DE2528464A1 - Verfahren zur herstellung von beschwermittel fuer bohrspuelungen - Google Patents

Description

Metallgssellsciiaft AG
?rankfur t a. 1.1.
P.euterweg 14

Frankfurt a.M. , den 25.6.75 Drill' H;7i

pro-y.ITo. 7 3 2 8 SA

Verfahren zur Herstellung von Beschwermittel für Bohrspülungen

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Beschwernittel für Bohrspülungen aus überwiegend Eisenoxid enthaltenden Stoffen.

Spülflüssigkeiten haben bei Tiefbohrungen die Aufgabe, das durch die Bohrwerkzeuge gelöste Gestein auszutragen.

Bei großen Teufen nimmt auch der Formationsdruck zu,, und es ist daher erforderlich, zur Kompensation dieses Druckes die Spülflüssigkeit mit Stoffen hohen spezifischen Gewichtes zu beschweren. Bekannte Beschwerungsmittel sind beispielsweise Schwerspat, Quarz, Eisenoxide, Bleioxide, Zinkstaub ( US-PS 2 099 825). Hach dem aus Dt-OS 2 362 712 bekannten Verfahren werden nichtmagnetische eisenoxidhaltige Materialien nit einem spezifischen Gewicht von wenigstens 4,2 aus Eisenerzen

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durcli oxidierendes Glühen "bei 927 "bis 1121⁰G mit anschliessenden Abschrecken des G-lüligutes gewonnen. Das Gut soll als Baschwerungsmittel in Bohrschlämmen Verwendung finden können. Zs ist ferner bekannt, Ab "brande sulfidischer Erze als Beschwermittel in Bohrspülungen zu verwenden. Gemäss dem Verfahren der DT-P3 2 139 952 wird in der Wirbelschicht abgerösteter Flotationspyrit in einer ganz bestimmten unter 75 /um liegenden Kornfeinheit verv/endet. Bach dem aus SU-PS 70794 bekannten Verfahren werden zur Herstellung von Beschwerungsmitteln für Bohrspülungen Pyritabbrände einer llachglühung bei 700 bis 800⁰C unterzogen und nach der Abkühlung der gebildete Magnetit abgetrennt. Der gemahlene Magnetit wird als Beschwermittel eingesetzt. Auch nach US-PS 2.276.075 werden magnetische Stoffe einer Feinheit unter 44 /um als Beschwermittel verwendet, beispielsweise künstlicher Magnetit, der durch Rösten von nichtmagnetischen Eisenoxiden unter reduzierenden Bedingungen hergestellt ist. Die Vorteile der Verwendung magnetischer Beschwerstoffe werden darin gesehen, daß sie mittels Magnetscheider aus der mit Bohrklein verunreinigten Spülflüssigkeit leicht abgetrennt werden können. Nach dem Verfahren der US-PS 2 298 984 wird ein Beschwermittel auf Basis Pyritabbrand durch Glühen von Pyritabbrand in vorzugsweise oxidierender Atmosphäre in Gegenwart von z.B. Alkalimetallsalzen als Beschleunigern bei Temperaturen von wenigstens 98O⁰C gewonnen. Diese Behandlung dient der Beseitigung von Schwefel bis auf Restgehalte von etwa 0,2 fo. In dieser Vorveröffentlichung wird der Frage der magnetischen Eigenschaften des Beschwermittels eine Bedeutung nicht zugemessen, da die Glühbehandlung in neutraler, reduzierender oder oxidierender Atmosphäre vorgenommen werden kann. Man hat daher bisher eisenoxidische, ferromagnetische Beschwerungsmittel, wie Magnetit, aus Gründen der besseren Abtrennbarkeit aus verbrauchten Bohrspülungen für geeignete Beschwerstoffe gehalten. ■ _~

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Soweit Pyritabbrände als. Bsschwerstoffe vorgeschlagen vrarden, hat man deren im allgemeinen aufgrund der Herstellungsverfahren vorhandene Anteile an Magnetit in Kauf genommen.

Es hat sich nun gezeigt, daß von Bohrspülungen, die mit ferromagnetischen Eisenoxiden oder erhebliche ferromagnetische Anteile enthaltenden Eisenoxiden be schwert sind, nachteilige Wirkungen und Störungen bei der induktiven Vermessung der Lagerstätte in dem Bohrloch ausgehen und es wird auch Beschwermittel am Bohrgestänge abgeschieden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Beschwermittel auf Basis Eisenoxid zu schaffen, das in Bohrspülungen kein störendes magnetisches Verhalten zeigt und in einfacher und wirtschaftlicher V/eise herstellbar jsfc. Die Erfindung löst diese Aufgabe mit einem Verfahren zur Herstellung von Beschwermittel für Bohrspülungen durch Kalzinieren von üoerwiegend Eisenoxid enthaltenden Stoffen in oxidierender Atmosphäre bei Temperaturen über 980 G. Das Verfahren der Erfindung besteht darin, daß der überwiegend Eisenoxid enthaltende Stoff in Sauerstoffüberschuß aufweisender Atmosphäre bei einer Temperatur von 1210 bis HOO⁰G behandelt wird, wobei der Sauerstoffanteil der Atmosphäre größer als der bei der jeweiligen Glühtemperatur im Gleichgewicht herrschende Sauerstoffpartialdruck der eisenoxidischen Verbindung gehalten wird und anschliessend in oxidierender Atmosphäre langsam auf 780 G abgekühlt wird.

