ES2335511T3 - Granulos de mineral en polvo y metodo para la produccion de granulos. - Google Patents
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Abstract
Gránulos de partículas de óxido manganomangánico en polvo producidos mediante granulación por pulverización de una suspensión líquida que comprende partículas minerales en polvo que tienen un tamaño de partículas inferior a 10 μm, al menos un agente reductor del contenido de agua y/o al menos un agente aglutinante y/o al menos un agente dispersante, en la que la cantidad total de aditivos en la suspensión líquida está entre 0,05 y 1,5% peso basado en el peso de las partículas de óxido manganomangánico y en los que dichos gránulos tiene un contenido en agua entre 0,1 y 0,5% en peso.
Description
Gránulos de mineral en polvo y método para la
producción de gránulos.
La presente invención se refiere a partículas de
óxido manganomangánico en polvo para usar en lodos de perforación y
suspensiones de cementos de pozos petrolíferos y a un método para la
producción de dichos gránulos.
La Patente de EE.UU. Nº 5.007.480 describe lodos
de perforación y suspensiones de cementos de pozos petrolíferos
para diferentes propósitos tales como cementación de pozos, fluidos
de acabado, fluidos de empaquetamiento, fluidos de perforación,
fluidos de aislamiento y otros fluidos similares que contienen
partículas de óxido manganomangánico como un agente regulador de
peso. Las partículas de óxido manganomangánico están recubiertas de
gases que se producen durante el refinado con oxígeno de
ferro-manganeso fundido. El tamaño de partículas de
las partículas de óxido manganomangánico es generalmente inferior a
10 micrómetros con un diámetro medio de partículas inferior a 1
micrómetro.
Una desventaja del uso de las partículas de
óxido de manganomangánico de la Patente de EE.UU. Nº 5.007.480 son
las pobres características de fluidez de las partículas secas. Tanto
para usos submarinos como terrestres de las partículas de óxido
manganomangánico, sería conveniente usar silos para manipular y
almacenar el material. Sin embargo, debido a las pobres
características de fluidez del material, resulta difícil descargar
el material de los camiones de silos, silos de botes de suministro
o silos estacionarios debido a que las partículas finas tienden a
formar aglomerados en los silos y sistemas de manipulación,
particularmente en presencia de humedad.
Por las mismas razones, resulta obvio que
introducir y alimentar el material en forma de lodos de perforación
y suspensiones de cemento de pozo petrolífero desde un silo de
cualquier tamaño usando trasportadores de tornillo o dispositivos
de vibración es erróneo y poco fiable o algunas veces incluso
imposible.
Las partículas de óxido de manganomangánico
pierden su fluencia después de la manipulación y ya no pueden fluir
libremente después de ser almacenadas en un silo incluso durante un
corto tiempo. Esto puede dar lugar a un esfuerzo humano sustancial
para retirar el material desde un silo atascado a menos que el silo
esté especialmente diseñado y totalmente equipado con dispositivos
especiales y caros para manipular dicho material pegajoso. En
algunos casos, el material puede, por lo tanto, recorrer
difícilmente distancias más largas usando transporte neumático como
se usa comúnmente en la industria.
El material manipulado en bolsas grandes muestra
una carencia similar de fluencia y vaciar una bolsa grande a través
de un conducto situado en el fondo podría resultar imposible y
podría ser necesario cortar todo el fondo de la bolsa para sacar el
material.
Los mismos problemas descritos anteriormente
relacionados con el óxido manganomangánico se pueden aplicar
también a otros minerales en polvo usados como aditivos en lodos de
perforación y suspensiones de cementos de pozos tales como
ilmenita, barita y hematita.
Los polvos secos finos tales como éstos tendrán
tendencia a ser "pulverulentos" y, de este modo, tendrán un
impacto negativo sobre el medio ambiente durante su manipulación al
aire libre. Esto puede ocasionar un riesgo potencial para la salud
de los trabajadores, particularmente debido al contenido rico en
manganeso o puede conducir a la coloración de los alrededores, lo
que requiere una limpieza y eliminación minuciosas.
Para superar estos problemas ha sido deseable
convertir estos materiales en polvo en un polvo aglomerado en
partículas o granulado que presente las características de fluidez
requeridas, reduciendo a su vez la formación de polvo fino.
Las aglomeración de partículas de óxido
manganomangánico y otros minerales en polvo para formar gránulos,
se puede conseguir en principio mediante un número de métodos
convencionales tales como formación de briquetas y procedimientos
de compactación así como mediante diversas maneras conocidas de
preparación de nódulos, gránulos secados por pulverización o
productos secos de lecho fluidizado y mediante el uso de sustancias
inorgánicas u orgánicas como agentes auxiliares de
aglutinamiento.
