 г/см3, сферичность - 0,84, стойкость при температуре 1200°C и рН 3-11.The closest in technical essence to the claimed method of manufacturing proppant is a method of manufacturing proppant from glass spheres (see GB patent No. 1089213 of 01.11.1967), including the production of a melt of oxides in a rotary furnace, including in the form of glass powder with the formation of glass spheres, their cooling by air to a temperature of 480-675 ° C and their supply to the coolant - a solution of starch, glycol. Moreover, the resulting spheres have a strength of more than 700 kg / cm 2 , a density of less than 2.6 g / cm 3 , a sphericity of 0.84, and resistance at a temperature of 1200 ° C and pH 3-11.
К недостаткам стеклокристаллических проппантов следует отнести их недостаточно высокую прочность, а следовательно, проницаемость при высоких давлениях, т.е. при гидроразрыве в глубоких скважинах. Это связано с тем, что в известном изобретении рассмотрен только способ производства проппантов и не рассмотрен конкретный состав стекла, направленный на повышение этих показателей.The disadvantages of glass-crystalline proppants include their insufficiently high strength, and therefore, permeability at high pressures, i.e. when fracturing in deep wells. This is due to the fact that in the known invention only the proppant production method is considered and the specific composition of the glass, aimed at increasing these indicators, is not considered.
Технической задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является увеличение выхода товарных фракций проппантов, повышение их прочности и проницаемости при высоких давлениях в глубоких скважинах.The technical problem to be solved by the claimed invention is directed is to increase the yield of commercial proppant fractions, increase their strength and permeability at high pressures in deep wells.
Указанный результат достигается тем, что в известном составе стекла для изготовления проппанта, включающем SiO2, MgO, Al2O3, он содержит FeO+Fe2O3, CaO при следующем соотношении компонентов, мас.%:The specified result is achieved by the fact that in the known glass composition for the manufacture of proppant, including SiO 2 , MgO, Al 2 O 3 , it contains FeO + Fe 2 O 3 , CaO in the following ratio of components, wt.%:
SiO2 - 45-57SiO 2 - 45-57
MgO - 26-36MgO - 26-36
Al2O3 - 3-6Al 2 O 3 - 3-6
(FeO+Fe2O3) - 5-11(FeO + Fe 2 O 3 ) - 5-11
CaO - 3-8CaO - 3-8
Другие - менее 5Others - less than 5
Способ изготовления проппанта из указанного выше состава стекла, включающий получение расплава оксидов с диспергированием его струей воды, для формирования стеклокристаллизационных сфер, их отжиг и охлаждение, плавку стекла осуществляют при температуре 1500-170°C, а последующее диспергирование струи расплава осуществляют струей воды давлением 200-1000 атм, причем соотношение расхода воды к расходу расплава стекла составляет от 0,8 до 4,0. Диаметр струи расплава для диспергирования выбирают в пределах 5-50 мм. Диспергирование струи расплава осуществляют при температуре 1300-1700°C, а кристаллизационный отжиг - при температуре 1100-1270°C.A method of manufacturing a proppant from the above glass composition, including obtaining a molten oxide with dispersion with a water jet to form glass crystallization spheres, annealing and cooling them, melting the glass is carried out at a temperature of 1500-170 ° C, and the subsequent dispersion of the melt jet is carried out with a water jet of 200 -1000 atm, and the ratio of water flow to the flow of molten glass is from 0.8 to 4.0. The diameter of the melt jet for dispersion is selected in the range of 5-50 mm. The dispersion of the jet of melt is carried out at a temperature of 1300-1700 ° C, and crystallization annealing at a temperature of 1100-1270 ° C.
Диспергирование струи расплава стекла струей воды в отличие от диспергирования воздухом или паром имеет две особенности:Dispersion of a jet of molten glass by a jet of water, in contrast to dispersion by air or steam, has two features:
1. Вода - несжимаемое вещество, поэтому струе расплава передается кинетическая энергия воды, что вызывает быстрое и качественное диспергирование.1. Water is an incompressible substance; therefore, the kinetic energy of water is transmitted to the melt stream, which causes fast and high-quality dispersion.
2. Струя воды, выходящая из сопла под большим давлением, сохраняет сплошность на расстоянии свыше 1 м, что облегчает аппаратурное оформление процесса диспергирования.2. The jet of water leaving the nozzle under high pressure maintains continuity at a distance of more than 1 m, which facilitates the hardware design of the dispersion process.
