Optimization of ceramic proppant properties through an innovative coating approach

Abstract

Se ha llevado a cabo un estudio sobre las propiedades de los recubrimientos cerámicos empleando bauxita, talco y arcilla tipo caolín. El enfoque radica en el análisis de la resistencia mecánica de los apuntalantes. Se utilizó arcilla tipo caolín como materia prima para el apuntalante, sometiéndola a un proceso de recubrimiento en seco y posterior sinterización a 1.300 ◦C. El rendimiento del material se basa en la determinación de la contracción tanto del recubrimiento como del sustrato, realizando evaluaciones separadas para cada uno. Las fases cristalinas en los recubrimientos se determinaron por DRX, mientras que la caracterización estructural se facilitó mediante MEB junto con espectroscopia de rayos X de energía dispersiva. La densidad y la resistencia mecánica de los apuntalantes se determinaron mediante picnometría y prueba de aplastamiento. Se compararon los rendimientos de las muestras recubiertas y no recubiertas, revelando que los apuntaladores recubiertos presentan una densidad ligeramente superior a sus contrapartes no recubiertas. La muestra que contiene una composición de recubrimiento de bauxita (72%p/p) + arcilla (25%p/p) + talco (3%p/p) mostró resultados óptimos en cuanto a resistencia mecánica. La única fase cristalina en el recubrimiento fue la mullita, con un espesor mínimo determinado de 10m.

In this current research endeavor, a comprehensive exploration into the properties of ceramic coatings has been undertaken, utilizing bauxite, talc, and kaolin clay. The primary focus lies in the meticulous analysis of the mechanical strength of ceramic proppants. The proppant raw material employed is kaolin clay, treated through a dry coating technique and subsequently sintered at 1300 ◦C. Evaluation of sample performance is based on the establishment of coating and substrate shrinkage. Shrinkage and density assessments are separately conducted for the coating mixtures and substrate. X-ray diffraction (XRD) is employed to discern the crystalline phases within the coatings, while structural characterization is facilitated through scanning electron microscopy (SEM) coupled with energy dispersive X-ray (EDX). Density and mechanical strength of proppants are meticulously investigated using picnometry and crush tests. The performances of the coated and uncoated samples were compared and investigated. Interestingly, the coated proppants demonstrate slightly higher density than their uncoated counterparts. Remarkably, the specimen featuring a coating composition of bauxite (72 wt%) + clay (25 wt%) + talc (3 wt%) yields optimal results for mechanical strength. The sole crystalline phase detected in the coating is mullite, with a minimum coating thickness of 10m.