Sin embargo, para usar con éxito partículas
minerales en polvo aglomeradas en aplicaciones de perforación de
pozos, es necesario usar aglutinantes que hagan posible redispersar
las partículas aglomeradas en una fase acuosa u oleosa. La
redispersión significa que los aglomerados cuando se dispersan en
agua o aceite se descomponen en las partículas originales. Además,
cualquier aglutinante usado debe ser compatible con la composición
que se a usar en el perforado de pozo.
Por este motivo, ninguna de las maneras
tradicionales de preparar gránulos, incluyendo el uso de
aglutinantes tradicionales, tales como melaza, almidón, silicato
sódico, etc., proporciona un producto que sea adecuado para las
necesidades requeridas en aplicaciones de perforación de pozos.
Como los gránulos necesitan estar perfectamente
dispersados aplicando equipos de mezclamiento de líquidos
tradicionales usados en la industria, el producto granulado concreto
no debe estar más fuertemente aglomerado que la partícula
individual que se desprenderá del grupo de partículas en un gránulo
para proporcionar el efecto de aplicación deseado. Sin embargo, la
manipulación de los gránulos después del tratamiento mediante
unidades embolsado, almacenamiento y manipulación en el transporte,
transferencia mediante el uso de sopladores en silos, compactación
debido a su peso en el silo, y activación mediante fluidización,
tornillos de alimentación, etc., puede dar lugar demasiado pronto a
una desintegración de los gránulos lo que origina la obstrucción
del silo o problemas de alimentación si los gránulos no tienen
suficiente resistencia.
Así, por otra parte, los gránulos deben ser lo
suficientemente estables para sobrevivir a todas estas
manipulaciones sin sufrir descomposición, mientras que, por otro
lado, los gránulos deben ser capaces de descomponerse fácilmente al
someterse a estrés de baja cizalladura en una suspensión de
aplicación líquida y en aplicaciones en seco.
Las mezclas para aplicaciones de perforación de
pozos tanto suspensiones de cementos, fluidos de perforación,
fluidos de acabado como fluidos de empaquetamiento, contienen un
conjunto de aditivos en las diversas formulaciones que deben
cumplir con las características técnicas requeridas y deben ser
compatibles con las temperaturas y presiones a la profundidad
específica del blanco de perforación y en las condiciones de
trabajo. Cualquier uso de aditivos para preparar gránulos que
fluyan libremente y sean dispersables tiene también que mostrar
compatibilidad con cualesquiera otros aditivos en las mezclas de
perforación.
Puesto que la perforación de pozos tiene lugar
en un ambiente natural abierto por personal humano, cualquier
sustancia usada debe cumplir con las regulaciones medioambientales y
de seguridad para el uso de sustancias de naturaleza química y por
los trabajadores. Estos requisitos establecen limitaciones estrictas
para los aditivos aglutinantes y otras sustancias químicas que se
van a usar para la producción de los gránulos estables a la
manipulación pero fácilmente dispersables requeridos.
El óxido manganomangánico sin tratar contiene de
2 a 4% de partículas de magnetita, Fe_{3}O_{4}, como impurezas
con un peso específico similar. Si se usa como un componente en el
lodo de perforación, dicha contaminación podría impregnar la
superficie de formación del orificio de perforación y dar lecturas
magnéticas falsas en los instrumentos geofísicos o en los
dispositivos de navegación de perforación, debido a su influencia en
el campo magnético natural local. Por lo tanto, cuando se trata
óxido manganomangánico para formar los gránulos deseados, es
necesario también retirar o minimizar el contenido de partículas
magnéticas antes de que se formen los gránulos.
Algunas fuentes de óxido manganomangánico pueden
contener también cantidades variables de humedad (0,2%-15%), las
cuales, después del almacenamiento y el secado parcial, darán lugar
a conglomerados relativamente duros causando nuevamente problemas
en la manipulación del material por cualquier método de tratamiento
en seco o por cualquier método de tratamiento en húmedo equipado
sólo con agitación.
Según un primer aspecto, los gránulos de la
presente invención de partículas de óxido de manganomangánico en
polvo producidos mediante granulación por pulverización de una
suspensión líquida que comprende partículas minerales en polvo que
tienen un tamaño de partículas inferior a 10 \mum, al menos un
agente reductor del contenido de agua y/o al menos un agente
aglutinante y/o al menos un agente dispersante, en la que la
cantidad total de aditivos en la suspensión líquida es entre 0,05 y
1,5% en peso basado en el peso de las partículas de óxido
manganomangánico y en los que dichos gránulos tienen un contenido en
agua de entre 0,1 a 0,5% en peso.