Диспергирование струей воды накладывает определенные ограничения и на состав диспергируемого расплава стекла и его температуру:Dispersion by a water jet imposes certain restrictions on the composition of the dispersible glass melt and its temperature:
- необходимо использовать слабощелочной расплав;- it is necessary to use slightly alkaline melt;
- расплав с низкой вязкостью и большим поверхностным натяжением.- a melt with low viscosity and high surface tension.
Кроме того, диспергирование струи расплава струей воды позволяет передать расплаву значительно большую кинетическую энергию, что увеличивает выход товарных фракций стеклошариков (0,2-0,8 мм) до 80-90% (при диспергировании воздухом - 20-30%, паром - 25-40%, струей раскаленных газов - 30-50%).In addition, the dispersion of the melt jet with a water jet allows the melt to transfer significantly greater kinetic energy, which increases the yield of commodity fractions of glass beads (0.2-0.8 mm) up to 80-90% (when dispersed with air - 20-30%, steam - 25 -40%, with a stream of hot gases - 30-50%).
Несомненное преимущество диспергирование водой перед диспергированием вращающимся диском как с точки зрения технической простоты процесса, экономичности, производительности, техники безопасности, так и качества получаемой продукции за счет резкого охлаждения стеклошариков - возникновения сжимающих напряжений в поверхностных слоях стеклошариков (закаленное стекло).The undoubted advantage of water dispersion over dispersion by a rotating disk is both from the point of view of technical simplicity of the process, economy, productivity, safety measures, and the quality of the products obtained due to the sharp cooling of glass balls - the occurrence of compressive stresses in the surface layers of glass balls (toughened glass).
Количество подаваемой на струю расплава воды и ее давление определяют как выход годной продукции, так и средний размер стеклошариков. При расходе воды менее 0,8 кг на 1 кг расплава даже при давлении воды 600-1000 атм не удается полностью разбить струю и появляются несферические частицы, а при расходе воды свыше 4 кг на 1 кг расплава средний размер стеклошариков остается постоянным. Давление воды играет существенную роль в технологии диспергирования. При давлении менее 200 атм струя воды быстро теряет свою энергию и удар по струе расплава приводит к образованию крупных стеклошариков, несферических частиц стекла и ваты.The amount of water supplied to the melt stream and its pressure determine both the yield of the product and the average size of the glass beads. At a water consumption of less than 0.8 kg per 1 kg of melt, even at a water pressure of 600-1000 atm, it is not possible to completely break the stream and nonspherical particles appear, and at a water consumption of more than 4 kg per 1 kg of melt, the average size of glass beads remains constant. Water pressure plays a significant role in dispersion technology. At a pressure of less than 200 atm, the water jet quickly loses its energy and impact on the melt stream leads to the formation of large glass beads, nonspherical particles of glass and wool.
Давление воды свыше 1000 атм авторы не использовали в связи с дороговизной и дефицитностью оборудования. Кроме того, разница в давлении воды между 500 и 1000 атм была незначительной как по среднему значению размера стеклошариков, так и доля годной продукции.The authors did not use water pressure above 1000 atm due to the high cost and scarcity of equipment. In addition, the difference in water pressure between 500 and 1000 atm was insignificant both in the average value of the size of glass beads and in the fraction of suitable production.
Размер струи расплава стекла также имеет существенное значение: при толщине струи менее 5 мм происходит быстрое ее охлаждение, а при толщине более 50 мм - разброс в тангенциальном (поперечном) направлении. В том и другом случаях возрастает доля несферических частиц.The size of the jet of molten glass is also of great importance: when the thickness of the jet is less than 5 mm, it rapidly cools, and with a thickness of more than 50 mm, the spread in the tangential (transverse) direction. In both cases, the proportion of nonspherical particles increases.
