钻井流体制造技术

公开了一种提纯含离子杂质的铯化合物的方法，该离子杂质包括钙、硫酸根、镁或其混合物，该方法包括：采用适宜的沉淀剂，使在含被增溶的起始铯化合物的溶液中存在的杂质（包括钙、硫酸根、镁或其混合物）进行反应，以形成包括这些杂质的不溶性沉淀。优选的沉淀剂包括：钡离子，以沉淀硫酸根离子杂质为硫酸钡；羟基离子以沉淀镁离子杂质为氢氧化镁；及沉淀钙离子杂质为氢氧化钙；以及二氧化碳或碳酸根离子，以沉淀钙离子杂质为碳酸钙。还公开了一种生产预定铯化合物的方法。这种方法包括，用一种适宜的试剂处理含铯材料，以溶解至少一部分在该种材料中含有的铯，并形成一种浆液；加入一种包括熟石灰或碳酸钙的碱，和如果需要产生所需的铯化合物，可向包括溶解了铯的浆液中加入一种包括预定铯化合物阴离子的酸；并对此预定铯化合物进行分离。在本发明专利技术的一个实施方案中，提供了从含硅铝酸铯的矿石中制备预定铯化合物的一种方法，包括：用一种酸处理一种含有硅铝酸铯的矿石，以形成一种浆液，并溶解至少部分该矿石中含有的铯；往包含被溶解或被增溶的铯的浆液中，加入一种包括熟石灰或碳酸钙的碱，和加入一定数量的含预定铯化合物阴离子的酸；并分离预定的铯化合物。还公开了一种钻井流体或重介质分离流体，此流体包括一种经过提纯了的铯化合物，比重约１．２～约２．５ｇ／ｃｍ↑［３］，按溶液计含预定铯化合物量在８５％（重）以下。（*该技术在2016年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及铯化合物的提纯方法。本专利技术也涉及从含铯材料中生产或回收铯的工艺方法，优选地是以一种所希望的铯化合物如铯盐的形式进行生产或回收的方法。
技术介绍
一些以铯化合物形式从含铯材料中，诸如从铯榴石中及其它含铯原材料中，回收铯的工艺方法，在技术文献中均有报道。有一种报道的方法，涉及使用浓硫酸浸提研磨的铯榴石矿，得到一种包含铯矾的萃取液，再用结晶的方法加以回收。铯矾是一种水合硫酸铯铝。其化学式可以用经验表达为CsAl(SO4)·12H2O，或Cs2SO4·Al2(SO4)3·24H2O。含于铯榴石硫酸萃取液中的铯矾或从铯榴石硫酸萃取液中结晶出来的铯矾，一般都掺杂有其它金属离子如铷、钠、钾、镁及铁。然后于升高的温度下，将铯矾再溶解于水中，使之与碱土金属氢氧化物反应，如与氢氧化钡或氢氧化钙反应，生成氢氧化铝沉淀，与沉淀的硫酸钡或硫酸钙混在一起。还可以另外使铯矾与氨反应，使铝沉淀为氢氧化铝。使硫酸铯保留在上层清液中。就可从上层清液中回收铯，并使之转化为其它铯化合物。Berthold在US专利3,207,571中披露了一种由硅铝酸盐矿生产铯化合物的方法。在德国专利DE 43 13 480中，Hoffmann等人披露了一种在由铯矾生产铯盐中避免使用钡化合物的方法。该方法得到的产物包括硫酸钙及硫酸镁。有一篇有关如甲酸铯的铯化合物报道，属于油田及气井用的高比重输送镟屑至表面。对于深度一英里以上的油井，采用溴化锌与其它盐的混合物来改善流体的性能。但是，这些材料的性质使它们出现了某些不足之处。前述的用以替代溴化锌的一种材料是甲酸铯。甲酸铯与甲酸的其它碱金属盐的混合物也有提及的。见欧州专利572 113。可能出现的一个问题是，在如甲酸铯的铯化合物中发现含有的杂质，与用于钻井流体中的各种溶液、增稠剂及添加剂等不相容的问题。例如，铯化合物中存在如钙的两价杂质时，就可能使流体增稠剂中的聚合物发生降解。通常，在深井钻探时发现，在高温及高压条件下的应用中，存在两价杂质特别有害，在深中钻探中流体增稠剂的作用在于悬浮钻井镟屑和起到钻井润滑剂的作用。但是，由上述方法生产的铯化合物，不能避免在两价及多价阳离子杂质与钻井环境中存在的碳酸盐之间形成的副反应沉淀，或由硫酸根离子杂质引起的钻井设备材料的腐蚀效应的问题。因此，提供一种提纯由工业生产的铯化合物的方法是有益处的。此外，对于铯化合物，大大降低其两价及多价阳离子杂质和硫酸盐离子含量，改善其制备方法，已经成为一种公认的需求。专利技术概述前述优点及其它各点，通过本专利技术方法均可达到。本专利技术提供几种对由现今已知铯生产方法生产的铯化合物进行提纯的方法，和几种这里描述的本专利技术方法。本专利技术提纯方法也可用于对再生铯化合物进行提纯，如包括甲酸铯的钻井/井下维护流体的提纯。本专利技术提纯方法可应用于生产一种铯化合物，包括但不局限于甲酸铯、硝酸铯、氯化铯、碘化铯、溴化铯及醋酸铯，按干基重计，包括0.5％以下的硫酸基团、0.3％以下的包括化合物的钡、钙或镁，以及0.2％以下的其它多价阳离子杂质。优选该铯化合物还包括按干基重计的0.50％以下的氯离子和0.3％以下的铝。