Бистри халогенидни солни разтвори чрез ултразвукова обработка
Често използвани халогенидни соли и състави на смеси за бистри халогенидни солни разтвори
| Сол | Максимална плътност при 20°C (kg/m3) | Максимална плътност при 68°F (lb/gal) |
|---|---|---|
| Натриев хлорид (NaCl) | 1200 | 10,0 |
| Калциев хлорид (CaCl2) | 1430 | 11,9 |
| Натриев бромид (NaBr) | 1520 | 12,7 |
| Калциев бромид (CaBr2) | 1700 | 14,2 |
| Цинков бромид (ZnBr2) | 2400 | 20,0 |
Междинни плътности се получават чрез смесване. Масово съотношение 60:40 на CaBr2 към ZnBr2 дава приблизително 2070 kg/m3 (17,3lb/gal), като същевременно поддържа температурата на кристализация под 4°C (39°F).
Основни експлоатационни характеристики
- Без филтрационна кора: Хидростатичният напор се дължи на плътността на истинския разтвор.
- Инхибиране на глините: Ca2+ и Zn2+ потискат набъбването и диспергирането на глинестите шисти.
- Оптична прозрачност: Бистрите халогенидни солни разтвори позволяват надеждно филтриране, броене на частици в потока и проследяване чрез гама-лъчи.
Съображения при разработването на флуида
Разработването започва с целевата плътност, след което се проверяват запасът спрямо температурата на кристализация, съвместимостта с пласта и корозията. Солни разтвори с високо съдържание на цинк осигуряват най-високата плътност, но изискват по-устойчиви метални материали и пакети от инхибитори.
Смесване и контрол на качеството при халогенидни солни разтвори
При приготвянето на бистри халогенидни солни разтвори разтварянето на солите се ограничава от масообмена на границата между твърдата и течната фаза. Ултразвуковата обработка с висока мощност съкращава времето за обработка на партидата чрез диспергиране на фините частици и разрушаване на дифузионните слоеве. Солни разтвори с качество за завършване на сондажи преминават през филтърни патрони с размер на порите 1–2 µm, за да достигнат мътност под 0,4 NTU.
Ултразвукова обработка с висока мощност за бистри халогенидни солни разтвори
Акустичната кавитация от вибриращ сонотрод значително ускорява разтварянето, дегазирането и диспергирането на добавки. Имплозиите на мехурчетата създават микроструи и ударни фронтове, които почистват повърхностите на солите, раздробяват агломератите и задвижват свежа течност през граничния слой при температура на околната среда.
Измерени подобрения на производителността
Данни от експлоатационни условия за партида от 15m3 разтвор на калциев бромид (целева плътност ≈ 1700 kg/m3 или 14,2lb/gal) показват, че ултразвуковата обработка с висока мощност завършва разтварянето за около 25 минути при температура на околната среда 25°C (77°F). Същата задача с механична бъркалка с горно разположен вал и парно нагряване изисква приблизително четири часа при 60°C (140°F). Въпреки по-ниската температура ултразвуковият процес изразходва само 0,3–0,5 kWh електрическа енергия на кубичен метър готов флуид и все пак осигурява мътност под 0,4 NTU. Кавитацията също отстранява увлечения газ. Разтвореният кислород в рециркулационния контур намалява значително след едно преминаване, което позволява на корозионните инхибитори да действат по-ефективно.
Проточна спрямо партидна ултразвукова обработка
Разпространени са два начина на внедряване, всеки от които обслужва различна експлоатационна ниша.
Дооборудване с контур за партидна обработка
При конфигурацията с дооборудване с контур за партидна обработка съществуващият смесителен резервоар продължава да осигурява буферен обем, нагревателни серпентини и засмукване за трансферната помпа. Потопена тръба изтегля частично разтворения солен разтвор от дъното на резервоара, като гарантира, че флуидът, постъпващ в ултразвуковата установка на рама, съдържа най-високата концентрация на неразтворени твърди частици. След това помпа подава потока при приблизително 2barg (30psig) към ултразвуков реактор с проточна клетка, вграден в линията. Вътре в клетката Cascatrode създава интензивна кавитационна зона. Време на престой от приблизително 0,5 секунди е достатъчно за разтваряне на остатъчните кристали. Плътномер, монтиран в линията непосредствено след реактора, подава данни към контур за PID регулиране, който ограничава подаването на шнековия транспортьор за сух материал. Обработеният солен разтвор се връща в резервоара. Тъй като ултразвуковите сили на срязване непрекъснато разрушават граничните слоеве, общото време за обработка на партидата намалява от часове до десетки минути, без да се повишава температурата на целия обем, а дооборудването изисква само две фланцови връзки.