Соотношение оксидов кремния, магния, алюминия, кальция и железа определены опытным путем. Такой состав обладает оптимальным соотношением технологических и качественных показателей. Другие оксиды, содержание которых не должно превышать 5 мас.%, обычно представлены оксидами хрома, марганца, никеля, бора, серы, калия, натрия, титана, фтора и их влияние на прочность проппантов ограничено. Эти оксиды являются примесями в исходном сырье.The ratio of oxides of silicon, magnesium, aluminum, calcium and iron was determined empirically. This composition has the optimal ratio of technological and quality indicators. Other oxides, the content of which should not exceed 5 wt.%, Are usually represented by oxides of chromium, manganese, nickel, boron, sulfur, potassium, sodium, titanium, fluorine and their effect on the strength of proppants is limited. These oxides are impurities in the feedstock.
Суммарное содержание оксидов кремния и алюминия не должно превышать 60%, так как вязкость расплава при их содержании свыше 60% даже при температуре 1700°C становится высокой и при диспергировании струей воды образуется много ваты и иголок.The total content of silicon and aluminum oxides should not exceed 60%, since the melt viscosity at their content of more than 60% even at a temperature of 1700 ° C becomes high and a lot of cotton wool and needles are formed when dispersed by a water jet.
Пример 1Example 1
Материал расчетного состава, в мас.% SiO2 - 52, MgO - 32, CaO - 5, Al2O3 - 6,The material of the calculated composition, in wt.% SiO 2 - 52, MgO - 32, CaO - 5, Al 2 O 3 - 6,
(FeO+Fe2O3) - 5 (примеси: Cr2O3, TiO2, K2O, Na2O, F, S, P2O5, B2O3 и др., присутствующие в природном сырье в количестве до 5%, из расчета исключены), расплавляли в дуговой рудно-термической печи и сливали через огнеупорную воронку с расходом примерно 1200 кг/час при температуре струи расплава примерно 1550°C+20°C. Диспергирование струи расплава осуществляли плоской водяной струей давлением от 50 до 1000 атм и расходом воды от 600 до 10000 л/час. В качестве параметра оптимизации принимали содержание стеклошариков размером менее 0,8 мм. В таблице 1 приведены результаты проведенных экспериментов.(FeO + Fe 2 O 3 ) - 5 (impurities: Cr 2 O 3 , TiO 2 , K 2 O, Na 2 O, F, S, P 2 O 5 , B 2 O 3 , etc., present in natural raw materials in an amount up to 5%, excluded from the calculation), was melted in an arc ore-furnace and drained through a refractory funnel with a flow rate of about 1200 kg / h at a melt stream temperature of about 1550 ° C + 20 ° C. The dispersion of the melt jet was carried out by a flat water jet with a pressure of 50 to 1000 atm and a water flow rate of 600 to 10,000 l / h. The content of glass beads less than 0.8 mm in size was taken as an optimization parameter. Table 1 shows the results of the experiments.
Из таблицы 1 можно сделать вывод, что при диспергировании струи расплава струей воды оптимальным является давление воды 200-1000 атм, а расход воды от 0,8 до 4 по отношению к расходу расплава стекла.From table 1 we can conclude that when dispersing a jet of melt with a water jet, the optimum pressure is 200-1000 atm, and the water flow rate from 0.8 to 4 relative to the flow rate of the molten glass.
Пример 2Example 2
Расплавы различного состава диспергировали плоской струей воды. Расход воды брали - 4000 л/час, давление воды - 400 атм, расход расплава стекла - 1200 кг/час. В качестве параметров оптимизации принимали следующие: прочность стеклошариков - проппантов фракции 40/70 (0,42-0,21 мм); количество несферических частиц (ваты, иголок).Melts of various compositions were dispersed with a flat stream of water. Water consumption was taken - 4000 l / h, water pressure - 400 atm, glass melt consumption - 1200 kg / h. The following parameters were taken as optimization parameters: strength of glass beads - proppants of fraction 40/70 (0.42-0.21 mm); the number of non-spherical particles (cotton, needles).
В таблице 2 приведены результаты проведенных экспериментов. Состав пересчитан на оксиды кремния, магния, кальция, алюминия и железа, без учета примесей (Cr2O3, TiO2, K2O, Na2O, F, S, P2O5, B2O3 и др.).Table 2 shows the results of the experiments. The composition is calculated on the oxides of silicon, magnesium, calcium, aluminum and iron, excluding impurities (Cr 2 O 3 , TiO 2 , K 2 O, Na 2 O, F, S, P 2 O 5 , B 2 O 3 , etc. )
Таким образом, стеклосферы заявляемого состава имеют наиболее высокую прочность на раздавливание (меньшее количество разрушенных гранул, см. примеры - 6, 11, 14, 19, 21) и могут быть рекомендованы для использования в качестве проппантов.Thus, the glass sphere of the claimed composition have the highest crushing strength (fewer destroyed granules, see examples 6, 11, 14, 19, 21) and can be recommended for use as proppants.