Preferiblemente, los gránulos tienen un
contenido en agua de entre 0,2 y 0,4% en peso. Los gránulos secados
por pulverización se preparan preferiblemente a partir de una
suspensión líquida que contienen 5-35% en peso de
agua. Puesto que el líquido tendrá que ser retirado durante el
proceso de secado por pulverización calentando la suspensión
líquida para evaporar dicho líquido, se prefiere usar una suspensión
que contiene una cantidad mínima de líquido. Cuando menor es el
contenido de líquido por unidad de material en la suspensión, menor
es el coste energético y, de este modo, se obtiene una mayor
productividad.
Para reducir el contenido de líquido en la
mezcla manteniendo a su vez la fluidez/viscosidad requeridas, la
suspensión contiene aditivos tensioactivos o aditivos reductores del
contenido de agua. Dichos aditivos pueden ser uno o más agentes
que solos o en combinación con aditivos aglutinantes y/o
dispersantes proporcionen a la suspensión líquida la
fluidez/viscosidad necesarias requeridas. Los agentes usados para
proporcionar a la suspensión líquida unas fluidez/viscosidad
adecuadas se seleccionan de naftaleno-sulfonatos,
ligno-sulfonatos, melaminas, polímeros acrílicos y
hexametafosfatos.
De manera similar, el uso de ciertos aditivos
aglutinantes seleccionados en la suspensión líquida puede
proporcionar al producto granular la estabilidad deseada durante la
manipulación, con el fin de que permanezca como un polvo que fluye
libremente hasta que finalmente deja el sistema de transporte.
Dichos aditivos pueden ser uno o más agentes aglutinantes que solos
o en combinación con aditivos reductores del contenido de agua y/o
dispersantes proporcionen al producto granulado la resistencia a la
manipulación requerida. El agente aglutinante se selecciona de
lignina-sulfonato de amonio y compuestos similares,
dextranos, azúcar, polimetacrilatos, poli(alcohol vinínilo),
polietileno, metacaolín, vidrio soluble, o agentes tensioactivos o
aditivos reductores del contenido de agua con efectos aglutinantes,
tales como hexametafosfatos, ligno-sulfonatos o
naftaleno-sulfonatos.
También de forma similar, el uso de ciertos
aditivos dispersantes seleccionados en la suspensión líquida
proporcionar al producto granulado la capacidad deseada para
suspenderse o dispersarse con suficiente rapidez en soluciones
líquidas con el fin de actuar técnicamente como se requiera por la
aplicación particular. Dichos aditivos pueden ser uno o más agentes
dispersantes que solos o en combinación con aditivos reductores del
contenido de agua y/o aglutinantes proporcionan al producto la
dispersión requerida para el efecto deseado como se usa en las
mezclas de aplicación. Los agentes dispersantes se seleccionan de
capriloiminodipropionato sódico, etoxilato de alcohol tridesílico,
sal sódica de alquilnaftaleno-sulfato, otros
agentes tensioactivos o agentes reductores de la cantidad de agua
con efectos dispersantes, tales como hexametafosfatos,
ligno-sulfonatos, polímeros de acrilato, melamina o
naftaleno-
sulfonatos.
sulfonatos.
Algunos de los anteriores agentes reductores del
contenido de agua, agentes aglutinantes y agentes dispersantes
tienen efectos complementarios y puede contribuir, por lo tanto, a
aumentar o reducir el impacto de otros aditivos como un reductor
del contenido de agua, como un aglutinante o como un agente
dispersante. Esto depende también de la tasa de dosificación y del
tipo de mezclamiento. Por ejemplo, algunos agentes dispersantes
efectivos presentan un impacto negativo sobre los agentes
aglutinantes, y viceversa. Una combinación óptima de dichos
aditivos con efectos complementarios, puede reducir la necesidad de
usar ciertos aditivos caros, puede facilitar el mezclamiento o
puede reducir la tasa de dosificación.
Según una realización preferida el agente
reductor del contenido de agua, el aglutinante y el agente
dispersante se seleccionan todos de
lignina-sulfonatos. Preferiblemente, el agente
reductor del contenido de agua es un
ligno-sulfonato de sodio y/o un
ligno-sulfonato calcio, el aglutinante es un
sulfonato de calcio y/o un ligno-sulfonato sódico y
el agente dispersante es un ligno-sulfonato de
calcio y/o un ligno-sulfonato de sodio.
