Use of petrochemical wastes to produce drilling chemicals
Authors: Тептерева Г.А. 
Published: July 2024

Буровые реагенты по своей химической природе являются комплексными органическими соединениями. Как правило, основой является полимерная матрица, модифицированная различными способами с целью придания буровым реагентам заданных технологических свойств. Для реагентов на основе лигносульфонатной полимерной матрицы, модификаторами зачастую служат катионы поливалентных металлов (железа, хрома, марганца), образующие растворимые комплексные соединения, способные далее в глинистых промывочных растворах к обменному взаимодействию и закреплению на решетке глины. Однако подобные взаимодействия связаны с окислительно-восстановительным потенциалом лигносульфонатной матрицы, который весьма широко варьируется в зависимости от качества сырья (древесины) и способов ее делигнификации (варки): кислые и нейтральные сульфитные варки, щелочные и др. С целью повышения восстановительной способности лигносульфоната, структурным звеном которого является фенилпропановая единица (ФПЕ), в работе исследовалась возможность применения серосодержащих отходов нефтехимического производства: сульфитно-щелочных стоков и серы элементарной. Методами электрохимии и спектрофотометрии доказано, что вовлечение в процесс производства бурового реагента соединений серы в различных степенях окисления, позволило получить новые эффективные буровые реагенты (ХЛС-М и ХЛС-S), качественные характеристики которых не уступают промышленному отечественному аналогу - феррохромлигносульфонату (ФХЛС), а по ряду свойств имеют значительные преимущества. В составе модифицированных сернистыми соединениями буровых реагентов содержание токсичных соединений анионного хрома снижено с 4 до 1,3 масс.ч, степень восстановления анионного хрома до катиона хрома III достигает 89%, что способствует реакциям образования комплексных соединений - буровых реагентов. К тому же, серохромлигносульфонатные буровые реагенты, помимо снижения затрат на их получение (исключение из технологической цепочки сульфата железа и уменьшение количества дорогостоящего бихромата натрия), характеризуются стабильностью во времени без проявления процессов брожения, свойственных лигносульфонатным реагентам.

Chemically, drilling agents are complex organic compounds based on polymer matrix which can be modified to provide specified properties of drilling chemicals. Multivalent metal (iron, chromium, manganese) cations often serve as modifiers for lignosulfonate-matrix-based chemicals. These metal cations form soluble complex compounds exchangeable in drilling muds and setting on clay matrix. However, these exchanges rely on redox potential of lignosulfonate matrix, which varies greatly depending on raw material (wood) quality and ways of its delignification, i.e. acidic and neutral sulfite pulping, alkaline pulping, etc. This paper discusses applicability of sulfur-containing petrochemical wastes (sulfite-alkaline effluents and elemental sulfur) to improve reducing capacity of lignosulfonate, with phenylpropanе unit as its structural component. Electrochemical and spectrophotometric methods showed that use of sulfur compounds with various rates of oxidation provides production of new high quality drilling chemicals comparable to their domestic equivalent - ferrochrome lignosulfonate. Moreover, these new drilling chemicals have some competitive advantages. For example, toxic anionic chrome compounds were reduced from 4 to 1.3 wt. fr. Degree of anionic chrome III reduction to generate chrome cation reaches 89%, which promotes complex compounds reactions. In addition, sulfur-chrome-lignosulfonate drilling agents provide reduction of production costs due to elimination of ferric sulfate from the process flow and reduced amount of expensive sodium dichromate, as well as they feature stability over time with no fermentation typical of lignosulfonate agents.