CN1075544C - 一种石油钻井液用的加重剂 - Google Patents
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Abstract
本发明是一种石油钻井液用的加重剂，其主要特点是用制造硫酸的硫铁矿烧渣通过分级重选或磁选的方法制得Fe3O4品位为75-90%的精铁矿取代石油钻井液通常用的重晶石粉加重剂。本发明的加重剂价格低廉，易于制造，原料易得，而且提出了一条重要的硫酸烧渣综合利用的途径，减少硫酸厂生产过程中带来的环境污染。
Description
本发明涉及一种石油钻井液用的加重剂，更确切地说，是一种从制造硫酸的硫铁矿烧渣中获得的用于石油钻井泥浆的含Fe3O4(俗称铁精粉)的加重剂。
石油钻井是不能缺少泥浆的，有人把泥浆比作钻井的血液。为了打好井、快打井，必须充分发挥泥浆的作用。当钻进高压盐水层或高压油、气层时，都要适当地增大泥浆的比重。增大泥浆的比重的方法是在泥浆中加入一定数量的加重剂，目前油、气田普遍采用的加重剂是重晶石粉，但重晶石是从天然钡矿中得到的，价格比较贵。为了降低钻井用的泥浆成本，曾试验用黄土加重，也有用石灰石粉加重，但它们的比重较低，如黄土仅为2.5-2.7(黄汉仁等编，《泥浆工艺原理》，石油工业出版社，1981年7月第1版，第96页)；也曾采用从铁矿石中选出来的铁粉作加重剂，该加重剂同样是成本较高，而且与冶金部门争夺原料。
本发明的目的是寻求一种资源有保证，价格便宜，易于生产的用于石油钻井泥浆加重剂及其制备方法。
本发明的另一个目的寻求一种硫铁矿烧渣的综合利用的途径，以消除环境污染。
众所周知，制造H2SO4都是从SO2气体制造开始的，而大多数硫酸工厂中含SO2气体是从焙烧含硫原料硫铁矿等制取的。在焙烧硫铁矿生产硫酸的厂家，每年排出硫铁矿烧渣堆积如山，如一个年产60万吨H2SO4工厂，每天排出烧渣近1100多吨，全年可达40万吨左右。这种废渣过去多用来作为水泥的配料，或是从中磁选出铁及氧化铁，但由于用量有限，仍使大量硫铁矿渣得不到合理利用(贵州化工，1992,(4):50)。本发明就是利用制造硫酸产生的硫铁矿烧渣(下称硫酸烧渣)采用简单的生产工艺，制取含品位较高的Fe3O4精铁矿代替前述的用作钻井泥浆加重剂的重晶石粉。所述的硫酸烧渣包括块状的和＞200目的颗粒状的烧渣(下称炉渣)以及＜200目的烧渣(下称尘渣)。
本发明所述的加重剂是一种含Fe3O4品位75-90％的精铁矿。
本发明加重剂的具体制备方法包括以下两种：
一、采用分级重选流程，具体步骤依次为：
1．炉渣经筛分除去20目以上的渣粒，＜20目的烧渣经研磨机研磨，得到＜100目的炉渣a。
2．由(1)步得到的炉渣a和尘渣混合进入摇床设备，即得到产品和尾矿b；
3．将(3)步得到的尾矿b用于烧砖。
按此工艺流程，得到的产品的Fe3O4品位可达75％以上，产率达23％以上，回收率达40％以上。
二、采用磁选方法对尘渣进行一次粗选、两次精选，其步骤依次为：
1．粗选：尘渣输至搅拌槽，经10-20分钟搅拌，然后进入磁选机，粗选得到渣1和尾矿；
2．第一次精选：将(1)步渣1流入搅拌槽，经10-20分钟搅拌，进入磁选机，进行第一次精选，得到渣2和渣3；
3．第二次精选：将(2)步渣2入搅拌槽，搅拌10-20分钟，进入磁选机，经第二次精选得到产品和渣4；
4．将(1)步尾矿、(2)步的渣3和(3)步Fe3O4品位小于50％的渣4任意比例混合，用来烧砖。Fe3O4品位大于50％的渣4可与产品混合使用。
