Ultrazvukové míchačky pro vrtné kaly a plnicí kapaliny
Vrtná kapalina (vrtný kal) se používá k podpoře vrtání ropných vrtů, vrtů na zemní plyn, průzkumných vrtů (vrty divoké kachny) nebo vodních vrtů. Ultrazvukové reaktory jsou účinnou technologií pro míchání, dispergování, emulgaci a odplyňování bahna na bázi vody (WBM, vodné), bahna na bázi oleje (OBM, nevodné) nebo bahna na syntetické bázi (SBM).
Složení a konzistentní kvalita vrtného kalu je klíčovým faktorem v dnešních vrtných operacích. Složení a vlastnosti bahna mají vliv na stabilitu vrtu, mazání, chlazení a rychlost vrtání. I malé problémy s vrtnou kapalinou mohou zastavit celou operaci vrtání. Nadměrný tlak způsobený příliš hustým nebo příliš těžkým vrtným kalem může způsobit významnou ztrátu cirkulace.
WBM jsou obecně vyrobeny ze sladkovody, mořské vody nebo (nasycené nebo mravenčí) solanky a přírodních jílů a polymerů. OBM a SBM jsou systémy invertní emulze, které mají olejovou bázi (nafta, minerální olej) nebo syntetickou bázi (olefiny a parafiny) jako kontinuální (vnější) fázi a solanku jako disperzní (vnitřní) fázi. Emulze by měla být dostatečně stabilní, aby vydržela přidání proudu vody z vrtu. Méně časté než voda v oleji (emulzní bahna s invertním olejem) jsou oleje ve vodě (olejové emulzní bahny). Ultrazvuková emulgace funguje pro oba typy emulzí a dosahuje dobré elektrické stability vnitřní solanky nebo vodní fáze.
Ultrazvukové reaktory Hielscher jsou velmi účinné a intenzivní kavitační smykové mixéry pro výrobní použití. Obecně se ultrazvukové reaktory používají inline pro vysoce výkonné jednoprůchodové zpracování nebo recirkulované dávkové zpracování.
Ultrazvukové míchání můžete použít k
- Výrobní přísady
- Příprava masterbatchů s vysokou koncentrací
- Smíchejte vrtné kapaliny připravené k použití nebo kapaliny do pěchů
- Degas vrtné kaly
- Vývoj a formulace lepších vrtných kalů
MultiSonoReactor MSR-4 je průmyslový inline homogenizátor vhodný pro průmyslovou výrobu vrtných kalů. Sonikace se používá pro disperzi a odplyňování vrtných kapalin.
Výroba přísad do vrtného kalu
Výroba chemikálií a přísad, jako jsou tekuté polymerní suspenze, těží z vysoké zpracovatelské kapacity a flexibility ultrazvukového smykového míchání. Ultrazvukové míchání uvolňuje plný potenciál přísad, jako jsou viskozifikátory, reduktory filtrátu nebo polymerní přísady. Ultrazvuková kavitace rychle a úplně hydratuje prášky během míchání vrtného bahna.
Pro míchání kapalin / kapalných emulzí Hielscher MultiPhaseCavitator zlepšuje inline míchání dvou fází v intenzivní kavitační smykové zóně. Pro více informací o MultiPhaseCavitator klikněte zde!
Ultrazvukové míchání zlepšuje přenos hmoty v mezních vrstvách nebo částicích v kapalinách. Tím se zkracuje doba potřebná k přípravě solanky nebo nasycené solanky, např. solanky z chloridu vápenatého, solanky z bromidu vápenatého, solanky z bromidu zinečnatého nebo solanky z mravenčanu draselného a mravenčanu cesného.
Masterbatche jílů nebo přísad
Ultrazvukové smykové míchání můžete použít k výrobě předsměsí s vysokou koncentrací nebo vysokou hustotou (např. uhličitanu vápenatého (křída), deflokulentů nebo vychytávačů) před jejich přidáním do konečné formulace vrtného kalu.
Výroba vrtných kapalin a pěchovacích kapalin
Výkon vrtného kalu, jako je stabilita břidlice, viskozita, chlazení nebo mazání, závisí na mnoha faktorech. Jednotnost a konzistence v kvalitě je nanejvýš důležitá. Ultrazvukové smykové míchání je velmi účinné při výrobě rovnoměrných distribucí velikosti částic, a proto je lepší disperze a stabilita emulze. Tím se zabrání oddělení fází nebo usazování během skladování, přepravy nebo v bahenních jámách.
Dnes se specifikace vrtného kalu často mění. Hielscher ultrazvukové reaktory jsou velmi přizpůsobivé ke změnám složení vrtné kapaliny. Přechodem z tradičního dávkového míchání na ultrazvukové inline a jednoprůchodové míchání můžete na stejném ultrazvukovém stroji vyrábět různé typy vrtného kalu. To pomáhá zkrátit skladové zásoby a dobu skladování v regálech.
Disperzí konvenčních jílů (např. bentonitu) a speciálně upravených organofilních jílů v kapalinách vznikají vysoce viskózní, tixotropní nebo smykově ředící gely a suspenze. Při vystavení vysokému ultrazvukovému smyku viskozita klesne do volně tekoucího stavu. To usnadňuje dispergaci a manipulaci. Z tohoto důvodu je sonikace velmi účinná pro míchání tixotropních a smykově ztenčujících suspenzí. Sonikace má za následek lepší disperzi bentonitových částic / krevních destiček a zlepšené želírovací vlastnosti. Pro více informací o ultrazvukové disperzi bentonitu klikněte prosím zde!
