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Beschwermittel für Bohrspülungen Die Erfindung betrifft ein 3eschwermittel
hohen spezifischen Gewichts für Bohrspülungen auf Basis zu eisenoxid abgerösteter
sulfidischer Eisenträger. Das erfindungsgemässe Beschwermittel aus oxidischem Abbrand
enthält 0,05 bis 10 % Kupfer und/oder Nickel.
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Es ist bekannt, Spülflüssigkeiten für Tiefbohrungen mit Beschwermittel
zu versehen. Üblicherweise wird hierzu Schwerspat vorgesehen. Auch die VervJenQung
von Eisenoxid, wie Magnetit, Hämatit, soll nach bekannten Vorschlägen möglich sein,
hat sich aber in der praktischen Bohrtechnik nicht eingeführt. Nach einem weiteren
bekannten Vorschlag hat man auch das Rostprodukt sulfidischer Erze für den Einsatz
in Bohrspülungen vorgesehenen. Hohe Gehalts des Röstproduktes an Gangart und Schwefel
machen jedoch weitere Aufbereitungen erforderlich, ohne in reproduzierbarer Weise
ein in der Praxis der Bohrtechnik einsetzbares Produkt zu gewinnen ( US-PS 2 298
984 ).
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Die vorbekannten Beschwermittel auf Eisenoxidbasis haben sich daher
wegen ihrer Mängel und ungünstiger Beeinflussung &er Spül£lüssigkeiten, wie
Erhöhung der Viskosität hohe Abrasion schlechte Dispergierbarkeit in wässrigen Medien,
nicht einführen könmen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein eisenoxidisches Beschwermittel
für Bohrspülungen bereitzustellen, das die erwähnten Nachteile vermeidet und die
sichere Herstellung von stabilen, beschwerten Bohrspülungen bestimmten spezifischen
Gewichtes und mit überlegenen Eigenschaften gewährleistet.
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Die Erfindung geht hierzu von einem Beschwermittel für Bohrspülungen
auf Basis abgerösteter sulfidischer Eisenträger aus. Das erfindungsgemasse Beschwermittel
ist nun dadurch gekennzeichnet, daß es 0,05 bis 10 % Kupfer und/oder Nickel ( als
Metall gereclunet) enthält, Gehalte an Kupfer mnd/odnr Nickel führen in sulfidischen
Eisenträgern bei deren Abröstung zu einem in gewisser Weise beeinflussten bzw.
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gestörten Kristallgitter des Eisenoxide und verleihen den Produkt
außerordentliche Eigenschaften als Beschwermittel.
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Gehalte von 0,05 bis 6 % , vorzugsweise mehr als 2 und bis 6 % Kupfer
und/oder Nickel im Eisenoxid haben sich als zweckmässig herausgestellt. Insbesondere
aber haben Eisenoxide ihre Eignung gemäß der Erfindung als Beschwermittel für Bohrspülungen
erwiesen, die einen Gehalt von 0,05 bis 2 % Kupfer und/oder Nickel ( als Metall
gerechnet ) aufweisen.
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Die Beschwermittel aus den erfindungsgemässen Eisenoxiden (Fe2O3)
beeinflussen aufgrund ihrer verbesserten Eigenschaften Bohrspülungen in besonders
günstiger Weise.
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Die erfindungsgemassen Beschwermittel besitzen eine verbesserte Dispergierbarkeit
:Ln dem Bohrmedium. Der von dem
erfindungsgemässen Beschwermittel
verursachte Verschleiß ist geringer als bei herkömmlichen Beschwermitteln. Des weiteren
ist die Kornform des Beschwermittels in solcher Weise beeinflusst, daß eine niedrige
Viskosität in der Bohrspülung herbeigeführt werden kann, ohne daß ein Absetzen des
Beschwermittels eintritt. Bei Beschwermitteln aus reinen Eisenoxiden, z.B. H2matit,
treten derartige vorteilhafte Effekte nicht auf.
