Ultrazvukové mixéry pro vrtné výplachy a packerové kapaliny
Vrtná kapalina (vrtný výplach) se používá k usnadnění vrtání ropných vrtů, vrtů na zemní plyn, průzkumných vrtů (wildcat vrtů) nebo vodních vrtů. Ultrazvukové reaktory jsou účinnou technologií pro míchání, dispergaci, emulgaci a odplyňování výplachů na vodní bázi (WBM, vodné), výplachů na olejové bázi (OBM, nevodné) nebo výplachů na syntetické bázi (SBM).
Složení a konzistentní kvalita vrtného výplachu jsou klíčovým faktorem dnešních vrtných operací. Složení a vlastnosti výplachu ovlivňují stabilitu stěn vrtu, mazání, chlazení a rychlost vrtání (rychlost průniku). I malé problémy s vrtnou kapalinou mohou zastavit celou vrtnou operaci. Nadměrný tlak způsobený příliš hustým nebo příliš těžkým vrtným výplachem může vést k významné ztrátě cirkulace.
WBM se obvykle připravují ze sladké vody, mořské vody nebo solanky (nasycené nebo formiátové) a z přírodních jílů a polymerů. OBM a SBM jsou systémy s invertní emulzí, které mají jako spojitou (vnější) fázi olejový základ (motorová nafta, minerální olej) nebo syntetický základ (olefiny a parafiny) a jako dispergovanou (vnitřní) fázi solanku. Emulze by měla být dostatečně stabilní, aby odolala přidání vody přitékající ve vrtu. Méně běžné než emulze voda v oleji (invertní olejové emulzní výplachy) jsou emulze olej ve vodě (olejové emulzní výplachy). Ultrazvuková emulgace funguje u obou typů emulzí a dosahuje dobré elektrické stability vnitřní fáze solanky nebo vody.
Ultrazvukové reaktory Hielscher jsou velmi účinné a intenzivní kavitační smykové mixéry pro výrobní použití. Ultrazvukové reaktory se obvykle používají inline pro vysokokapacitní jednoprůchodové zpracování nebo pro recirkulační vsádkové zpracování.
Ultrazvukové míchání můžete využít k
- výrobě aditiv
- přípravě vysoce koncentrovaných masterbatchí
- míchání vrtných kapalin nebo packerových kapalin připravených k použití
- odplyňování vrtných výplachů
- vývoji a formulaci lepších vrtných výplachů
MultiSonoReactor MSR-4 je průmyslový inline homogenizátor vhodný pro průmyslovou výrobu vrtných výplachů. Sonikace se používá k dispergaci a odplyňování vrtných kapalin.
Výroba aditiv do vrtných výplachů
Výroba chemikálií a aditiv, jako jsou kapalné polymerní suspenze, těží z vysoké zpracovatelské kapacity a flexibility ultrazvukového smykového míchání. Ultrazvukové míchání plně uvolňuje potenciál aditiv, jako jsou viskozifikátory, látky snižující filtraci nebo polymerní aditiva. Ultrazvuková kavitace během míchání vrtného výplachu rychle a úplně hydratuje prášky.
Pro míchání emulzí kapalina/kapalina zlepšuje Hielscher MultiPhaseCavitator inline míchání dvou fází v zóně intenzivního kavitačního smyku. Další informace o zařízení MultiPhaseCavitator získáte kliknutím zde!
Ultrazvukové míchání zlepšuje přenos hmoty na mezních vrstvách nebo na částicích v kapalinách. Tím se zkracuje doba potřebná k přípravě solanek nebo nasycených solanek, např. solanky chloridu vápenatého, solanky bromidu vápenatého, solanky bromidu zinečnatého nebo solanky mravenčanu draselného a cesného.
Masterbatche jílů nebo aditiv
Ultrazvukové smykové míchání můžete využít k výrobě masterbatchí s vysokou koncentrací nebo vysokou hustotou (např. uhličitanu vápenatého (křídy), deflokulantů nebo lapačů) před jejich přidáním do finální formulace vrtného výplachu.
Výroba vrtných kapalin a packerových kapalin
Výkonnost vrtného výplachu, například stabilita břidlic, viskozita, chlazení nebo mazání, závisí na mnoha faktorech. Jednotnost a konzistentní kvalita jsou nanejvýš důležité. Ultrazvukové smykové míchání je velmi účinné při vytváření jednotných distribucí velikosti částic, a tím i lepší stability disperze a emulze. To zabraňuje fázové separaci nebo usazování během skladování, přepravy nebo v kalových jímkách.
Specifikace vrtných výplachů se dnes často mění. Ultrazvukové reaktory Hielscher se velmi dobře přizpůsobují změnám ve formulaci vrtných kapalin. Přechodem od tradičního vsádkového míchání k ultrazvukovému inline jednoprůchodovému míchání můžete na stejném ultrazvukovém zařízení vyrábět různé typy vrtných výplachů. To pomáhá snížit zásoby a dobu skladování.
