Выбор технологии извлечения магния из пластовых вод на примере Вуктыльского газоконденсатного месторождения
Т.Д. ЛАНИНА, к.т.н., зав. кафедрой, Ухтинский ГТУ
CHOICE OF TECHNOLOGY OF EXTRACTION OF MAGNESIUM FROM LAYER WATER ON EXAMPLE OF VUK-TILSKY CONDENSATE FIELD
T. LANINA, Ukhta University
According to the experimental data the technological regulation the extraction of magnesium from layer water of the well with reception of oxide magnesium is developed.
Наиболее распространенными соединениями магния являются вулканические образования — первичные силикатные и алюмосиликатные породы. В качестве сырья для производства соединений магния используют обычно вторичные твердые минералы и природные растворы: вода морей и соляных озер, осадочные породы морского происхождения — доломиты, магнезиты и вторичные гидратированные силикаты. В России имеются месторождения магнезита на Урале, в Восточной Сибири, в районе Средней Волги и других районов страны. Ценным магниевым сырьем являются ископаемые калиево-магниевые минералы (карналлит, каинит, ланг-бейнит, полигалит) и морские воды.
Потенциальным сырьем для производства соединений магния являются минерализованные пластовые воды нефтяных и газоконденсатных месторождений, концентрация ионов магния в которых превышает 1300 мг/л. Потребность России в оксиде магния составляет 700 т/год, которая удовлетворяется не более чем на 10% продукцией низкого качества, выпускаемой заводом «Магнезит». Хлористый магний используется для приготовления буровых растворов на минеральной основе при разбуривании неустойчивых самодиспергированных пород и бурения в условиях вечной мерзлоты.
По результатам предварительно проведенной технико-экономической оценки можно сделать вывод, что пластовые
Табл. 1.
воды Западно-Тэбукского нефтяного, Вуктыльского и Лая-Вожского газоконденсатных месторождений могут быть использованы в качестве гидроминерального сырья [1]. Ежегодная прибыль при внедрении комплексной переработки пластовых вод может составить для Западно-Тэбукского месторождения — 156,58 млн руб. (в том числе по магнию — 84 609 млн руб.), Вуктыльского месторождения — более 4,5 млн руб. (в том числе по магнию — более 2,5 млн руб.), для Лая-Вожского месторождения — более 36,5 млн руб. (в том числе по магнию — 26 млн руб.).
Концентрация ионов магния в пластовой воде не является величиной постоянной. Максимальные значения (4 280 мг/л, 3 860 мг/л, 2 950 мг/л) наблюдаются в пластовой воде в пределах изменения рН от 5,4 до 5,6, что определяется химическими свойствами карбонатных и гидрокарбонатных пород магния.
В природных водах существует углекислотное равновесие, которое может быть представлено следующим графиком (рис. 1)
В слабокислой среде при рН = 5,4 в пластовой воде присутствуют гидрокарбонатные ионы НСОз— и молекулы растворенного углекислого газа СО2, которые способствуют об-
Объект и- л Содержание основных компонентов, мг/л
исследования рН &S 1 3 s « HCO3- SO42- Cl- Na++K+ Ca2+ Mg2+
Модельная вода ? 63,21 110,0 95,5 36210,0 21700,0 2700,0 2400,0
Головные сооружения 6,56 61,37 109,8 95,5 36210,0 21707,0 2700,0 547,2
Скв. №98 6,14 219,24 48,8 446,9 134900 70612,0 10800,0 2432,0
Рис. 1. График соотношений С02, НС03 и С032-в зависимости от рН воды (при t = 25°С)
51
52
60 80 100 120 140
радиус,мкм
-скв. №98 (II) в присутствии геля гидроокиси магния -головные сооружения
-головные сооружения в присутствии гидрогеля магния
Рис. 2. Дифференциальные кривые распределения частиц гидроокиси магния из модельной и пластовых вод
разованию кислых солей кальция и магния, переводя нерастворимые карбонаты в гидрокарбонаты [2]: МдС03 + Н20 + С02 = Мд(НС03)2
Увеличение рН приводит к появлению устойчивой формы карбонат-иона СО32", и при определенной концентрации ионов ОН, СО32"- и Мд2+ превышающей произведение растворимости для МдС03 и Мд(0Н)2 вновь происходит образование осадков МдС03, Мд(0Н)2, и концентрация растворенных ионов магния в пластовой воде уменьшается. Дальнейшее увеличение рН может способствовать образованию растворимых основных солей магния [3] по схеме:
Мд(0Н)2 + Б042— = Мд2Б04(0Н)2 или магниевых основных солей щелочных металлов по схеме: Мд(0Н)2 + 2№0Н = №2 [Мд(0Н)4].
Описанный процесс происходит при повышенных температурах, близких к температурам пласта (от 60°С до 100°С).
Анализ фактических данных по составу пластовых вод диктует необходимость постоянного наблюдения за их составом, что позволит своевременно определить объект эксплуатации гидроминерального сырья и использовать продукцию скважин для получения магниевых солей.
Для извлечения магния из пластовой воды выбран известковый метод, который заключается в осаждении гидроокиси магния из минерализованных вод 10%-ным раствором известкового молока.
