Badania nad otrzymaniem proppantów ceramicznych metodą suszenia rozpyłowego

• Autorzy: Wiśniewski P. , Małek M. , Szymańska J. , Zarzycka-Dziedzic D. , Mizera J. , Kurzydłowski K. J.

Warianty tytułu

Studies on receiving ceramic proppants by the spray drying method

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W artykule przedstawiono przykładowe wyniki prac dotyczących badań nad otrzymywaniem surowych proppantów ceramicznych, uzyskanych w suszarni rozpyłowej, oraz możliwego ich dalszego wytwarzania w skali przemysłowej. Proppanty ceramiczne są materiałem podsadzkowym stosowanym w procesie szczelinowania hydraulicznego w eksploatacji złóż gazu oraz ropy w skałach łupkowych. Szczelinowanie polega na kruszeniu skał wewnątrz wywierconego otworu, a następnie wprowadzeniu do jego wnętrza proppantów za pomocą płynu szczelinującego. Zadaniem proppantów jest zapobieganie ponownemu zamknięciu się powstałych szczelin i umożliwienie przepływu gazu niekonwencjonalnego. Przedmiotem prac były badania nad otrzymaniem lekkich proppantów ceramicznych w suszarni rozpyłowej z surowców mineralnych głównie pochodzenia krajowego. W tym celu opracowywano masy lejne z dodatkiem różnych środków upłynniających i badano ich właściwości reologiczne. Wybrane masy lejne posłużyły do uzyskania surowego materiału podsadzkowego w suszarni rozpyłowej. Kolejnym etapem była charakterystyka proppantów w stanie surowym pod względem gęstości, kulistości oraz mikrostruktury. Do oceny morfologii wykorzystano mikroskopię świetlną, elektronową mikroskopię skaningową (SEM) z analizą EDS w mikroobszarach oraz tomografię rentgenowską. Na podstawie przeprowadzonych prac można stwierdzić, że otrzymane proppanty charakteryzowały się korzystnymi właściwościami, dzięki czemu możliwe będzie zastosowanie ich w produkcji przemysłowej do eksploatacji złóż gazu łupkowego.

EN

The paper presents exemplary results of research related to green ceramic proppants obtained in a spray dryer, and opportunity of their production on industrial scale. Ceramic proppants are classified as propping agents used in the hydraulic fracturing process applied in the shale gas and shale oil exploitation. This technique is based on the shale rocks fracturing inside a borehole and further injection of a hydraulic fluid containing suspended proppants. The aim of this material is to prop open fractures and facilitate unconventional gas flow. The scope of the conducted studies was production of light ceramic proppants from Polish mineral raw materials by using spray drying. For this purpose, ceramic slurries have been prepared with the addition of deffloculants, and examined to determine their rheological properties. The selected slurries were used for production of green propping agents in the spray dryer. The investigation also included characterization of the proppants according to their density, sphericity and microstructure. Morphology estimation was carried out with the use of light microscopy, scanning electron microscopy (SEM) combined with EDS analysis at micro areas, and also Roentgen tomography. The studies have proved that the obtained materials demonstrate favourable properties enhancing their application in the industrial output for shale gas extraction.

Słowa kluczowe

PL

gaz łupkowy; masa lejna; upłynnianie; proppant ceramiczny; szczelinowanie hydrauliczne

EN

shale gas; slurry; deflocculation; ceramic proppant; hydraulic fracturing

• Wydawca: Polskie Towarzystwo Ceramiczne
• Czasopismo: Materiały Ceramiczne
• Rocznik: 2015
• Tom: T. 67, nr 4
• Strony: 448--453
• Opis fizyczny: Bibliogr. 14 poz., rys., wykr.

Twórcy

autor

Wiśniewski P.

• Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Materiałowej, ul. Wołoska 141, 02-507 Warszawa

autor

Małek M.

• Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Materiałowej, ul. Wołoska 141, 02-507 Warszawa

autor

Szymańska J.

• Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Materiałowej, ul. Wołoska 141, 02-507 Warszawa

autor

Zarzycka-Dziedzic D.

• Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Materiałowej, ul. Wołoska 141, 02-507 Warszawa

autor

Mizera J.

• Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Materiałowej, ul. Wołoska 141, 02-507 Warszawa

autor

Kurzydłowski K. J.

• Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Materiałowej, ul. Wołoska 141, 02-507 Warszawa

Bibliografia

• [1] Tingting Wu, Bolin Wu, Shiao Zhao: Acid resistance of silicon-free ceramic proppant, Mater. Lett., 92, (2013), 210–212.
• [2] Kulkarni, M., Ochoa, O. O.: Mechanics of light weight proppants: A discrete approach, Comp. Sci. Techn., 72, (2012), 879-885.
• [3] Woźniak, P., Janus, D.: Gaz z łupów, szczelinowanie i ceramiczne proppanty cz. 1, Wiadomości, 3 [179], (2013), 7-12.
• [4] Woźniak, P., Janus, D.: Gaz z łupów, szczelinowanie i ceramiczne proppanty cz. 2, Wiadomości, 4 [170], (2013), 13-18.
• [5] Dziubak, C., Szamałek, K., Bylina P.: Ocena możliwości wytwarzania propantu ceramicznego metodą „granulowanie-spiekanie”, Szkło i Ceramika, 63, (2012), 2-6.
• [6] Woźniak, P., Janus, D.: Ekonomia wydobycia gazu z łupków, Wiadomości, 5 [181], (2013), 12-17.
• [7] Woźniak, P., Janus, D.: Multistage fracking i proppanty ceramiczne, Wiadomości, 2 [190], (2014), 17-19.
• [8] Woźniak, P., Janus, D.: Proppanty konwencjonalne i niekonwencjonalne, Wiadomości, 8 [185], (2013), 18-22.
• [9] Zimny, M., Janus, D.: Historia szczelinowania hydraulicznego i proppantów oraz analiza rynku proppantów, Wiadomości, 6 [194], (2014), 12-15.
• [10] Zimny, M., Janus, D.: Gravel packing i proppanty ceramiczne, Wiadomości, 8 [196], (2014), 18-21.
• [11] ISO 13503-2, 2006, Measurement of Properties of Proppants used in Hydraulic Fracturing and Gravel-Packing Operations, International Standard Organization.
• [12] Woźniak, P., Janus, D.: Jaki proppant jest każdy widzi – czyli o metodach wyznaczania parametrów charakterystycznych i o producentach, Wiadomości, 8 [184], (2013), 14-18.
• [13] Migas, A.: Reologia ceramicznych zawiesin tiksotropowych, Praca doktorska, AGH, Kraków 2008.
• [14] Szymańska, J.: Badania lekkich proppantów ceramicznych z wykorzystaniem polskich surowców mineralnych, Praca dyplomowa, Warszawa 2014.