Dispergací konvenčních jílů (např. bentonitu) a speciálně upravených organofilních jílů v kapalinách vznikají vysoce viskózní, tixotropní nebo smykově ztenčující gely a suspenze. Při působení vysokého ultrazvukového smyku klesá viskozita až do volně tekoucího stavu. To usnadňuje dispergaci a manipulaci. Z tohoto důvodu je sonikace velmi účinná pro míchání tixotropních a smykově ztenčujících suspenzí. Sonikace vede k lepší dispergaci bentonitových částic / destiček a ke zlepšeným gelovacím vlastnostem. Další informace o ultrazvukové dispergaci bentonitu získáte kliknutím zde!
Ultrazvuková dispergace bentonitu (provedená ultrazvukovým mixérem UIP2000hdT)
Reologické modifikátory, zahušťovadla a stabilizátory (např. gumy, glykol, karboxymethylcelulóza, polyaniontová celulóza (PAC) nebo škrob) vyžadují pro maximální účinnost dobrou dispergaci. Další informace o ultrazvukové dispergaci zahušťovadel, jako je xanthanová guma a guarová guma, získáte kliknutím zde!
Zatěžkávadla, jako je siřičitan barnatý (baryt), se nesmějí oddělovat od výplachu během skladování, přepravy nebo vrtání. V souladu se Stokesovým zákonem sedimentují menší částice pomaleji nebo nesedimentují vůbec. Ultrazvuková dispergace zabraňuje vzniku větších aglomerátů, které mohou způsobit nestabilitu disperze. Dispergace systému může zvýšit jeho toleranci vůči pevným látkám, což umožňuje zvýšit hustotu až na 20 lb/gallon (US) nebo 2,4g/cm3.
Odplyňování vrtného výplachu
Při přípravě vrtných výplachů vnášejí bentonitový jílový prášek a další prášková aditiva do vrtného výplachu velké množství vzduchu. Tento plyn je zachycen v kapalných systémech a může způsobit separaci a ztrátu účinnosti emulgátorů nebo stabilizátorů. Opakované komprese (vysokotlaké cykly) a zředění (nízkotlaké cykly) během ultrasonikace umožňují rozpuštěným plynům migrovat a vytvářet malé mikrobubliny. Ultrazvukové vlny pak nutí plynové mikrobubliny ke koalescenci. Vysoký ultrazvukový kavitační smyk snižuje viskozitu smykově ztenčujících a tixotropních vrtných kapalin. Díky tomu stoupají vzduchové bubliny rychleji. To vede k lepší separaci plynu v navazujících separačních nádržích nebo při vakuovém odplyňování. Odplyňování zvyšuje hmotnost výplachu a snižuje viskozitu i problémy se separací. Méně plynových bublin snižuje spotřebu emulgátorů, stabilizátorů, povrchově aktivních látek nebo dispergačních činidel. To snižuje náklady na barel. Snížení obsahu plynu může také omezit růst aerobních mikroorganismů.
Vrtný výplach na vodní bázi před ultrazvukovým odplyněním pomocí UIP1000hd a po něm
Studie a snímek: Amani et al. 2016
Vývoj a přizpůsobení formulací vrtných výplachů
Nové předpisy omezují množství určitých chemikálií, které lze ve výplaších používat, aby se minimalizoval dopad na životní prostředí. To vyžaduje přizpůsobení formulací novému regulačnímu rámci. Ultrasonikace vám může pomoci maximalizovat výkonnost složek vrtného výplachu, takže můžete použít méně materiálů a materiály s nižšími náklady. Hielscher nabízí testování formulací vrtných výplachů v naší laboratoři. Včetně měření kinematické viskozity při různých teplotách se smykem i bez něj.
Robustní konstrukce pro průmyslové použití
Ultrazvukové reaktory Hielscher si poradí s většími a abrazivními částicemi nebo aglomeráty. Proto můžete začít s aglomerovanou čerpatelnou suspenzí nebo se složkami vrtného výplachu. Při vmíchávání prášků a částic do kapaliny vykazují ultrazvukové sonotrody mnohem menší abrazivní opotřebení než rotor-statorové mixéry nebo vysokotlaké homogenizátory. Ultrazvukové sonotrody Hielscher jsou vyrobeny z titanu grade 5 pro zvýšenou odolnost proti korozi, např. když se ve WBM místo sladké vody používá mořská voda. Ultrazvukové reaktory nemají žádná rotační těsnění ani ložiska. Ultrazvukové mixéry Hielscher jsou v průmyslovém provedení pro náročný provoz – na pevnině i na moři (vrtná plošina). Ultrazvukové reaktory jsou obvykle orientovány vertikálně kvůli malé zastavěné ploše.
Využití ultrazvukového míchání v ropném a plynárenském průmyslu sahá daleko za vrtné výplachy.
- Odplyňování odpadních vod a procesních kapalin
- Míchání s lapači (např. lapači H2S) nebo ochrannými chemikáliemi, jako jsou inhibitory úsad a koroze
- Zkrácení doby tuhnutí cementu pro rychlejší cementaci
- Ultrazvuková příprava nasycené solanky nebo formiátové solanky
- Snížení bakteriální aktivity ve vrtných výplaších
- Navazující zpracování ropy, např. odsiřování
- Příprava vzorků ropy 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.