DE2528464B2

DE2528464B2 - Verfahren zur herstellung von beschwermittel fuer bohrspuelungen

Info

Publication number: DE2528464B2
Application number: DE19752528464
Authority: DE
Inventors: Hans-Joachim Dr. 4135 Kapellen; Homann Rainer Dr.; Conrady Heribert; Menzel Dieter Dr.; 4100 Duisburg Röhrborn
Original assignee: Metallgesellschaft AG
Current assignee: GEA Group AG
Priority date: 1975-06-26
Filing date: 1975-06-26
Publication date: 1977-04-21
Also published as: CA1058382A; BE843470A; US4092407A; TR18903A; DK286976A; NL7606832A; IE43249L; FR2317349B1; GR60419B; IE43249B1; IT1061116B; SE410846B; NO142353B; PT65273B; DE2528464A1; ES449269A1; JPS5220983A; NO142353C; FI62552C; GB1554430A

Description

einem Drehrohrofen vorgenommen wird.

5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Feststoff abgerösteter Pyrit ist

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

dadurch gekennzeichnet, daß die Glühbehandlung in 25 Spülflüssigkeit leicht abgetrennt werden können. Nach

dem Verfahren der US-PS 22 98 984 wird ein Beschwerrnittel auf Basis Pyritabbrand durch Glühen von Pyritabbrand in vorzugsweise oxidierender Atmosphäre in Gegenwart von z. B. Alkalimetallsalzen als Beschleunigern bei Temperaturen von wenigstens 980° C gewonnen. Diese Behandlung dient der Beseitigung von Schwefel bis auf Restgehalte von etwa 0,2%. 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. Soweit Pyritabbrände als Beschwerstoffe vorgeschlagen wurden, hat man deren im allgemeinen aufgrund der Herstellungsverfahren vorhandene Anteile an Magnetit in Kauf genommen.

Bohrspülungen, die mit ferromagnetischen Eisenoxiden oder erhebliche ferromagnetische Anteile enthaltenden Eisenoxiden beschwert sind, zeigen in vielen Fällen noch nachteilige Wirkungen und Störungen, insbesondere bei der magneto-induktiven Bohrlochver messung der Lagerstättet Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Beschwermittel auf Basis Eisenoxid zu schaffen, das in einfacher und wirtschaftlicher Weise und praktisch unter Vermeidung von magnetischen Anteilen hergestellt werden kann und das die Stabilität von Bohrspülungen nicht durch Ausflokkung zerstört.

Die Erfindung löst diese Aufgabe mit einem Verfahren zur Herstellung von Beschwermittel für Bohrspülungen durch Glühen von überwiegend Eisenoxid enthaltenden Feststoffen in oxidierender Atmosphäre bei Temperaturen über 1200⁰C und anschließendes Abkühlen. Das Verfahren der Erfindung besteht darin, daß der Feststoff in Sauerstoffüberschuß aufweisender Atmosphäre bei einer Temperatur von 1210 bis

f>5 1400°C behandelt wird, wobei der Sauerstoffanteil der Atmosphäre größer als der bei der jeweiligen Glühtemperatur im Gleichgewicht herrschende Sauerstoffpartialdruck des Eisenoxids gehalten wird, und

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Beschwermittel für Bohrspülungen aus überwiegend Eisenoxid enthaltenden Feststoffen.

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 Beschwerungsmitte! sind beispielsweise Schwerspat, Quarz, Eisenoxide, Bleioxide, Zinkstaub (US-PS 20 99 825).

Nach dem aus DT-OS 23 62 712 bekannten Verfahren werden nichtmagnetische eisenoxidhaltige Materialien mit einem spezifischen Gewicht von wenigstens 4,2 aus Eisenerzen durch oxidierendes Glühen bei 927 bis etwa 1121⁰C mit anschließendem Abschrecken des Glühgutes gewonnen. Das Gut wird als Beschwerungsmittel in Bohrschlämmen verwendet. Bei Überschreiten einer Temperatur von etwa 1121°C nehmen die Eisenoxide im Glühprodukt magnetische Eigenschaften an. Sollen auch solche Materialien für die Beschwerung von Bohrflüssigkeiten verwendet werden, muß daher eine Abtrennung der magnetischen Teilchen mittels eines Magnetscheiders vorgenommen werden.