Als Ausgangsstoffe werden in dem erfindungsgemässen Verfahren Materialien eingesetzt, die in überwiegendem Anteil Eisenoxid enthalten und ein spezifisches Gewicht von mindestens 4 aufweisen. Zu diesen Stoffen gehören beispielsweise Eisenerze wie Hämatit oder Eisenspat, ferner

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Abbrande sulfidischer Eisenerze, beispielsweise Abbrand von Feinkies oder Flotationskies. Des weiteren eignen sich auch Abbrände, die vorgängig einer Behandlung zur Abtrennung bestimmter üertstoffe unterzogen wurden, beispielsweise einer chlorierenden Röstung zwecks Abtrennung von Nichteisenmetallen.

Der Sauerstoffüberschuß während des Glühprozesses ist erforderlich, um die Bildung ferromagnetischer Anteile zu verhindern bzw. sie auf einem nicht mehr störenden Anteil zu halten. Dieser Anteil an z.B. Magnetit, der durch Messung der magnetischen Suszeptibilität leicht ermittelt werden kann, darf nicht größer als 1 fo sein. Der Glühprozeß wird im allgemeinen zwischen 1210 und 1400⁰C durchgeführt.

Die oxidierende Glühbehandlung in einem einen Sauerstoffüberschuß aufweisenden Gasstrom kann in beliebigen Aggregaten durchgeführt werden. Je nach Ausführungsform der Vorrichtung , beispielsweise Drehrohrofen oder Y/irbelschichtofen, beträgt die Dauer der Glühbehandlung 10 bis 180 min. Besonders zweckmässig und wirtschaftlich hat sich die Behandlung in einer zirkulierenden Wirbelscnicht erwiesen.

Bei der oxidierenden Glühbehandlung bei 1210 bis HOO⁰O von z.B. Pyritabbrand wird nicht nur ein Material mit paramagnetischen Eigenschaften erzeugt, sondern es werden auch die in dem Abbrand zunächst immer enthaltenen wasserlöslichen Salze, insbesondere Sulfate, thermisch zersetzt. Das Produkt ist daher völlig schwefelfrei. Die kationischen Komponenten der Salze, wie z.B. Mangan, Zink oder Calcium, werden als Ferrite unlöslich gebunden. Ein Auswaschprozess ist daher nicht mehr notwendig. Das nach dem erfindungsgemässen Verfahren hergestellte Produkt hat ein spezifisches Gewicht von mindestens 4 bis 5,2. Des weiteren wird durch die

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Glühbehoiidlung ein Sintern der porösen Oberfläche des feinteiligen Llaterials bewirkt, insbesondere bei eisenoxidischen Stoffen, die Röstprssessen sulfidischer 3rze entstammen.

Der bei Temperaturen bis 1400 G in SauerstoffÜberschuß enthaltender Atmosphäre geglühte und überwiegend Eisenoxid enthaltende Stoff v,^rird anschließend langsam abgekühlt. Die Abkühlung erfolgt wiederum in oxidierender Atmosphäre, im gegebenenfalls eine bei hohen Temperaturen erfolgte geringfügige Liagnetitbildung rückgängig zu inachen. 3±ne derartige partielle Fe,0,-Bildung kann durch thermische Säuerstoffabspaltung erfolgt sein. Die Abkühlung auf eine Temperatur von 7SO⁰G wird im allgemeinen während eines Zeitraums Ύοη mehreren Stunden vorgenommen. Unterhalb einer Temperatur Yon. 730⁰G ist das Eisenoxid paramagnetisch und es kann daher von 730⁰G ab das Gut rasch weiter auf Umgebungstemperatur gekühlt werden.

Das geglülrüe und abgekühlte eisenoxidische Gut wird einer Ilahluiig unterzogen und für die Verwendung des Gutes als Beschwerini"ütel in Bohrspülungen auf eine ICornfeinheit unter 75/um klassiert, wobei der Kornanteil unter 10/um nicht mehr als 50 p betragen soll. Derartige Kornzusammensetzungen für als Beschwermittel zu verwendenden Pyritabbrand sind an sich bekannt. Zweckmässig weisen Beschwermittel der genannten Art eine Kornzusamensetzung auf von

50	bis	55 <;»	30	bis	75/um 30' »
10	tt	15 io	20	It	20 »
10	ti	15 i>	10	ti	/um
20	ti	30 55	bis	10

Das erfindungsgeriässe Verfahren weist Vorteile auf. Die

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uner.Tönschten ferroraagnetischen Eigenschaften von

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eisenoxidischen Stoffen, insbesondere Pyritabbrand, worden beseitigt. Durch den Glühprozeß v/ird ferner die