按此工艺流程，得到的产品Fe3O4的品位达75％以上，回收率达58-61％，产率达48-50％。
本发明所述的硫酸烧渣要求含铁品位在30％以上，浓度为20-25％。所述的尘渣最好是＜200目占90％，其中＜400目的占45％。
本发明工艺过程所用的设备包括搅拌机、球磨机、摇床设备都是矿上常用的设备。
本发明工艺过程得到的废渣和尾矿可以与石灰按一定比例混合，按常规的方法，制成一定的规格的砖进行焙烧，石灰与渣重量比为1∶12-14。烧砖的方法：尾矿→锻烧(700-900℃,2-5h)→与氧化钙(CaO)混合(混合比为尾矿∶氧化钙(CaO)12∶1-15∶1)→混合均匀→成型→养护两个星期以上即可。
本发明的主要优点和效果：
按本发明的工艺流程可从硫酸烧渣中得到含Fe3O4品位高达90％的产品，经分析确认，该产品完全可以替代价格较贵的重晶石粉用作石油钻井泥浆加重剂，由于它是从制造硫酸的废料-烧渣中获取的，因此其成本比重晶石粉便宜很多，约为重晶石粉的1/7；硫酸厂排出的大量烧渣要毁田占地，矿渣的废酸水和浸渗水对其堆放地域的环境产生严重的污染，本发明则找到一条硫酸烧渣综合利用的重要途径，消除了环境污染；本发明制备加重剂工艺流程简单，原料来源丰富，制得的Fe3O4品位高于现有技术，如山东乳山县黄金工业公司提出的方法铁精矿Fe3O4品位最高74％(冶金工业部安全环保公司，冶金工业综合利用，1986，第119页)，而本发明可高达90％；由本发明的方法产生的尾矿可用于烧砖，砖的强度优于粘土砖，而且烧砖的时间仅用2-3小时，砖的成本也比较低。
下面用实例进一步描述本发明的特点：
实例1
本实例是采用张家口沙城磷肥厂硫酸烧渣包括炉渣和尘渣，其组成见表1。
1．将炉渣和尘渣采用前述的分级重选流程，获得Fe3O4铁品位60.49％(合Fe3O4品位85％)的产品，其组成见表2。
2．将炉渣采用前述的磁选方法，得到含Fe3O4品位为83％产品
实例2
由实例1得到的含Fe3O4品位为％的产品，按GB5005-85标准进行分析，结果见表3。
由表3可知，各项指标均符合要求，有的项目优于重晶石粉，说明本发明的加重剂完全可以代替重晶石粉。
实例3
本实例是由实例1分级重选流程得到的尾矿制得的墙体砖。结果见表4。制砖过程：尾矿→850℃锻烧3小时→与CaO混合→成型。
由表3看出，用尾矿制得的墙体砖的强度大于粘土砖强度而且安定性也好。
由尾矿制砖在700-900℃温度焙烧2-5小时即得到成品砖，而粘土在＞1100℃温度焙烧3-5天才能出窑。
表1沙城磷肥厂硫酸烧渣组成(重％)
| 元素试料 | 炉渣 | 尘渣 |
| CuO | 0.07 | 0.04 |
| MnO2 | 0.03 | 0.17 |
| NaO2 | 0.17 | 0.08 |
| K2O | 0.36 | 0.31 |
| PbO | 0.09 | 0.24 |
| ZnO | 0.43 | 0.40 |
| CaO | 8.03 | 5.75 |
| MgO | 7.11 | 3.99 |
| Al2O3 | 2.27 | 1.49 |
| SiO2 | 19.23 | 16.15 |
| TiO2 | 0.22 | 0.30 |
| Fe2O3 | 43.33 | 56.44 |
| SO4 | 10.86 | 9.32 |
| S | 0.41 | 0.21 |
| 烧失量 | 0.95 | 2.34 |
| 合计 | 93.55 | 97.23 |
表2Fe3O4的组成含量(％)
| Fe | 60.49 | Mn | 0.21 |