Изцяло проточна конфигурация
Изцяло проточната конфигурация е оптимизирана за морски платформи и наземни сондажни установки. Тук смесителният резервоар отпада изцяло. Водата или повторно използваният филтрат се съчетава с шнеков подавач, който дозира сухите соли директно в ултразвуковия реактор. Разтварянето и отстраняването на газа са практически завършени, когато потокът излезе от ултразвуковата проточна клетка. Оттам флуидът отива директно към помпите за сондажен разтвор или към колектор за солен разтвор за завършване на сондажи. Такава готова за свързване и работа установка на рама може да осигури на ръководителя на сондирането контрол на хидростатичния напор в реално време без топлинното закъснение или рисковете от кристализация, свързани с резервоарите за партидно смесване с нагряване.
Спестяване на енергия и намаляване на емисиите
Премахването на парното нагряване в инсталация с обем 50m3 спестява до 350kWh енергия от гориво на партида, като предотвратява до 70kg емисии на CO2.
Дегазиране и контрол на корозията
Кавитацията извежда увлечения газ от солния разтвор. По-ниското съдържание на кислород забавя питинговата корозия и корозията като цяло. Често корозионните контролни образци в експлоатационни условия показват десет пъти по-ниска корозия при същата доза инхибитор, когато се използват ултразвуково дегазирани солни разтвори.
Диспергиране на добавки
Филмообразуващите амини, смазочните вещества и микронизираните утежняващи твърди частици постигат по-тесни разпределения на размера на частиците и до 30% по-ниска вариация на реологичните свойства, когато ултразвуковата обработка замества конвенционалното смесване с механична бъркалка.
Корозия и избор на материали
Високото съдържание на хлориди и бромиди благоприятства питинговата корозия и корозията като цяло. Солни разтвори обикновено се доставят деаерирани (под 10ppb кислород) и с добавени филмообразуващи амини. При ≥60°C (140°F) въглеродната стомана в наземното оборудване се заменя с 316L, дуплексна стомана 2205 или супердуплексна стомана 2507. Сонотродите от титан Grade 5 и проточните клетки от Alloy 625 издържат на ZnBr2 при температури до 120°C (248°F).
Бистрите халогенидни солни разтвори остават незаменими за контрол на сондажи при високо налягане с минимално увреждане на пласта. Владеенето на химията на солите, ултразвуковата обработка с висока мощност, ограничаването на корозията и отговорното отношение към околната среда позволява на инженерите да адаптират плътностите от 1080 kg/m3 (9lb/gal) до 2400 kg/m3 (20lb/gal), като същевременно осигуряват възможно най-чистата среда в дълбочина на сондажа.
Често задавани въпроси: Бистри халогенидни солни разтвори
Какво прави един халогениден солен разтвор бистър?
Нито едни суспендирани твърди частици не надвишават границата на разтворимост, така че флуидът е прозрачен и може да се филтрира до мътност под 0,5 NTU. Цялото тегло се дължи на разтворените соли.
Кои соли са най-разпространени?
Натриев хлорид, калциев хлорид, натриев бромид, калциев бромид и цинков бромид. Плътността се регулира чрез смесването им във вода.
Защо да изберете бистри солни разтвори вместо утежнен сондажен разтвор?
Те не оставят филтрационна кора, свеждат до минимум увреждането на пласта, преминават лесно през оборудването за завършване на сондажи и бързо достигат субмикронна степен на филтриране.
Защо да използвате ултразвук за смесване на бистри халогенидни солни разтвори?
Ултразвуковата обработка значително съкращава времето за разтваряне, позволява смесване при температура на околната среда, отстранява кислорода, който предизвиква корозия, и осигурява ниска мътност без големи механични бъркалки.
Какъв специфичен разход на енергия е типичен за ултразвуковата обработка?
Повечето инсталации изпълняват изискванията с 0,3–0,5kWh на кубичен метър готов солен разтвор. Точната стойност зависи от вида на солта и целевата плътност.
Как се контролира плътността на място?
Суха сол или концентрат се разтваря чрез ултразвукова обработка, след което се извършва фино регулиране с вода. Плътномерите, монтирани в линията, поддържат плътността в границите на ±2kg/m3 (±0,02lb/gal).
Корозивни ли са бистрите солни разтвори?
Да. Хлоридите и бромидите причиняват локализирана питингова корозия и корозия като цяло. Операторите извършват деаериране, добавят инхибитори и използват устойчиви на корозия сплави.
Могат ли използваните халогенидни солни разтвори да се рециклират?
Да. Използваните флуиди се филтрират, кислородът се отстранява, плътността се коригира и те се използват повторно. Солни разтвори с високо съдържание на цинк може да бъдат подложени на извличане на Zn преди обезвреждане.
На какви температури могат да издържат тези солни разтвори?
Смесите от CaBr2/CaCl2 остават бистри до приблизително 150°C (302°F). Концентратите на ZnBr2 остават бистри над 200°C (392°F), но са силно корозивни.
Колко бързо може ултразвукът да разтвори сол?
Промишлените устройства намаляват времето за обработка на партида с CaBr2 от 4h (смесител с механична бъркалка и нагряване) до приблизително 30min (при температура на околната среда) за халогениден солен разтвор с плътност 1700 kg/m3, като спестяват гориво и време на сондажната установка.