(lilli)llil »IM jjoiJKli^ · · ■ Ulli 11 ryritab'orancl von ca¹.. 1,5 "bis 2,5 m /g auf ca. 0,6 m^/g (, gemessen nach 3ET ) verringert. Diese Erniedrigung und physikalische Veränderung der Oberfläche wirkt sich hinsichtlich der rheologischen Eigenschaften des Fertigproduktes in Bohrspülungen hervorragend aus. Die scheinbare Viskosität ist bedeutend niedriger als beim Einsatz handelsüblicher Schwerspate und bekannter Pyritabbrände, ebenso sind die Gelstärke und Wasserverlust, zwei weitere wichtige spültechnische Größen, niedriger als bei mit Schwerspat oder üblichem Pyritabbrand beschwerten Bohrspülungen. Die Eigenschaften ändern sich auch nach leiüperaturbelastung der Spülung, die Bestandteile der spültechnischen Prüfung ist, im Gegensatz zu mit Schwerspat beschwerten Spülungen nur unwesentlich.

Das erfindungsgemässe Verfahren wird in den folgenden Beispielen näher erläutert.

In den folgenden Beispielen wurde als Ausgangsmaterial Abbrand von in der Wirbelschicht abgeröstetem Plotationspyrit mit 0,7 $ Gesamtschwefel und 9 i° Gangart, verwendet.

Beisniel 1

In einem direkt beheizten Drehrohrofen wurden 120 kg/h Abbrand bei 1250°C^fcalziniert. Die Verweilzeit im Ofen betrug 30 min, in der Glühzone 15 min. Der Ofenaustrag wurde in Luft innerhalb von etwa 20 min auf unter 800 G gekühlt, im Backenbrecher vorzerkleinert und in einer Kugelmühle mit Sichterkreislauf ( Durchsatz 230 kg/h) auf Korngrößen unter 75 /um gemahlen.

oxidierender Atmosphäre (T\f 1,08 bis 1,1)

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Beistiial 2

In der /ullage mit zirkulierender 'Jirbelschicht wurden 50 kg/h Abbrand bei Temperaturen von 1220⁰O in oxidierender Atmosphäre calziniert. Im Abgas wurden 5 bis 6 VoI.^ Sauerstoff gemessen.

Der Ofenaustrag v/urde in Luft langsam auf 780⁰O gekühlt und dann rasch -.veiter auf Umgebungstemperatur abgekühlt. Das gekühlte Produkt wurde auf folgende Kornzusammensetzung klassiert

30 20	bis It	75 30	/um / Il	50 10	bi It	S	55 15
10	Il bis	20 10	Il ti	10 20	It It		15 30

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In der nachfolgenden Aufstellung sind die anwendungstechnischen Eigenschaften der Produkte der Beispiele 1 und 2 und zum Vergleich ein übliches Beschwermittel aus Schwerspat angeführt. Sämtliche Produkte hatten eine Kornzusammensetzung entsprechend der in Beispiel 2 angegebenen.

Produkt aus Beispiel 1

Produkt

aus

Beispiel2

Vergleichs- produkt Schwerspat

iVasserlösl. Salze Wasserlösl. Ga

0,05 85 ppm

0,05 ^c/°
ppm

cm"

cm Grainmsuszeptibilität 5000 · 10"⁶ ~g~ 75O-1O~⁶"g~

Viskosität in ^'onspülgn. (wässrge.Bentonitsuspensionen}

V/as s erwlus t

cP
4-5 ml/30 min

0,1 ^c/o 110 ppm

55 cP 7ml/3O min

liach Temperaturbelastung 130° C/ 24 h

cP

9 nl/30 min 609853/0909

Viskosität
V/as serverlust

60 cP
12 nl/30 min

Claims (6)

Patentansprüche

1) Verfahren zur Herstellung von Beschwermittel für Bohrspülungen durch Kalzinieren von überwiegend Eisenoxid enthaltenden Stoffen in oxidierender Atmosphäre bei Temperaturen über 980⁰C, dadurch gekennzeichnet, daß der überwiegend Eisenoxid enthaltende Stoff in Sauerstoffüberschuß aufweisender Atmosphäre bei einer Temperatur von 1210 bis HOO⁰G behandelt wird, wobei deren Sauerstoffanteil größer als der bei der jeweiligen Glühtemperatür im Gleichgewicht herrschende Sauerstoffpartialdruck der eisenoxidischen Verbindung gehalten wird und anschließend in oxidierender Atmosphäre langsam auf 78O⁰O abgekühlt wird.

2) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,daß die Glühbehandlung während 10 bis 180 min vorgenommen wird.

3) Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Glühbehandlung in einer zirkulierenden Wirbelschicht vorgenommen wird.

4) Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Glühbehandlung in einem Drehrohrofen vorgenommen wird.

5) Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als überwiegend Eisenoxid enthaltender Stoff abgerösteter Pyrit eingesetzt wird.

6) Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das abgekühlte Glühprodukt aufgemahlen wird.

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