Стекло заявляемого состава имеет чрезвычайно высокую склонность к кристаллизации, а при диспергировании струи расплава воздухом или струей горячих газов (например, продуктами сгорания природного газа или керосина) происходит более медленное охлаждение, что приводит к неконтролируемой кристаллизации стекла и снижению прочности стеклошариков размером крупнее 0,2 мм.The glass of the claimed composition has an extremely high tendency to crystallization, and when the melt stream is dispersed with air or a stream of hot gases (for example, products of natural gas or kerosene combustion), slower cooling occurs, which leads to uncontrolled crystallization of the glass and a decrease in the strength of glass beads larger than 0.2 mm
Следует отметить, что кристаллизационный обжиг стеклошариков является эффективным только в области температур 1100-1270°C в течение времени не более 10-15 минут для образования 20-40% по объему стекла мелких (менее 2 мкм) кристаллов форстерита и пироксена. При более длительных выдержках увеличение доли кристаллической фазы вызывает деформацию стеклошариков вследствие того, что кристаллическая фаза имеет большую плотность.It should be noted that crystallization firing of glass beads is effective only in the temperature range 1100-1270 ° C for a period of not more than 10-15 minutes for the formation of 20-40% small (less than 2 microns) crystals of forsterite and pyroxene by volume of glass. With longer exposures, an increase in the fraction of the crystalline phase causes deformation of the glass beads due to the fact that the crystalline phase has a higher density.
При температуре ниже 1100°C термические напряжения при кристаллизации вызывают трещинообразование в стекле и снижение прочности, в интервале 1100-1270°C напряжения релаксируются за счет пластической деформации высоковязкого стекла, а выше 1270°C происходит слипание стеклошариков вследствие снижения вязкости.At temperatures below 1100 ° C, thermal stresses during crystallization cause cracking in the glass and a decrease in strength, in the range 1100-1270 ° C, the stresses relax due to plastic deformation of high-viscosity glass, and above 1270 ° C adhesion of glass beads due to a decrease in viscosity.
Следует отметить, что существенное увеличение прочности стеклошариков заявляемого состава и изготовленных согласно настоящему изобретению по сравнению с имеющимися на рынке стеклошариками позволило улучшить качество не только проппантов, но стеклошариков для струйной обработки поверхности металлов и стекла, а также для ряда других специфических областей применения (наполнители пластмасс, бетонов, светоотражающие поверхности).It should be noted that a significant increase in the strength of glass beads of the claimed composition and made according to the present invention compared with the glass beads available on the market has improved the quality of not only proppants, but glass beads for blasting the surface of metals and glass, as well as for a number of other specific applications (plastic fillers concrete, reflective surfaces).
Проведенные промышленные испытания на предприятии ООО «ФОРЭС» показали, что диспергирование струи расплава заявляемого состава стекла струей воды позволяет:Industrial tests conducted at the company LLC "FORES" showed that the dispersion of the melt jet of the inventive glass composition with a water jet allows you to:
- снизить долю несферических частиц, а это увеличивает выход товарных фракций проппантов;- reduce the proportion of non-spherical particles, and this increases the yield of commercial proppant fractions;
- повысить прочность проппантов и их проницаемость для использования при высоких давлениях в глубоких скважинах.- increase the strength of the proppants and their permeability for use at high pressures in deep wells.