La presente invención proporciona además un
método para producir gránulos secados por pulverización de
partículas de óxido manganomangánico, que tienen un tamaño de
partículas inferior a 10 micrómetros, en el una suspensión líquida
que contiene partículas minerales en polvo se somete a secado por
pulverización, cuyo método se caracteriza porque la suspensión
líquida contiene 5-35% en peso de agua y al menos un
agente reductor del contenido de agua, y/o al menos un agente
aglutinante y/o al menos un agente dispersante, y en el que dicha
suspensión se suministra a un aparato de secado por pulverización
en el que se seca mediante el suministro de aire caliente para
proporcionar gránulos secados por pulverización que tienen un
contenido en agua de entre 0,1 y 0,5% en
peso.
peso.
Según una realización preferida, la suspensión
se somete a un tamizado en húmedo antes de ser suministrada al
aparato de secado por pulverización con el fin de retirar partículas
gruesas o aglomerados de partículas.
Se ha encontrado que los gránulos según la
presente invención tienen suficiente resistencia para ser
manipulados y transportados y a su vez se pueden dispersar en un
líquido.
Los gránulos de óxido manganomangánico según la
invención, además de usarse como un aditivo en fluidos de
perforación y suspensiones de perforación de pozos, se pueden usar
también en nutrición animal, en polvos de soldadura y materiales
cerámicos.
\vskip1.000000\baselineskip
En un aparato de secado continuo por
pulverización convencional, se secó por pulverización una suspensión
líquida que tenía las siguientes composiciones.
Se mezclaron 1000 kg de óxido manganomangánico
con 250 l de agua, 0,75 Kg de ligno-sulfonato de
calcio, 0,5 kg de ligno-sulfonato de sódico A y
0,15 kg de ligno-sulfonato de sodio B. De este modo,
el contenido en agua de la suspensión era 20% en peso.
Se suministraron al aparato de secado por
pulverización 16 kg de la suspensión por minuto a una temperatura
de aproximadamente 260ºC. La temperatura de salida del gas se
mantuvo a aproximadamente 100ºC.
Los gránulos producidos tenían un contenido en
agua de entre 0,1 y 0,3% en peso y un tamaño de entre 50 micrómetros
y 500 micrómetros.
La fluencia de los gránulos producidos se midió
según el siguiente procedimiento:
Se montaron sobre una estructura estable un
equipo de laboratorio especial que consistía en 5 pequeños embudos
en forma de silos fabricados de vidrio. Las aberturas de los embudos
tenías diámetros crecientes desde el embudo 1 (2 mm) hasta el
embudo 5 (18 mm). Se añadieron 50 gramos de los gránulos producidos
al embudo 1 y se registró el número de pizcas recogidas con lo
dedos necesario en el embudo para tener los 50 gramos de gránulos
fluyendo a través de la abertura. Un polvo con excelentes
propiedades de fluidez atravesará el embudo 1 con menos de 5
pizcas. Un producto con una fluidez inferior, pero aceptable, puede
necesitar 100 pizcas para el embudo 1 y 1 pizca para el embudo 3.
Un material de óxido manganomangánico en polvo sin tratar requerirá
más de 50 pizcas en el embudo 5 y posiblemente sobre 1000 pizcas en
el embudo 3.
\newpage
Se ensayaron cuatro diferentes muestras de
gránulos producidos para determinar su fluencia. Los resultados del
ensayo de la fluencia para los gránulos se muestran en la Tabla
1
Los resultados de la Tabla 1 muestran que los
gránulos producidos tiene una excelente fluencia.
Para medir la dispersabilidad en agua de los
gránulos producidos se usó el siguiente procedimiento:
Se mezclaron 40 g de gránulos con 60 g de agua y
se mezclaron a alta cizalladura durante 10 segundos después de los
cuales se llenó un vaso de medida de 25 ml con 25 ml de la
suspensión. Después de un tiempo aparecía agua libre en la parte de
arriba por encima de la suspensión principal. Se midió la altura de
la suspensión principal cada 15 minutos durante 2 horas.
Se ensayó una muestra A de gránulos según la
invención mediante este procedimiento. Para fines comparativos, se
ensayó una muestra B de óxido manganomangánico sin tratar usando el
mismo procedimiento.
Los resultados se muestran en la Tabla 2
Los resultados en la Tabla 2 muestran que los
gránulos según la invención tienen aproximadamente la misma
dipersabilidad que el óxido manganomangánico sin tratar.
