Изчистване на халогенидни разсоли чрез ултразвук
Обикновени халогенни соли и смесени състави на чисти халогенни разтвори
| сол | Максимална плътност 20°C (kg/m3) | Максимална плътност 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 |
Междинните плътности се получават чрез смесване. Масовото съотношение 60:40 на CaBr2 и ZnBr2 дава приблизително 2070 kg/m3 (17,3lb/gal), като се запазва кристализацията под 4°C (39°F).
Ключови атрибути на изпълнението
- Няма филтърна утайка: Хидростатичният напор се получава от истинската плътност на разтвора.
- Инхибиране на глината: Ca2+ и Zn2+ потискат набъбването и дисперсията на шистите.
- Оптична яснота: Чистите халогенни разсоли позволяват надеждна филтрация, инлайн броене на частици и проследяване на гама-лъчи.
Съображения за проектиране на флуиди
Проектирането започва с целевата плътност, след което се проверява границата на кристализация, съвместимостта на образуването и корозията. Богатите на цинк солници дават най-висока плътност, но изискват усъвършенствана металургия и инхибиторни пакети.
Смесване и контрол на качеството на халогенидните разтвори
При приготвянето на чисти халогенидни разтвори разтварянето на солите се ограничава от масовия трансфер на границата твърдо вещество-течност. Високомощната ултразвукова обработка съкращава времето за работа, като разпръсква фините частици и разрушава дифузионните слоеве. Солените разтвори за довършителни работи преминават през патрони с дебелина 1-2 µm, за да се достигне ниво под 0,4 NTU.
Високомощна ултразвукова обработка на чисти халогенни разсоли
Акустичната кавитация от вибриращ сонотрод значително ускорява разтварянето, дегазирането и диспергирането на добавките. Имплозиите на мехурчетата създават микроструйки и ударни фронтове, които почистват повърхностите на солта, раздробяват агломератите и пренасят свежа течност през граничния слой при температура на околната среда.
Измерени резултати
Данните от полеви условия за партида от 15 m3 калциево-бромиден разсол (целева плътност ≈ 1700 kg/m3 или 14,2 lb/gal) показват, че мощният ултразвук завършва разтварянето за около 25 минути при околна температура 25 °C (77 °F). Същата задача, при която се използва нагрявана с пара отгоре витло, изисква приблизително четири часа при 60°C (140°F). Въпреки по-ниската температура, ултразвуковият път консумира само 0,3-0,5 kWh електрическа енергия на кубичен метър готова течност и все още осигурява мътност под 0,4 NTU. Кавитацията също така отстранява увлечения газ. Разтвореният кислород в рециркулационния контур спада значително след еднократно преминаване, което позволява на инхибиторите на корозията да действат по-ефективно.
Инлайн срещу партидна ултразвукова техника
Общоприети са два начина на изпълнение, като всеки от тях обслужва отделна оперативна ниша.
Преоборудване на партиден цикъл
В конфигурацията на дооборудването с партиден цикъл съществуващият резервоар за смес продължава да осигурява обем за нагнетяване, нагревателни намотки и засмукване за трансферната помпа. Потапящият крак засмуква частично разтворения солен разтвор от дъното на резервоара, като гарантира, че течността, постъпваща в ултразвуковия плъзгач, съдържа най-висока концентрация на неразтворени твърди вещества. След това помпа подава потока с налягане около 2barg (30psig) към реактор с ултразвукова поточна клетка. Вътре в клетката каскатрод създава интензивна кавитационна зона. Времето за престой от около 0,5 секунди е достатъчно за разтваряне на остатъчните кристали. Вграденият денситометър, разположен непосредствено след него, подава данни към PID контур, който управлява винтовия конвейер за сухо подаване. Кондиционираният разсол се връща в резервоара. Тъй като ултразвуковите сили на срязване непрекъснато разрушават граничните слоеве, общото време за работа на партидата намалява от часове на десетки минути, без да се повишава температурата на насипния материал, а модернизацията изисква само две фланцови връзки.
Истинско подреждане в една линия
Истинската редова схема е оптимизирана за офшорни платформи и наземни платформи. Тук резервоарът за смесване изчезва напълно. Водата или повторно използваният филтрат се сливат с шнеков подавател, който дозира сухите соли директно в ултразвуковия реактор. Разтварянето и отделянето на газ ефективно приключват в момента, в който потокът излиза от ултразвуковата поточна клетка. Оттам флуидът отива директно към помпите за кал или към колектора за солен разтвор за довършителни работи. Подобен модул "plug-and-play" може да осигури на ръководителя на сондирането контрол на хидростатичния напор в реално време без термично забавяне или рискове от кристализация, свързани с периодичните резервоари за гореща смес.