Claims (5)
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2010116799/03A RU2433966C1 (en) | 2010-04-27 | 2010-04-27 | Glass composition and method of producing proppants therefrom |
CA 2738442 CA2738442A1 (en) | 2010-04-27 | 2011-04-27 | Glass compositions and method for making proppants based thereon |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2010116799/03A RU2433966C1 (en) | 2010-04-27 | 2010-04-27 | Glass composition and method of producing proppants therefrom |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2433966C1 true RU2433966C1 (en) | 2011-11-20 |
Family
ID=44857043
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2010116799/03A RU2433966C1 (en) | 2010-04-27 | 2010-04-27 | Glass composition and method of producing proppants therefrom |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
CA (1) | CA2738442A1 (en) |
RU (1) | RU2433966C1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN113582676A (en) * | 2021-08-31 | 2021-11-02 | 西南科技大学 | Magnesium aluminum silicate proppant and production process and application thereof |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1460046A1 (en) * | 1987-06-29 | 1989-02-23 | Московский Институт Химического Машиностроения | Method and apparatus for founding glass fibre waste and glass balls |
EP1256633A2 (en) * | 2001-05-10 | 2002-11-13 | Tribovent Verfahrensentwicklung GmbH | Process and apparatus for granulating molten materials such as e.g. liquid slags |
RU2267010C1 (en) * | 2004-09-02 | 2005-12-27 | Открытое акционерное общество "Боровичский комбинат огнеупоров" | Proppant and a method for manufacturing thereof |
CA2633348A1 (en) * | 2007-09-24 | 2009-03-24 | Sergei Fedorovich Shmotiev | Method of producing proppants from glass spheres |
-
2010
- 2010-04-27 RU RU2010116799/03A patent/RU2433966C1/en active
-
2011
- 2011-04-27 CA CA 2738442 patent/CA2738442A1/en not_active Abandoned
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1460046A1 (en) * | 1987-06-29 | 1989-02-23 | Московский Институт Химического Машиностроения | Method and apparatus for founding glass fibre waste and glass balls |
EP1256633A2 (en) * | 2001-05-10 | 2002-11-13 | Tribovent Verfahrensentwicklung GmbH | Process and apparatus for granulating molten materials such as e.g. liquid slags |
RU2267010C1 (en) * | 2004-09-02 | 2005-12-27 | Открытое акционерное общество "Боровичский комбинат огнеупоров" | Proppant and a method for manufacturing thereof |
CA2633348A1 (en) * | 2007-09-24 | 2009-03-24 | Sergei Fedorovich Shmotiev | Method of producing proppants from glass spheres |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN113582676A (en) * | 2021-08-31 | 2021-11-02 | 西南科技大学 | Magnesium aluminum silicate proppant and production process and application thereof |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CA2738442A1 (en) | 2011-10-27 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US8193128B2 (en) | Treatment of particles for improved performance as proppants | |
RU2336293C1 (en) | Methods of proppant fabrication from glass spheres | |
CN106242302B (en) | A kind of preparation method of high-strength glass microsphere | |
CN101704632B (en) | Preparation method of high-strength low-density hollow glass bead | |
CN102320743B (en) | High strength aluminosilicate hollow glass microsphere and preparation method thereof | |
US7648934B2 (en) | Precursor compositions for ceramic products | |
US20080070774A1 (en) | Ceramic proppant with low specific weight | |
CN101602574A (en) | A kind of preparation method of high-strength cellular glass | |
CN105417949B (en) | A kind of preparation method of alumina silicate fibre | |
AU2006321786A1 (en) | Engineered low-density heterogeneous microparticles and methods and formulations for producing the microparticles | |
JP2007507413A (en) | Mineral wool composition | |
CN101792266B (en) | Particle-reinforced foam glass and preparation method thereof | |
CN111499344B (en) | Sintering process of petroleum fracturing propping agent | |
CN105272185B (en) | The method that cast stone mill ball is prepared using basalt | |
RU2433966C1 (en) | Glass composition and method of producing proppants therefrom | |
CN107266045A (en) | A kind of corundum-mullite ceramsite propping agent and preparation method thereof | |
US2261639A (en) | Oxide pellet | |
JP6570241B2 (en) | Siliceous composition and method for obtaining the same | |
CN105271782A (en) | Hollow glass beads and preparation method thereof | |
CN104557089A (en) | Preparation method of environment-friendly alkaline-free fireproof fibers | |
CN111499352B (en) | Method for preparing high-strength oil-gas fracturing propping agent by utilizing ceramsite waste | |
CA2743283A1 (en) | Glass composition and process of proppants manufacture based thereon | |
CN102627397B (en) | Method for producing magnesium silicate fiber blanket by smelting residual fusion slag of ferronickel through utilizing laterite-nickel ore | |
CN117279869A (en) | Method for producing glass fibers from raw mineral material | |
JPH0146465B2 (en) |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
HE4A | Change of address of a patent owner |
Effective date: 20210722 |