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Zur Herstellung der erfindungsgemässen eisenoxidischen Beschwermittel
wird von sulfidischen 3isenträgern ausgegangen, die einer Abröstung in bekannter
Weise, wie Abröstung im Drehrohr- oder Etagenofen, zweckmäßig einer Abröstung in
der Wirbelschicht, unterzogen werden. Als sulfidische Eisenträger eignen sich beispielsweise
synthetische Eisensulfide oder natürliche Eisensulfide, wie Pyrit, Etagnetkies oder
Markasit. Der Gehalt an den Metallen Kupfer und/oder Nickel einzeln oder gemeinsam
wird im Hinblick auf den erfindungsgemäßen Gehalt dieser Metalle im Endprodukt in
dem Ausgangsmaterial eingestellt. Beispielsweise kann der Gehalt in synthetischen
Eisensulfiden dadurch eingestellt werden, daß die Metalle Kupfer und/oder Nickel
einzeln oder gemeinsam in Porm ihrer Sulfide oder sulfidischen Erze dem feinteiligen
Eisensulfid zugemischt werden und das gegebenenfalls granulierte und gegebenenfalls
Eisensulfat enthaltende Material dem Röstprozess unterworfen wird.
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In gleicher Weise kann die Einstellung der erforderlichen Metallgehalte
auch in natürlichen sulfidischen Eisenträgern durch Zugabe der Metailsulfide oder
sulfidischen Erze wie Kupferkies, Kupferglanz oder Nickelmagnetkies, erfolgen.
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Hierzu werden feinteilige Sulfide dem feinteiligen suifidischen Eisenträger
zugemischt und nach gegebenenfalls vorheriger Agglomerierung abgeröstet.
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Insbesondere ist eine Abröstung in der Wirbelschicht zweckmäßig, jedoch
kann der Röstprozeß auch in «tagen-oder Drehrohröfen- erfolgen. Mit Vorteil haben
sich zur Herstellung des erfindungsgemäßen Beschwermittels sog. Komplexerze als
geeignet erwiesen. Hierunter sind Pyriterze zu verstehen, die sehr enge Verwachsungen
von Pyrit mit Nichteisenmetallsulfiden wie Kupferkies und Nickelmagnetkies aufweisen
In manchen Fällen kann es zweckmäßig sein, durch eine Flotation den erfindungsgemäßen
Kupfer und/oder Nickelgehalt im sulfidischen Eisenträger einzustellen und die Gangart
zu entfernen.
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Nach der Abröstung des sulfidischen , Nichteisenmetall enthaltenden
Eisenträgers wird das oxidische Material, das einen Eisenoxidgehalt von mindestens
70 db und vorteilhaft von mindestens 75 bis 95 % Fe2O3 besitzt, gemahlen und durch
Klassierung ein Beschwermittel mit folgender Kornzusammensetzung geschaffen: 50
bis 55 % Teilchengröße 30 bis 75/u 10 " 15 % " 20 " 30 µ 10 " 14 % " 10 " 20 µ 20
" 30 % " bis 10 µ Zur Entfernung von gegebenenfalls vorhandenen wasserlöslichen
Anteilen wird der abgeröstete Eisenträger in Wasser von 40 bis 80Q suspendiert,
wobei die Suspension etwa 500 g Feststoff/Liter aufweist. Unter leichtem Rühren
gehen die wasserlöslichen Bestandteile in Lösung, wie Salze von Calcium, Eisen,
Aluminium. Es hat sich ferner als vorteilhaft ermriesen, daß das gewaschene Produkt
keine saure Reaktion zeigt. Dies kann beispielsweise durch Behandlung mit wässrigem
Ammoniak herbeigeführt werden. Das Produk-t kann ferner mit wasserlöslichen
Bari1zmverbindungen
behandelt werden um Salze, die nicht voll auswaschbar sind und deren noch vorhandene
Löslichkeit bei Bohrspülungen stört, wie Calciumsulfat, in unlösliches Bariumsulfat
umzuwandeln. Das erfindungsgemäße Beschwermittel kann auch in an sich bekannter
Weise mit Stoffen behandelt werden, welche die Oberfläche des Produktes beeinflussen.
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las erfindungsgemäße Beschwermittel kann als beschwerender Stoff in
verschiedenen Spülungstypen von Bohrspülungen mit spezifischen Gewichten bis zu
etwa 2,7 g/cm3 eingesetzt werden, beispielsweise in Süßwassers-ülungen, Salzwasserspülungen,
Magnesiaspülungen, inhibierten Spülungen oder Spülungen für spezielle Zwecke, wie
ölbasische Emulsionen.