Спестявания на енергия и емисии
Елиминирането на парната топлина в инсталация с обем 50 m3 спестява до 350 kWh гориво на партида, като се избягват до 70 kg емисии на CO2.
Обезгазяване и контрол на корозията
Кавитацията изхвърля задържания газ от соления разтвор. По-ниското съдържание на кислород забавя образуването на ями и корозията. Често полевите купони показват десетократно по-ниска корозия при същата доза инхибитор, когато се използват ултразвуково дегазирани солници.
адитивна дисперсия
Филмообразуващите амини, смазочните материали и микронизираните тежки вещества постигат по-плътно разпределение на размера на частиците и до 30 % по-ниска реологична дисперсия, когато сонирането замени конвенционалното смесване с лопатка.
Корозия и избор на материали
Високото съдържание на хлориди и бромиди способства за появата на питинг и корозия. Разсолите обикновено се доставят обезвъздушени (под 10ppb кислород) и дозирани с филмиращи амини. Повърхностни предавки се подобряват от въглеродна стомана до 316L, дуплекс 2205 или супердуплекс 2507 при ≥60°C (140°F). Сонотродите от титан клас 5 и поточните клетки от сплав 625 понасят ZnBr2 при температура до 120°C (248°F).
Чистите халогенидни разсоли остават незаменими за контрол на кладенци с високо налягане и ниски щети. Овладяването на химията на солите, мощната ултразвукова технология, намаляването на корозията и опазването на околната среда позволява на инженерите да адаптират плътността от 1080 kg/m3 (9lb/gal) до 2400 kg/m3 (20lb/gal), като същевременно осигуряват възможно най-чистата среда в сондажа.
ЧЕСТО ЗАДАВАНИ ВЪПРОСИ: Чисто халогенни разсоли
Какво прави халогенидната разсол чиста?
Суспендираните твърди вещества не превишават разтворимостта, така че течността е прозрачна и може да се филтрира до под 0,5 NTU. Цялото тегло се дължи на разтворените соли.
Кои соли са най-често срещани?
Натриев хлорид, калциев хлорид, натриев бромид, калциев бромид и цинков бромид. Плътността се регулира чрез смесването им във вода.
Защо да изберете чисти разсоли вместо претеглена кал?
Те не оставят филтърни утайки, свеждат до минимум увреждането на пластовете, преминават лесно през апаратурата за довършителни работи и бързо достигат субмикронна филтрация.
Защо да използвате ултразвук за смесване на чисти халогенидни разсоли?
Соникацията съкращава значително времето за разтваряне, позволява смесване при стайна температура, отстранява кислорода, който стимулира корозията, и създава ниска мътност без големи механични бъркалки.
Какъв е типичният енергиен интензитет за сониране?
Повечето инсталации отговарят на спецификациите с 0,3-0,5 kWh на кубичен метър готов солен разтвор. Точната стойност зависи от вида на солта и целевата плътност.
Как се контролира плътността на място?
Сухата сол или концентратът се разтварят под звуков сигнал, след което се заливат с вода. Инлайн денситометрите поддържат плътността в рамките на ±2 kg/m3 (±0,02 lb/gal).
Корозивни ли са чистите солници?
Да. Хлоридът и бромидът причиняват локално питинг и корозия. Операторите обезвъздушават, добавят инхибитори и използват устойчиви на корозия сплави.
Могат ли да се рециклират отработените халогенни разтвори?
Да. Отработените течности се филтрират, обезкисляват, регулират се по плътност и се използват повторно. Богатите на цинк разсоли могат да се подложат на възстановяване на Zn преди изхвърляне.
На какви температури могат да издържат тези саламури?
Смесите CaBr2/CaCl2 остават прозрачни до около 150°C (302°F). Концентратите на ZnBr2 остават чисти след 200°C (392°F), но са силно корозивни.
Колко бързо ултразвукът може да разтвори сол?
Промишлените инсталации намаляват партидата CaBr2 от 4 часа (миксер с нагрято работно колело) на около 30 минути (околна среда) за 1700 kg/m3 халогениден разтвор, като спестяват гориво и време на инсталацията.