| Si | 1.38 | Cu | 0.025 |
| Mg | 1.89 | Ni | 0.016 |
| O | 18.00 | P | 0.11 |
| Na | 0.037 | Ti | 0.018 |
| Ae | 0.30 | S | 0.86 |
| K | 0.065 | Zn | 0.50 |
| Ca | 0.21 | As | 0.07 |
| Co | 0.016 | Pb | 0.27 |
表3本发明产品与重晶石粉性能比较
| 项目 | 重晶石粉规格要求 | 本发产的产品 | ||
| 密度，g/cm3＞ | 4.20 | 5.0 | ||
| 细度，％ | 200目筛筛含量＜ | 3.0 | 1.9 | |
| 325目筛筛含量＞ | 5.0 | 11.8 | ||
| 水溶性碱土金属(以钙计)＜ | 250 | 0 | ||
| 粒度效应mpa.s | 加硫酸钙前＜ | 125 | 14 | |
| 加硫酸钙后＜ | 125 | 13.5 | ||
| 酸不溶物＜ | 25 | 6.6 | ||
表4尾矿制得墙体砖的强度和安定性
| 试验内容试件编号 | 物料比例(石灰∶废渣) | 试件规格(mm) | 焙烧温度(℃) | 焙烧时间(h) | 抗压强度(kg/cm2) | 安定性 | 期限(天) |
| 1 | 12∶4 | 50×50×50 | 800-850 | 0.5 | 376 | 良好 | 91 |
| 2 | 12∶4 | 50×50×50 | 800-850 | 0.5 | 356 | 良好 | 85 |
| 3 | 12∶4 | 50×50×50 | 800-850 | 0.5 | 348 | 良好 | 85 |
| 4 | 12∶4 | 50×50×50 | 800-850 | 0.5 | 440 | 良好 | 85 |
| 5 | 12∶4 | 50×50×50 | 800-850 | 0.5 | 378 | 良好 | 85 |
| 6 | 12∶4 | 50×50×50 | 800-850 | 0.5 | 400 | 良好 | 91 |
Claims (4)
1、一种石油钻井液用的加重剂，其特征在于采用分级重选法或磁选法从制造硫酸的硫铁矿烧渣中获得含Fe3O4的品位在75～90％的精铁矿混合物。
2、按照权利要求1所述的加重剂，其特征在于所述的分级重选法，具体过程包括：
(1)炉渣经筛分除去20目以上的渣粒，＜20目的烧渣经研磨机研磨，得到＜100目的炉渣a，
(2)由(1)步得到的炉渣a和＜200目的烧渣混合进入摇床设备，得到Fe3O4的品位在75-90％的精铁矿混合物和尾矿b，
(3)将(2)步得到的尾矿b用于烧砖。
3、按照权利要求1所述的加重剂，其特征在于所述的磁选方法，具体过程包括：
(1)粗选：＜200目的烧渣输至搅拌槽，经10-20分钟搅拌，然后进入磁选机，粗选得到渣1和尾矿，
(2)第一次精选：将(1)步渣1流入搅拌槽，搅拌10-20分钟，进入磁选机进行第一次精选得到渣2和渣3，
(3)第二次精选：将(2)步渣2入搅拌槽，搅拌10-20分钟，进入磁选机，经第二次精选得到产品和渣4，
(4)将(1)步的尾矿、(2)步的渣3和(3)步Fe3O4品位小于50％的渣4任意比例混合后用于烧砖。
4、按照权利要求1所述的加重剂，其特征在于所述的硫铁矿中＜200目烧渣占90％。
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