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Das erfindungsgemäße Beschwermittel vreist Vorteile auf.
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Der Beschwerungsstoff ist leicht in die Bokrspülungen einzuarbeiten
und hervorragend dispergierbar. Bereits kurz nach der Zugabe, d.h. bereits etwa
nach einer Zirkulation des Bohrspülmittels ist das beabsichtigte spezifische Gewicht
erreicht, während bei Verwendung von Schwerspat die zwei- bis dreifache Zeit hierfür
benötigt wird.
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Werner sedimentiert das erfindungsgvnaße Beschwermittel in wesentlich
geringerem Umfange im Vergleich zu Schwerspat in Bohrflüssigkeiten mit geringer
Viskosität. Dies ist eine vorteilhafte tigenschaft, da Spülflüssigkeiten oft sehr
lange in Ruhe stehen, wenn die Bohrgestänge aus dem Bohrloch gezogen werden. Das
erfindungsgemäße Beschwermittel besitzt ferner eine gegenüber handelsüblichem Baryt
geringere Abrasivität und erhöht damit die Betriebsdauer der Bohrwerkzeuge und Pumpen.
Des weiteren bewirkt das erfindungsgemässe Beschwermittel durch spezielle und verbesserte
Oberflacheneigenschaften eine niedrige Viskosität in Bohrsplungen.
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Bohrspülungen mit dem erfindungsgemäßen Beschwerm ttel besitzen ferner
auch beim Durchstossen von saure Gase enthaltenden Schichten eine gewisse Kapazität
für Schwefelwasserstoff.
Durch diese Absorptionswirkung wird das
spezifische Gewicht nicht verändert, jedoch gleichzeitig ein Indikatoreffekt durch
Umschlagen der Farbe der Bohrflüssigkeit bewirkt.
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Des weiteren ist es ein Vorteil von mit dem erfindungsgemäßen Beschwermittel
versehenen Bohrflüssigkeiten, daß eine evtl. durch Einbrechen von Gebirge hart gewordene
Spülung durch Zusatz von Säure wieder gelockert werden kann, während bei Verwendung
von Schwerspat aufwendige Behebearbeiten erforderlich werden.
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Die Erfindung wird in den nachstehenden Beispielen näher erläutert.
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Beispiel 1 Es wurden Pyrite durch Flotation auf nachstehende Gehalte
an Kupfer und Nickel aufbereitet: Pyrit 1 : mit 0,12 % Ou und O,08 % Ni Pyrit 2
: mit O,25 % Cu Pyrit 3 : mit 0,08 Vo Ni.
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Pyrit 4 wurde durch Zumischen von Kupfer und Nickel-Kies zu natürlichem
Pyrit auf einen Gehalt von 0,20 ß % Cu und 0,25 % Ni gebracht. Die Pyrite wurden
jeweils in der Wirbelschicht zu Abbränden mit den in der Tafel I angegebenen Zusammensetzungen
abgerostet. Jeweils 2 kg dieser Abbrände wurden in einer Kugelmühle aufgemahlen
und auf folgende Kornzusammensetzung klassiert: 30 bis 75 µ 54 ß 20 " 30 12 10 "
20 13 0 " 10 21
Der klassierte Abbrand wurde sodann in Wasser auf
eine Konzentration von 500 g Feststoff/Liter angeschlämmt.
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Unter Rühren wurde die Suspension einige Zeit bei 70°C gehalten, filtriert
und gewaschen. Der dabei anfallende Filterkuchen wurde mit Wasser auf eine Konzentration
von 500 g/Liter angeschlämmt und auf 7000 erwärmt. Unter Rohren wurde dieser Suspension
20 g Bariumhydroxid zugegeben und einige Zeit einwirken'lassen. Die Suspension wurde
anschließend filtriert , der Filterkuchen gewaschen und getroclnet. 3as Material
besitzt die in der Tabelle I an gegebene Zusammensetzung. In Tabelle II .sind die
anwendungstechnischen Daten aufgeführt. Es wurde festgestellt, daß mit Abbränden
mit Gehalten unter 2 % Kupfer und/oder Nickel gleichwertige anwendungstechnische
Daten erhalten werden.
