Содержание кремния в песчаном фильтрующем материале производители

Когда говорят про содержание кремния в песчаном фильтрующем материале, многие производители сразу думают о ГОСТах и химлабораториях. Но на деле всё сложнее – я вот на своём опыте в ООО 'Цинтунсяский завод пропантов Жуйтун' убедился, что даже при идеальных анализах можно получить брак, если не учитывать геологию месторождения песка. Особенно для проппантов – там каждый процент кремния влияет на прочность гранул после термообработки.

Почему SiO2 – не единственный показатель качества

В 2018 году мы закупили песок из Карелии с заявленными 99,2% кремнезёма. Лаборатория дала добро, но при формовании проппантов пошла трещиноватость. Оказалось, проблема в кристаллической структуре – монокристаллы кремния дают хрупкость, а нам нужны были зерна с микропорами. Пришлось переходить на кварцевые пески из Архангельского месторождения, где содержание кремния было ниже (98,7%), но за счёт примесей алюмосиликатов получилась лучшая спекаемость.

Сейчас при подборе песчаного фильтрующего материала мы всегда делаем пробный обжиг партии 20 кг. Если после печи при 1500°C больше 3% гранул рассыпаются в пыль – песок бракуем, даже если химсостав идеален. Кстати, на сайте https://www.rtzcj.ru мы выложили таблицу с требованиями к пескам для разных типов скважин – там видно, как меняются допуски по кремнию для проппантов низкого и высоккого давления.

Ещё важный момент – фракционная однородность. Когда в партии есть пылеватые частицы меньше 0,1 мм, они выгорают при термообработке и создают микрополости. Вроде мелочь, но именно из-за этого в 2021 году мы потеряли контракт на поставку проппантов для Приобского месторождения – их комиссия нашла отклонения по прочности на сжатие.

Как мы настраиваем технологию обогащения

Наш завод в Цинтунся изначально работал по китайской методике – многоступенчатая промывка с кислотным травлением. Но для сибирских песков это оказалось избыточным: после соляной кислоты терялась естественная цементация зерен. Перешли на сухую сепарацию с последующей флотацией – так сохраняется природная структура кремнезёма.

Сейчас используем установки SIMEX (Италия) для воздушной классификации. Важно не пересушить песок перед загрузкой – при влажности ниже 0,5% начинается электростатика, и мелкие фракции кремния слипаются с крупными. Как-то из-за этого получили брак 40 тонн проппантов – пришлось перерабатывать в известняковую муку, что в 4 раза дороже.

Для контроля содержания кремния после обогащения используем рентгенофлуоресцентный анализатор ARL 9900. Но и тут есть нюанс – аппарат показывает общее содержание SiO2, а нам важно видеть соотношение кварца, халцедона и опала. Поэтому раз в месяц отправляем образцы в Институт геологии УрО РАН для детальной дифрактометрии.

Опыт с баритом как корректирующей добавкой

В 2022 году пробовали добавлять молотый барит в песчаную шихту – думали повысить плотность проппантов. Но при содержании барита больше 8% началось активное образование силикатов бария на границах зерен. После ГРП такие проппанты давали проседание до 15% от проектной проводимости.

Сейчас используем барит только для тяжёлых буровых растворов, а для проппантов ограничиваемся чистым кварцевым песком с минимальными корректировками. Кстати, на https://www.rtzcj.ru в разделе 'Технические условия' есть наши рекомендации по смесям для сложных пластов – там указаны точные пропорции добавок известняковой муки для стабилизации pH.

Интересный случай был при работе с карбонатными коллекторами – там пришлось специально снижать содержание кремния до 97% за счёт доломитовой примеси. Иначе возникала химическая несовместимость с породой пласта. Это к вопросу о том, что не всегда максимальное содержание кремния – благо.

Полевые испытания и обратная связь от нефтяников

Самое ценное – данные с месторождений после ГРП. В 2023 году для 'Башнефти' делали партию проппантов с содержанием кремния 99,1% по их ТУ. Через полгода получили отчет – в скважинах с высоким содержанием пластовой воды произошло частичное растворение кремнезёма. Пришлось срочно разрабатывать проппанты с защитным полимерным покрытием.

Сейчас ведём переговоры с ямальскими недропользователями – они требуют песок с определенным соотношением аморфного и кристаллического кремния. Объясняют это особенностями мерзлотных коллекторов. Вот тут-то и проявляется важность не столько процентного содержания, сколько структурных характеристик.

По нашим наблюдениям, оптимальное содержание кремния для проппантов – 98,5-99,3%. Ниже – теряется прочность, выше – растёт хрупкость. Но это для стандартных условий. Для высокотемпературных скважин (глубже 3000 м) лучше 98,8-99,0% с добавкой циркона.

Экономика качества и рынок сырья

Себестоимость проппантов на 60% зависит от цены исходного песка. Песок с содержанием кремния 99,5% стоит в 3 раза дороже, чем 98,5%. Но даёт ли это выигрыш в эффективности ГРП? Наши исследования показывают, что прирост добычи составляет не более 4-7%, что часто не окупает разницу в цене.

Сейчас ООО 'Цинтунся Жуйтун Пропант' работает в основном с месторождениями Урала и Поволжья – там стабильное качество песка с содержанием кремния 98,8-99,2%. Для особых случаев используем привозной песок из Украины (Овручский кряж), но с 2022 года переориентировались на Алтайские месторождения.

Интересно, что китайские конкуренты часто используют песок с содержанием кремния всего 97,5-98,0%, но компенсируют это специальными пропитками. Мы пробовали такие технологии – не подходят для наших условий, слишком агрессивные реагенты.

Что в перспективе

Сейчас экспериментируем с модифицированными проппантами, где кремний составляет каркас, а упругость дают полимерные добавки. Получается гибридный материал – содержание кремния снижается до 95%, но проводимость остается на уровне стандартных проппантов.

Ещё перспективное направление – использование отсевов обогащения золотоносных песков. Там содержание кремния до 99,8%, но есть микропримеси золота (0,1-0,3 г/т), которые почему-то улучшают термостойкость. Пока дорого, но для премиум-сегмента рассматриваем.

В целом, тенденция ясна – простое содержание кремния перестаёт быть единственным критерием качества. Важнее комплекс характеристик: гранулометрия, сферичность, кислотная растворимость. Хотя без хорошего кремнистого песка всё равно никуда – проверено на практике.