Para verificar la dispersabilidad en
aplicaciones de suspensiones de cemento de perforación de pozos, se
hicieron ensayos usando gránulos según la muestra A de la invención
(pérdida de fluido y agua libre) así como ensayos de aplicaciones
de fluidos de perforación (SAG y estabilidad eléctrica). Para fines
comparativos, se realizaron los mismos ensayos con óxido
manganomangánico sin tratar, muestra B. Los resultados se muestran
en la Tabla 3.
La Tabla 3 muestra que los gránulos según la
presente invención tienen aproximadamente el mismo efecto en las
suspensiones de cementos y el los fluidos de perforación que el en
óxido manganomangánico si tratar.
Finalmente, se midió la resistencia de los
gránulos producidos según el siguiente procedimiento:
Se llenó un vaso de medida de 250 ml con 250 ml
de gránulos y se transfirió a otro vaso de medida dejando que los
gránulos tuvieran una caída vertical en el segundo vaso de medida
usando un embudo. Se realizó esta transferencia un cierto número de
veces para dejar que los gránulos se descompusiesen gradualmente. Se
midió la fluencia de la misma menara que la descrita anteriormente
después de cierto número de transferencias. Para una mala fluencia,
se usó el peso de material que quedaba en el embudo después de 20
pizcas recogidas con los dedos para calcular el valor de 50 g. Los
resultados se muestran en la Tabla 4.
Los resultados en la Tabla 4 muestran que los
gránulos según la invención tienen suficiente resistencia para ser
manipulados sin que se produzca demasiada descomposición.
Claims (9)
1. Gránulos de partículas de óxido
manganomangánico en polvo producidos mediante granulación por
pulverización de una suspensión líquida que comprende partículas
minerales en polvo que tienen un tamaño de partículas inferior a 10
\mum, al menos un agente reductor del contenido de agua y/o al
menos un agente aglutinante y/o al menos un agente dispersante, en
la que la cantidad total de aditivos en la suspensión líquida está
entre 0,05 y 1,5% peso basado en el peso de las partículas de óxido
manganomangánico y en los que dichos gránulos tiene un contenido en
agua entre 0,1 y 0,5% en peso.
2. Los gránulos según la reivindicación 1,
caracterizados porque dichos gránulos tienen un contenido en
agua entre 0,2 y 0,4% en peso.
3. Los gránulos según la reivindicación 1 ó 2,
caracterizados porque dichos gránulos se preparan a partir
de una suspensión líquida que contiene 5-35% en
peso de agua.
4. Los gránulos según la reivindicación 1 ó 2,
caracterizados porque el agente reductor del contenido de
agua se selecciona de naftaleno-sulfonatos,
ligno-sulfonatos, melaminas, polímeros acrílicos y
hexametafosfatos.
5. Los gránulos según la reivindicación 1 ó 2,
caracterizados porque el agente aglutinante se selecciona de
ligno-sulfonato de amonio, dextranos, azúcar,
polimetacrilatos, poli(alcohol vinílico), polietileno,
metacaolín, vidrio soluble, fosfatos hexámetricos,
ligno-sulfonato y
naftaleno-sulfonatos.
6. Los gránulos según la reivindicación 1 ó 2,
caracterizados porque el agente dispersante se selecciona de
capriloiminodipropionato de sodio, etoxilato de alcohol tridesílico,
sal sódica de alquilnaftaleno-sulfato,
hexametafosfatos, ligno-sulfonatos, polímeros de
acrilato, melaminas y naftaleno-sulfonatos.
7. Los gránulos según las reivindicaciones 1 y
2, caracterizados porque el agente reductor del contenido de
agua es ligno-sulfonato de sodio y/o
ligno-sulfonato de calcio, el aglutinante es
sulfonato cálcico y/o ligno-sulfonato de sodio y el
agente dispersante es ligno-sulfonato de calcio y/o
ligno-sulfonato de sodio.
8. Un método para producir gránulos secados por
pulverización de partículas de óxido manganomangánico que tienen un
tamaño de partículas inferior a 10 micrómetros, en el que una
suspensión líquida que contiene partículas de óxido
manganomangánico se somete a secado por pulverización,
caracterizado porque la suspensión líquida contiene de 5 a
35% en peso de agua y al menos un agente reductor del contenido de
agua, y/o al menos un agente aglutinante y/o al menos un agente
dispersante, en el que dicha suspensión se suministra a un aparato
de secado por pulverización en el que se seca por pulverización
suministrando aire caliente para proporcionar gránulos secados por
pulverización que tienen un contenido en agua de entre 0,1 y 0,5% en
peso.
9. Un método según la reivindicación 12,
caracterizado porque la suspensión líquida se somete a
tamizado en húmedo antes de ser suministrada al aparato de secado
por pulverización.
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