Разумные пределы замещения керамики на кварцевый песок

С 27 по 29 октября 2025 г. в Технопарке новосибирского Академгородка прошёл научно-технический форум, посвящённый технологиям гидравлического разрыва пласта (ГРП), организованный АО «Геологика».

Представители компании ООО «Юнифрак Трейд» — генеральный директор Кузнецов Евгений и руководитель службы качества и разработки новых продуктов Воронцов Владислав — приняли участие в секции «Материалы ГРП и методы лабораторных исследований» с докладом на тему «Ключевые особенности производства и испытаний материалов ГРП на основе кварцевого песка».

Один из разделов доклада посвящён поиску оптимального соотношения в замещении керамического пропанта кварцевым песком. Это пример наших комплексных отраслевых решений: мы не просто ставим песок вместо керамики, а обосновываем рабочие доли замещения и диапазоны давлений (≈4–6k psi) на базе лабораторных данных, чтобы сохранить проводимость трещины.

Так мы опережаем потребности рынка и помогаем партнёрам выбирать экономически и технологически оптимальный дизайн ГРП.

Очевидно, что возможность замещения расклинивающего агента на песок и процент этого замещения должны быть обоснованы в первую очередь пластовыми условиями, где он будет применяться. В различных добывающих компаниях этот успешный опыт подтверждается до 20–30% замещения пропанта на песок.

Юнифрак Трейд также были заинтересованы в лабораторном подтверждении этого факта и провели следующий эксперимент.

Объектом исследования являлись кварцевый песок Юнифрак и керамический магнезиально-кварцевый пропант известного производителя, представленного на российском рынке ГРП. Испытания проводились согласно стандартной методике на сопротивление раздавливанию по ГОСТ 54571-2023, в различных соотношениях пропант/песок в ячейке для раздавливания, с дальнейшим разделением разрушенной смеси и определением остатка целых, неразрушенных частиц на магнитном сепараторе.

Материал засыпается на ленту, которая приводится в движение магнитным валом с величиной индукции от 1,5 до 2 Тл. Магнитный материал, проходя по ленте под действием магнитного поля, остаётся на ней до момента выхода из магнитного поля и уходит в соответствующий патрубок, а немагнитные включения, двигаясь по естественной траектории, выходят через другой патрубок.

Ввиду того, что в магнезиально-кварцевом пропанте содержание оксида железа может варьироваться от 2 до 9%, а в кварцевом песке — от 0,01 до 0,15%, материалы кардинально отличаются по ферромагнитным свойствам и могут быть успешно разделены на сепараторе.

Говоря простым языком, керамический пропант — магнитный материал, кварцевый песок — нет.

Были проведены испытания в двух соотношениях песок/пропант.

В первом случае испытана смесь 50/50% в диапазоне рабочих давлений от 2 до 10 тысяч psi. По нашим предположениям, 20% увеличение разрушения песка относительно первоначальной его концентрации в смеси с пропантом должно являться максимальным для обеспечения возможности его замещения без критического ущерба для проводимости трещины ГРП.

Для соотношения 50/50% керамика/кварц установлено, что максимальным рабочим давлением будет 4000 psi.

Аналогичное испытание проведено для смеси 75/25% керамический пропант/кварцевый песок. По результатам испытаний на сопротивление раздавливанию и дальнейшей магнитной сепарации установлено, что критерий раздавливания немагнитной фракции не более 20% от первоначального выполняется при давлении до 6000 psi для различных фракций.

Эти испытания, хоть и не имеют прямого отношения к пластовым условиям и непосредственно дизайну ГРП, могут являться предварительным лабораторным тестом для различных марок керамических пропантов и кварцевых песков.

Различные добывающие компании проводили ОПР в период с 2020 по 2025 год (Лукойл, Газпромнефть), подтверждая успешность замещения в этом соотношении при типичном давлении 6000 psi для месторождений Западной Сибири.