Растворимость гидроокиси магния [4] значительно меньше растворимости гидроокиси кальция, поэтому при взаимодей-
Табл. 2
Объект ис-
Модельная вода
Кон- Сопро- Удель-
станта тивление ное Со-
фильт- фильтру- против-
рова- ющей пе- ление
ния К регород- осадка
10 -4 ки Рфп, г0, 10 -
м2/сек. 10-6м.-1 16, м/кг
Эффек-
Модельная
вода +формалин
Скв. №98
53,0
63,0
96
2,3
2,4
8,3
13,9
12,8
36,4
1,60
1,64
1,016
осадка
W, %
97,3
98,9
80,5
96,3
99,4
97,5
ствии хлорида магния с гидроокисью кальция реакция идет в сторону образования осадка гидроокиси магния по схеме:
МдС12 + Са (ОН)2 = СаС12 + Мд (ОН)2 .
Образующуюся гидроокись магния отфильтровывают, тщательно промывают водой и прокаливают при невысоких температурах. Трудность получения гидроокиси магния этим способом заключается в том, что без соблюдения специальных условий осадок Мд(ОН)2 выделяется в коллоидной форме. Для получения легко фильтрующегося осадка необходимо создать условия для его медленной кристаллизации при малом пересыщении раствора и при относительно небольшом количестве центров кристаллизации.
Скорость образования и размеры кристаллов гидроокиси магния зависят от рН среды и скорости подачи известкового молока в реактор. Для получения более плотного и менее загрязненного окисью кальция осадка гидроокиси магния в реактор с хлоридом магния можно вводить различные добавки, например, формалин или 0,03%-ный раствор фосфата натрия. Предварительное подкисление минерализованной воды соляной кислотой до рН, равной 4, и продувка ее воздухом для удаления двуокиси углерода также позволюет получать более крупные кристаллы гидроокиси магния.
При осаждении гидроокиси магния из разбавленных растворов можно применять метод наращивания кристаллов, заключающийся в том, что осадок гидроокиси магния в виде геля вносится в раствор, предназначенный для дальнейшего осаждения. После нескольких наращиваний осадок приобретает зернистую структуру.
Величина сопротивления фильтрованию складывается из сопротивления осадка и фильтрующей перегородки [5]. Для определения технологических параметров фильтрования необходимо определить величину удельного сопротивления осадка, сопротивления фильтрующей перегородки и константу фильтрования. Эти параметры могут быть определены экспериментально [6].
Уравнение фильтрования при постоянной разности давлений имеет вид:
где V — объем фильтрата,
м3; ^фп — сопротивление фильтровальной перегородки, м-1; Б — поверхность фильтрования, м2; Г0 — удельное объемное сопротивление осадка, м-2; х0 — отношение объема осадка к объему фильтрата; Ар — разность давлений, Н/м2; ц — вязкость жидкой фазы суспензии, Н с/м2; т — продолжительность фильтрования, с.
Для определения константы фильтрования, сопротивления фильтрующей перегородки и удельного сопротивления осадка был проведен ряд экспериментов для модельной и реальной пластовых вод, состав которых приведен в табл. 1.
Для определения технологических параметров процесса осаждения гидроокиси магния в лабораторных условиях были определены время и интенсивность перемешивания раствора, скорость подачи известкового молока, стехиометри-ческое соотношение взаимодействующих реагентов, размеры частиц гидроокиси магния при изменяющихся условиях осаждения для модельной и реальных вод.
Анализ результатов экспериментальных исследований показал, что оптимальное время перемешивания реакционной смеси составляет 10 мин., интенсивность подачи 10%-ного раствора известкового молока 0,15 мл/с на один литр обрабатываемой воды. При оптимальной интенсивности
Диаметр
Влаж-
ность
ность
следова-
ния
цы,мкм
чения
%
-модельная вода -скв.№98(опьп№1) -скв. №98 (опьгт№2) - модельная вода с добавкой формалина
Рис. 3. Кривые для определения констант фильтрования графическим способом
подачи известкового молока в реактор с модельной водой частицы гидрогеля имеют радиус 21,5 мкм (рис. 2). Для пластовой воды головных сооружений средний радиус частиц составляет 30 мкм, для скважины №98 — 53 мкм. Рост среднего радиуса частиц гидроокиси магния с увеличением концентрации его ионов в пластовой воде можно объяснить увеличением центров кристаллизации при осаждении.
На основании полученных экспериментальных данных для модельной воды был выбран режим осаждения гидроокиси магния из реальной воды. В лабораторных условиях проведено выделение гидроокиси магния из модельной пластовой воды, пластовой воды скважины №98 и определены константы фильтрования графическим методом (рис. 3), результаты расчетов приведены в табл. 2.
Укрупнение частиц было достигнуто путем повторного осаждения гидроокиси магния в растворе пластовой воды, содержащей свежеприготовленный гель гидроокиси магния. При выполнении осаждения описанным способом кроме увеличения размеров частиц происходит также образование кристаллов, заметных даже при визуальном анализе. Константа фильтрования возрастает для указанных условий осаждения до К = 8,3 •104 м2/с, удельное сопротивление осадка гидроокиси магния Г0 = 1,016 •1016 м/кг; сопротивление фильтрующей перегородки Рфп = 36,4Ч06 м-1; плотность хлопьев гидроокиси магния р = 1240 кг/м3; влажность осадка W = 79,8 — 80,5%, эффективность извлечения магния из пластовой воды составляет 97,5%.
Полученные экспериментальные данные позволили выполнить расчет и под
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.