Es ist ferner bekannt, Abbrände sulfidischer Erze als

anschließend in oxidierender Atmosphäre langsam auf 780° C 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 Abbrände sulfidischer Eisenerze, beispielsweise Abbrand von Feinkies oder Flotationskies. Des weiteren eignen sich auch Abbrände, die vorgängig einer Behandlung zur Abtrennung bestimmter Wertstoffe unterzogen wurden, beispielsweise einer chlorierenden Röstung zwecks Abtrennung von Nichteisenmetallen.

Der Sauerstoffüberschuß während des Glühprozesses ist erforderlich, um die Bildung ferromagnetfscher Anteile xw 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% 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 Wirbelschichtofen, beträgt die Dauer der Glühbehandlung 10 bis 180 min. Besonders zweckmäßig und wirtschaftlich hat sich die Behandlung in einer Eirkulierenden Wirbelschicht erwiesen.

Bei der oxidierenden Glühbeb andlung bei 1210 bis 140O⁰C 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 Glühbehandlung ein Sintern der porösen Oberfläche des feinteiligen Materials bewirkt, insbesondere bei eisenoxidischen Stoffen, die Röstprozessen tufidischer Erze entstammen.

Der bei Temperaturen bis 1400°C im Sauerstoffüberschuß enthaltender Atmosphäre geglühte und Überwiegend Eisenoxid enthaltende Stoff wird anschließend langsam abgekühlt. Die Abkühlung erfolgt wiederum in oxidierender Atmosphäre, um gegebenenfalls eine bei hohen Temperaturen erfolgte geringfügige Magnetitbildung rückgängig zu machen. Eine derartige partielle FejOi-Bildung kann durch thermische Sauerstoffabspaltung erfolgt sein. Die Abkühlung auf eine Temperatur von 780⁰C wird im allgemeinen während eines Zeitraums von mehreren Stunden vorgenommen. Unterhalb einer Temperatur von 78O⁰C ist das Eisenoxid paramagnetisch, und es kann daher von 78O⁰C ab das Gut rasch weiter auf Umgebungstemperatur gekühlt werden.

Das geglühte und abgekühlte eisenoxidische Gut wird einer Mahlung unterzogen und für die Verwendung des Gutes als Beschwermittel in Bohrspülungen auf eine Kornfeinheit unter 75 μηι klassiert, wobei der Kornanteil unter 10 μΐη nicht mehr als 50% betragen soll. Derartige Kornzusammensetzungen für als Beschwermittel zu verwendenden Pyritabbrand sind an sich bekannt Zweckmäßig weisen Beschwermittel der genannten Art eine Kornzusammensetzung auf von

50 bis 55%
10 bis 15%
10 bis 15%
20 bis 30%

30 bis 75 μπι

20 bis 30 μπι

!Obis 20 μπι

bis ίθ μίτι

Das erfindungsgemäße Verfahren weist Vorteile auf.

ίο Die unerwünschten ferromagnetischen Eigenschaften von eisenoxidischen Stoffen, insbesondere Pyritabbrand, werden beseitigt Durch den Glühprozeß wird ferner die Oberfläche des geglühten Produktes verringert bei z. B. Pyritabbrand von ca. 1,5 bis 2,5 m²/g auf ca.

i.sO,6m²/g (gemessen nach BET) verringert Diese Erniedrigung und physikalische Veränderung der Oberfläche wirkt sich hinsichtlich der Theologischen 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

Temperaturbelastung 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 Flotationspyrit mit 0,7% Gesamtschwefel und 9% Gangart, verwendet.

R e i s ρ i e 1 1

In einem direkt beheizten Drehrohrofen wurden 120 kg/h Abbrand bei 1250° C in oxidierender Atmosphäre (A= 1,08 bis 1,1) calciniert. Die Verweilzeit im Ofen betrug 30 min, in der Glühzone 15 min. Der Ofenaustrag wurde in Luft innerhalb von etwa 20 min auf unter 800⁰C gekühlt im Backenbrecher vorzerkleinert und in einer Kugelmühle mit Sichterkreislauf (Durchsatz 230 kg/h) auf Korngrößen unter 75 μπι gemahlen.