Ultrazvuková disperze bentonitu (provádí se ultrazvukovým mixérem UIP2000hdT)
Reologické modifikátory, zahušťovadla a stabilizátory (např. gumy, glykol, karboxymethylcelulóza, polyaniontová celulóza (PAC) nebo škrob) vyžadují pro maximální účinnost dobrou dispergaci. Pro více informací o ultrazvukové disperzi zahušťovadel, jako je xantanová guma a guarová guma, prosím klikněte zde!
Váhová činidla, jako je siřičitan barnatý (baryt), se nesmí oddělovat od bahna během skladování, přepravy nebo vrtání. V souladu se Stokesovým zákonem se menší částice usazují pomaleji nebo vůbec. Ultrazvuková disperze zabraňuje větším aglomerátům, které mohou způsobit nestabilitu disperze. Dispergace systému může zvýšit jeho toleranci vůči pevným látkám, což umožňuje hmotnost až 20 lb/galon (USA) nebo 2,4 g/cm3.
Odplyňování vrtného kalu
Při přípravě vrtných kalů vnášejí prášek z bentonitového jílu a další přísadové prášky do vrtného bahna velké množství vzduchu. Tento plyn je zachycen v kapalných systémech a může způsobit oddělení a ztrátu výkonu emulgátoru nebo stabilizátoru. Opakované komprese (vysokotlaké cykly) a zředění (nízkotlaké cykly) během ultrazvuku umožňují rozpuštěným plynům migrovat a vytvářet malé mikrobubliny. Ultrazvukové vlny pak nutí plynové mikrobubliny ke koalescenci. Ultrazvukové vysokokavitační smyky snižují viskozitu smykových ředicích a tixotropních vrtných kapalin. To umožňuje vzduchovým bublinám stoupat rychleji. To vede k lepší separaci plynů v následných odlučovacích nádržích nebo vakuovému odplyňování. Odplyňování zvyšuje hmotnost bahna, snižuje viskozitu a problémy s odlučováním. Méně plynových bublin snižuje použití emulgátorů, stabilizátorů, povrchově aktivních látek nebo dispergačních činidel. To snižuje náklady na barel. Snížení obsahu plynů může také omezit aerobní mikrobiální růst.
Vrtný kal na vodní bázi před a po ultrazvukovém odplyňování pomocí UIP1000hd
Studie a obrázek: Amani et al. 2016
Vývoj a adaptace formulace vrtného kalu
Nové předpisy omezují množství určitých chemikálií, které se mají používat v bahnech, aby se minimalizoval dopad na životní prostředí. To vyžaduje přizpůsobení formulací novému regulačnímu rámci. Ultrazvuku vám může pomoci maximalizovat výkon součástí vrtného bahna, takže můžete používat méně a levnější materiály. Hielscher nabízí testování složení vrtného bahna v naší laboratoři. Včetně měření kinematické viskozity při různých teplotách se smykem i bez něj.
Robustní provedení pro průmyslové použití
Ultrazvukové reaktory Hielscher zvládnou větší a abrazivní částice nebo aglomeráty. Proto můžete začít s aglomerovanou čerpatelnou suspenzí nebo komponenty vrtného kalu. Při míchání prášků a částic do kapaliny vykazují ultrazvukové sondy mnohem menší opotřebení otěrem než míchačky rotor-stator nebo vysokotlaké homogenizátory. Hielscher ultrazvukové sondy jsou vyrobeny z titanu třídy 5 pro zvýšenou odolnost proti korozi, např. když se mořská voda používá v WBM místo sladké vody. Ultrazvukové reaktory nemají žádná rotační těsnění ani ložiska. Hielscher ultrazvukové mixéry jsou průmyslové kvality pro těžké použití – na pevnině i na moři (vrtná plošina). Obecně platí, že ultrazvukové reaktory jsou orientovány svisle pro malé rozměry.
Použití ultrazvukového míchání v ropném a plynárenském průmyslu sahá daleko za hranice vrtných kalů.
- Odplyňování odpadních vod a procesních kapalin
- Míchání s lapači nečistot (např. vychytávači H2S) nebo ochrannými chemikáliemi, jako jsou inhibitory vodního kamene a koroze
- Zkrácení doby tuhnutí cementu pro rychlejší cementování
- Ultrazvuková příprava nasycené solanky nebo mravenčanové solanky
- Snižte aktivitu bakterií ve vrtných kalech
- Navazující zpracování ropy, např. odsíření
- Příprava vzorků oleje a sedimentů
Literatura / Reference
- Mahmood Amani, Salem Al-Juhani, Mohammed Al-Jubouri, Rommel Yrac, Abdullah Taha (2016): Application of Ultrasonic Wavesfor Degassing of Drilling Fluids and Crude OilsApplication of Ultrasonic Waves for Degassing of Drilling Fluids and Crude Oils. Advances in Petroleum Exploration and Development Vol. 11, No. 2; 2016.
- Amani, Mahmood; Retnanto, Albertus; Aljuhani, Salem; Al-Jubouri, Mohammed; Shehada, Salem; Yrac, Rommel (2015): Investigating the Role of Ultrasonic Wave Technology as an Asphaltene Flocculation Inhibitor, an Experimental Study. Conference: International Petroleum Technology Conference 2015.