Химические свойства кварцевого песка производители

Когда говорят о химических свойствах кварцевого песка, многие сразу думают только о SiO?, но на деле даже у нас на производстве проппантов в ООО 'Цинтунсяский завод пропантов Жуйтун' постоянно сталкиваешься с нюансами – например, как содержание оксида железа влияет на прочность гранул при гидроразрыве. Вот об этом редко пишут в учебниках.

Что скрывается за стабильностью кварца

Наш завод с 2011 года работает с проппантами, и тут без кварцевого песка никуда. Но если брать условно 'чистый' песок из Карелии, то его химическая стойкость – это палка о двух концах. С одной стороны, он не реагирует с кислотами при обработке, кроме плавиковой – это знают все. А с другой, те же 0.3% Al?O? в составе могут резко изменить поведение песка при спекании с керамикой для проппантов.

Помню, в 2019 году мы закупили партию песка с Урала, где производитель заявил 99% SiO?. На бумаге всё идеально, но при тестах на термостойкость гранулы начали трескаться при 1200°C. Разобрались – оказалось, там была повышенная доля аморфного кремнезёма, который при нагреве давал усадку. Теперь всегда требуем от поставщиков данные по фазовому составу, а не только химическому.

Кстати, именно поэтому на https://www.rtzcj.ru мы отдельно указываем, что для проппантов используем только песок с кристаллической структурой – не потому что это модно, а потому что видели последствия экономии на этом параметре. Одна партия бракованных гранул обошлась нам в два месяца переговоров с нефтесервисной компанией.

Производители и их 'слепые зоны'

Большинство российских производителей кварцевого песка до сих пор делают акцент на гранулометрии, а химию считают второстепенной. Но когда мы в Жуйтун начинаем новый проект по проппантам, первое что проверяем – это именно следовые элементы. Например, даже 0.05% K?O могут катализировать нежелательные реакции с глинистыми породами в пласте.

Есть у нас в базе поставщик из Сибири, который лет пять уверял что их песок 'химически инертен'. А когда начали делать проппанты для кислотного ГРП, выяснилось что карбонатные примеси в их песке сводят на нет действие соляной кислоты. Пришлось разрабатывать многоступенчатую промывку – сейчас этот процесс описан в техрегламенте на нашем сайте.

И вот что важно: многие производители песка до сих пор не проводят тесты на сорбционную способность. А для проппантов это критично – песок с высокой удельной поверхностью может 'забирать' модификаторы из жидкости ГРП. Мы такие случаи фиксировали при работе с низкопроницаемыми коллекторами.

Кварц в связке с другими материалами

Когда мы в ООО 'Цинтунся Жуйтун Пропант' только начинали производство, думали что барит и кварцевый песок – это просто наполнители. Опыт показал что их химическое взаимодействие определяет устойчивость суспензии. Например, при высоких концентрациях BaSO? ионы бария могут создавать мостики с силикатными группами песка – это сначала кажется мелочью пока не столкнёшься с внезапным загустеванием смеси в скважине.

С известняковой мукой ещё интереснее – казалось бы, CaCO? нейтрален. Но если в песке есть даже следы соединений марганца, при температуре пласта начинается медленное окисление которое разрушает структуру проппанта. Обнаружили это когда анализировали пробы после года эксплуатации – гранулы с 'идеальным' кварцем дали просадку по прочности на 20%.

Сейчас мы специально под каждый тип породы подбираем не только фракцию песка но и его химический паспорт. Это дороже но надёжнее – статистика отказов за последние три года снизилась вчетверо.

Полевые уроки и адаптация

В 2016 году мы поставили партию проппантов для месторождения в ХМАО где пластовая вода имела pH около 4. Через полгода получили рекламацию – проппанты 'пылили'. Оказалось кварцевый песок с высоким содержанием аморфного кремнезёма постепенно растворялся в слабокислой среде. С тех пор всегда запрашиваем гидрохимию пласта.

Ещё один случай – при закачке проппантов с песком из Архангельского месторождения столкнулись с аномальным ростом давления. Химический анализ показал что в песке были микровключения монтмориллонита который при контакте с пластовой водой разбухал. Теперь в спецификациях отдельно оговариваем содержание глинистых минералов.

Кстати именно после этого случая мы на rtZCJ.ru выложили технические требования к песку – не для рекламы а чтобы поставщики понимали наши реальные потребности. Удивительно но это сработало лучше чем десятки встреч.

Перспективы и ограничения

Сейчас экспериментируем с модифицированным кварцевым песком где поверхность обрабатывается органосиланами. Идея в том чтобы снизить адсорбцию парафинов в тяжелых нефтях. Пока результаты неоднозначные – в лаборатории всё прекрасно а на реальной скважине эффект на 30% ниже ожидаемого. Видимо мешают те самые следовые металлы о которых говорил раньше.

Ещё один момент – европейские производители проппантов активно переходят на синтетический кварц но у нас это пока нерентабельно. Хотя для термостойких проппантов для СГД возможно придётся рассматривать этот вариант – природный песок даже самый чистый начинает терять стабильность выше 1350°C.

Если говорить о будущем то главный вызов для производителей кварцевого песка – научиться контролировать не только химический состав но и историю формирования минерала. Мы уже сейчас видим что песок из разных геологических слоёв ведёт себя по разному даже при идентичных химических показателях. Возможно следующий шаг – создание базы данных по месторождениям с привязкой к поведению в условиях ГРП.