Beispiel 2

In der Anlage mit zirkulierender Wirbelschicht wurden 50 kg/h Abbrand bei Temperaturen von 122O⁰C in oxidierender Atmosphäre calciniert. Im Abgas wurden 5 bis 6 Vol.-% Sauerstoff gemessen.

Der Ofenaustrag wurde in Luft langsam auf 780 C gekühlt und dann rasch weiter auf Umgebungstemperatür abgekühlt. Das gekühlte Produkt wurde auf folgende Kornzusammensetzung klassiert

30 bis 75 μηι

20 bis 30 μπι

10^$20μΐτι

bis 10 μιη

50 bis 55%
10 bis 15%
10 bis 15%
20 bis 30%

In der nachfolgenden Aufstellung sind die anwendungstechnischen Eigenschaiten der Produkte der 6_s Beispiele 1 und 2 und zum Vergleich ein übliches Beschwermittel aus Schwerspat angeführt. Sämtliche Produkte hatten eine Kornzusammensetzung entsprechend der in Baispiel 2 angegebenen.

	Produkt aus	Beispiel 1 Produkt aus Beispiel 2	Vergleichsprodukt Schwerspat
Wasserlösliche Salze Wasserlösliches Ca Grammsuszeptibilität	0,05% 85 ppm 5000· 10-*	0,05% 93 ppm cmVg 750 · 10-⁶CmVg	< 0,1 o/o 110 ppm «0
Viskosität in Tonspülgn. (wässerige Bentonit- suspensionen Wasserverlust Nach Temperaturbelastung 130°C/24 h Viskosität Wasserverlust		35 cP 4—5 ml/30 min 39 cP 9 ml/30 min	55 cP 7 ml/30 min 6OcP 12 ml/30 min

Claims

Patentansprüche:

L Verfahren zur Herstellung von Beschwermittel für Bohrspülungen durch Glühen von überwiegend Ejsenoxid enthaltenden Feststoffen in oxidierender Atmosphäre ls*i Temperaturen über 1200⁰C und anschließendes Abkühlen, dadurch gekennzeichnet, daß der Feststoff in Sauerstoffüberschuß aufweisender Atmosphäre bei einer Temperatur von 121Obis 1400^cC behandelt wird, wobei deren Sauerstoffanteil größer als der bei der jeweiligen Glühtemperatur im Gleichgewicht herrschende Sauerstoffpartialdruck des Eisenoxids gehalten wird, und anschließend in oxidierender Atmosphäre langsam auf 780⁰C 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 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Glühbehandlung in einer zirkulierenden Wirbelschicht vorgenommen wird.
4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2,

Beschwermittel in Bohrspülungen zu verwendea Gemäß dam Verfahren der DT-PS 21 39 952 wird in der Wirbelschicht abgerösteter Flotationspyrit in einer ganz bestimmten, unter 75 um liegenden Kornfeinheit verwendet Bohrfeldversuche mit einem derartigen Beschwermittel haben gezeigt, daß unter bestimmten örtlichen Gegebenheiten die magnetischen Eigenschaften solchen Materials die elektrischen Bohrlochvermessungen nicht beeinflußten und auch keine Belagbildung

ίο am Bohrgestänge auftrat (»ErdöJ-Erdgas-Zeitschrift« 1972, S. 417 bis 421). Nach dem aus SU-PS 70 794 bekannten Verfahren werden zur Herstellung von Beschwerungsmitteln für Bohrspülungen Pyritabbrände einer Nachglühung bei 700 bis 800⁰C unterzogen und

mäch der Abkühlung der gebildete Magnetit abgetrennt Der gemahlene Magnetit wird als Beschwermittel eingesetzt Auch nach US-PS 22 76 075 werden magnetische Stoffe einer Feinheit unter 44μηι 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