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Das Abröstverfahren des Pyrits ist ohne nennenswerten Einfluß auf
die Eigenschaften des Beschwermittels und man erzielt im wesentlichen übereinstimmende
Ergebnisse, wenn die Abröstung im Drehrohr- oder Etagenofen vorgenommen wird.
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Beispiel 2 In diesem Beispiel wurden Pyrite auf folgende Gehalte an
Kupfer und Nickel gebracht: Pyrit 5 : mit 1,5 Cu und 1,2 % Ni Pyrit 6 : mit 4,1
% Cu.
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Die Pyrite wurden nach Beispiel 1 abgeröstet und aufgearbeitet. In
den Tabellen I und II sind die Analysenwerte sowie die anwendungstechnischen Daten
aufgeführt. Es wurde gefunden, daß die anwendungstechnischen Daten der abgerösteten
und aufbereiteten Pyrite 5 und 6 untereinander gleich sind,
jedoch
gegenüber denen von Beispiel 1 geringfügig unterlegen sind.
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Beispiel S Pyrite mit folgenden Gehalten an Kupfer und Nickel wurden
nach Beispiel 1 abgeröstet und aufgearbeitet: Pyrit 7 : mit 5,8 ,N Cu und 3,9 %
Ni , Pyrit 8 : mit 7,4 % Ni Die Analysenwerte und anwendungstechnischen Daten sind
aus den Tabellen I und II ersichtlich. Die anwendungstechnischen Daten des Beschwermittels
dieses Beispiels sind gegenüber denen in den Beispielen 1 und 2 schlechter, jedoch
sind die Werte denen des Beispiels 4 überlegen.
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Beispiel 4 Der in diesem Beispiel als Vergleichssubstanz verwendete
Baryt des Handels ( spez. Gewicht 4,21 ), wie er üblicherweise als Beschwermittel
für -Spülflüssigkeiten bei Tiefbohrungen eingesetzt wird, zeigt insgesamt schlechtere
anwendungstechnische Daten als die erfindungsgemäßen Beschwermittel.
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T a b e l l e I Beispiel 1 Beispiel 2 Beispiel 3 Pyrit No.
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1 -2 -3 -4 -5 -6 -7 -8 Analyse des abgerösteten und behandelten Endproduktes:
% Fe 59,56 59,03 58,89 59,10 57,13 55,92 50,06 52,14 % S 1,43 1,67 1,38 1,56 1,62
1,86 1,96 1,79 % SiO2 5,89 5,04 6,12 5,74 5,67 5,10 5,14 5,38 % Al2O3 2,43 2,13
2,64 2,38 2,30 2,08 2,07 2,22 % Cu 0,12 0,25 - 0,20 1,50 4,10 5,80 -% Ni 0,08 -
0,78 0,25 1,20 - 3,90 7,40 Wasserlösl.Anteil: vor d.Behandlung 2,01 3,40 3,50 2,90
3,40 3,90 4,10 2,80 nach " " 0,10 0,09 0,11 0,08 0,09 0,07 0,08 0,10 pH-Wert: vor
d.Behandlung 4 3 3 3 4 3 3 3 nach d. " 7 7 7 7 7 7 7 7 spez. Gewicht 4,79 4,78 4,76
4,79 4,83 4,85 4,92 4,92
T a b e l l e I I anwendungstechnische
Beispiel 1 Beispiel 2 Beispiel 3 Beispiel 4 Daten (Baryt des Handels) Abrasion (mg)
5 11 26 48 Spülung mit einem spez. Gewicht von 1,6 scheinbare Viskosität (cP) 25
29 32 35 10 min Gelstärke 19 29 38 38 Thixotropie 5 10 19 23 Spülung mit einem spez.
Gewicht von 2,3 scheinbare Viskosität (cP) 48 58 66 81 10 min Gelstärke 29 38 43
63 Thixotropie 10 19 29 38 Dispergierbarkeit Zei bis zum Erreichen eines gleichmäßigen
spez. Gewichts in der Spülung in min. 10 12 15 25 Anmerkung: Die Viskosität wurde
nach den "Richtlinien d. Arbeitsausschusses im Wirtschaftsverband Erdölgewinnung",
Hannover, Juni 1968, bestimmt.