本专利技术提纯方法也可以用于生产一种化合物，包括但不局限于甲酸铯、硝酸铯、氯化铯、碘化铯、溴化铯及醋酸铯，按干基重计，包括1000ppm以下，优选500ppm以下，更优选30ppm以下的硫酸根；1000ppm以下，优选500ppm以下，更优选30ppm以下的钙；1000ppm以下，优选500ppm以下，更优选30ppm以下的钡；和1000ppm以下，优选500ppm以下，更优选30ppm以下的镁。在一组优选的实施方案中，已提纯的甲酸铯的杂质含量低会使作为钻井流体的材料性能特别优越。此外本专利技术还可应用于生产一种硫酸铯化合物，该化合物包括0.3％以下的包括化合物的钡、钙或镁，以及0.2％以下的其它多价阳离子的杂质。优选地是，该硫酸铯还包括按干基重计的0.50％以下的氯离子及0.3％以下的铝。本专利技术提纯方法也可应用于生产一种提纯的硫酸铯化合物，该化合物包括1000ppm以下，优选500ppm以下，更优选30ppm以下的钙；1000ppm以下，优选500ppm以下，更优选30ppm以下的钡；和1000ppm以下，优选500ppm以下，更优选30ppm以下的镁。本专利技术还提供生产一种预定铯化合物的方法，包括用一种适宜的材料处理含铯材料，来溶解至少一部分在该材料中含有的铯，形成一种浆液；再往此浆液中加入一种包括熟石灰或碳酸钙的碱，以及一定数量的包含预定铯化合物阴离子的一种酸，如果需要来产生一种预定铯化合物；并分离预定铯化合物，分离时尚有残余起始含铯材料(初始含铯材料的残渣)存在。用本专利技术提纯铯化合物的方法，还可以进一步提纯预定铯化合物。这里所用术语“预定铯化合物”，指的是由游离的铯离子与一种阴离子结合形成的化合物。可以用本专利技术方法生成的铯化合物实例，包括但不局限于甲酸铯、硫酸铯、氯化铯、碘化铯及硝酸铯。如以下详述的，在本专利技术方法的实施方案中，硫酸铯均可直接由铯矾来产生，无需添加另外的阴离子。在利用本专利技术生产甲酸铯、氯化铯、碘化铯、硝酸铯及其它预定铯化合物(不同于硫酸铯)的实施方案中，要利用一定数量的包含预定铯化合物的阴离子的一种酸。按照本专利技术的另一方面，还提供一种包括一种铯化合物的流体，其比重在约1.2g/cm3～约2.5g/cm3之间，含有按干盐基重计的10～100％铯化合物及按溶液计的85％(重)以下的铯化合物。优选地是，铯化合物以干基重计包括0.50％以下的氯离子或硫酸根基团、0.3％以下的包括化合物的铝、钡、钙或镁，以及0.2％以下的其它多价阳离子杂质。在另一泥浆实施方案中，铯化合物按干基重计包括钻井流体。钻井镟屑被认为会减慢或终止钻井过程，在某些时候还会堵塞井下孔隙岩层。在被堵塞的岩层区域内，井孔条件的反馈数据也受到限制，从而降低了钻井操作的效率。比重在约1.8及以上的高密度流体已被用于输送镟屑至表面。对于深度一英里以上的油井，采用溴化锌与其它盐的混合物来改善流体的性能。但是，这些材料的性.质使它们出现了某些不足之处。前述的用以替代溴化锌的一种材料是甲酸铯。甲酸铯与甲酸的其它碱金属盐的混合物也有提及的。见欧州专利572 113。可能出现的一个问题是，在如甲酸铯的铯化合物中发现含有的杂质，与用于钻井流体中的各种溶液、增稠剂及添加剂等不相容的问题。例如，铯化合物中存在如钙的两价杂质时，就可能使流体增稠剂中的聚合物发生降解。通常，在深井钻探时发现，在高温及高压条件下的应用中，存在两价杂质特别有害，在深中钻探中流体增稠剂的作用在于悬浮钻井镟屑和起到钻井润滑剂的作用。但是，由上述方法生产的铯化合物，不能避免在两价及多价阳离子杂质与钻井环境中存在的碳酸盐之间形成的副反应沉淀，或由硫酸根离子杂质引起的钻井设备材料的腐蚀效应的问题。因此，提供一种提纯由工业生产的铯化合物的方法是有益处的。此外，对于铯化合物，大大降低其两价及多价阳离子杂质和硫酸盐离子含量，改善其制备方法，已经成为一种公认的需求。专利技术概述前述优点及其它各点，通过本专利技术方法均可达到。本专利技术提供几种对由现今已知铯生产方法生产的铯化合物进行提纯的方法，和几种这里描述的本专利技术方法。本专利技术提纯方法也可用于对再生本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种铯盐，其是通过下述方法制得的：　　　　用熟石灰或碳酸钙和酸或所说酸的盐处理铯矾来制备所说酸的铯盐和含有铝的未溶解固体物，其中所说的铯盐包括作为杂质的钙离子和硫酸根离子；　　　　　从该未溶解的固体物中分离该铯盐；和　　　　向所说的含有所述杂质的铯盐溶液中加入足以沉淀硫酸根离子的量的氢氧化钡，以制备具有低于１０００ｐｐｍ硫酸根离子的所述铯盐。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：巴特F巴克，帕特里克M布朗，迈克尔C诺思拉普，
申请(专利权)人：卡伯特公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]