Ultraschallmischer für Bohrspülungen und Packerflüssigkeiten
Bohrflüssigkeit (Bohrspülung) unterstützt das Abteufen von Erdöl-, Erdgas-, Explorationsbohrungen (Wildcat-Bohrungen) oder Wasserbrunnen. Ultraschallreaktoren sind eine wirksame Technologie zum Mischen, Dispergieren, Emulgieren und Entgasen von wasserbasierten Bohrspülungen (WBM, wässrig), ölbasierten Bohrspülungen (OBM, nichtwässrig) oder Bohrspülungen auf synthetischer Basis (SBM).
Die Rezeptur und die gleichbleibende Qualität der Bohrspülung sind entscheidende Faktoren bei heutigen Bohrarbeiten. Zusammensetzung und Eigenschaften der Spülung beeinflussen die Bohrlochstabilität, die Schmierung, die Kühlung und die Bohrfortschrittsgeschwindigkeit. Schon kleine Probleme mit der Bohrflüssigkeit können den gesamten Bohrbetrieb zum Stillstand bringen. Übermäßiger Druck infolge einer zu dichten oder zu schweren Bohrspülung kann erhebliche Spülungsverluste verursachen.
Wasserbasierte Bohrspülungen bestehen im Allgemeinen aus Süßwasser, Meerwasser oder Salzlösung (gesättigter Salzlösung oder Formiatlösung) sowie natürlichen Tonen und Polymeren. OBM und SBM sind Invertemulsionssysteme mit einer Ölbasis (Diesel, Mineralöl) oder einer synthetischen Basis (Olefine und Paraffine) als kontinuierlicher (äußerer) Phase und Salzlösung als disperser (innerer) Phase. Die Emulsion sollte ausreichend stabil sein, um dem Wasserzutritt im Bohrloch standzuhalten. Öl-in-Wasser-Emulsionen (Ölemulsionsspülungen) sind weniger verbreitet als Wasser-in-Öl-Emulsionen (Invertölemulsionsspülungen). Die Ultraschallemulgierung eignet sich für beide Emulsionstypen und erzielt eine gute elektrische Stabilität der inneren Salzlösungs- oder Wasserphase.
Ultraschallreaktoren von Hielscher sind sehr wirksame Schermischer für den Produktionseinsatz, die intensive kavitative Scherung erzeugen. Im Allgemeinen werden die Ultraschallreaktoren inline zur Verarbeitung mit hohem Durchsatz in einem einzigen Durchlauf oder zur Chargenverarbeitung im Umlauf eingesetzt.
Mit Ultraschallmischen können Sie
- Additive herstellen
- hochkonzentrierte Masterbatches herstellen
- gebrauchsfertige Bohrflüssigkeiten oder Packerflüssigkeiten mischen
- Bohrspülungen entgasen
- bessere Bohrspülungen entwickeln und formulieren
Der MultiSonoReactor MSR-4 ist ein industrieller Inline-Homogenisator, der sich für die industrielle Herstellung von Bohrspülungen eignet. Die Ultraschallbehandlung wird zum Dispergieren und Entgasen von Bohrflüssigkeiten eingesetzt.
Herstellung von Bohrspülungsadditiven
Die Herstellung von Chemikalien und Additiven wie flüssigen Polymersuspensionen profitiert von der hohen Verarbeitungskapazität und Flexibilität des Ultraschall-Schermischens. Ultraschallmischen erschließt das volle Potenzial von Additiven wie Viskositätserhöhern, Filtratminderern oder Polymeradditiven. Ultraschallkavitation hydratisiert Pulver beim Mischen von Bohrspülungen schnell und vollständig.
Beim Mischen von Flüssig-Flüssig-Emulsionen verbessert der MultiPhaseCavitator von Hielscher die Inline-Vermischung zweier Phasen in der Zone intensiver kavitativer Scherung. Klicken Sie hier, um weitere Informationen zum MultiPhaseCavitator zu erhalten!
Ultraschallmischen verbessert den Stofftransport an Grenzschichten oder Partikeln in Flüssigkeiten. Dadurch verkürzt sich die Zeit zur Herstellung von Salzlösungen oder gesättigten Salzlösungen, z. B. Calciumchlorid-, Calciumbromid-, Zinkbromid- oder Kalium- und Cäsiumformiatlösungen.
Masterbatches aus Tonen oder Additiven
Mit Ultraschall-Schermischen können Sie Masterbatches mit hoher Konzentration oder hoher Dichte herstellen (z. B. aus Calciumcarbonat (Kreide), Entflockungsmitteln oder Scavengern), bevor Sie diese der endgültigen Bohrspülungsrezeptur zugeben.
Herstellung von Bohrflüssigkeiten und Packerflüssigkeiten
Die Leistungsmerkmale einer Bohrspülung, etwa die Stabilisierung von Schieferformationen, die Viskosität, die Kühlung oder die Schmierung, hängen von vielen Faktoren ab. Gleichmäßigkeit und gleichbleibende Qualität sind von größter Bedeutung. Ultraschall-Schermischen erzeugt sehr wirksam gleichmäßige Partikelgrößenverteilungen und verbessert dadurch die Stabilität von Dispersionen und Emulsionen. Dies verhindert Phasentrennung oder Sedimentation während der Lagerung, des Transports oder des Aufenthalts in den Spülungsbecken.
Heute ändern sich die Spezifikationen für Bohrspülungen häufig. Ultraschallreaktoren von Hielscher lassen sich sehr gut an Änderungen der Bohrflüssigkeitsrezeptur anpassen. Durch die Umstellung vom herkömmlichen Chargenmischen auf Ultraschall-Inline-Mischen in einem einzigen Durchlauf können Sie verschiedene Bohrspülungstypen mit derselben Ultraschallanlage herstellen. Dies trägt dazu bei, Lagerbestände und Lagerzeiten zu reduzieren.
Das Dispergieren herkömmlicher Tone (z. B. Bentonit) und speziell behandelter organophiler Tone in Flüssigkeiten erzeugt hochviskose, thixotrope oder scherverdünnende Gele und Suspensionen. Unter starker Ultraschallscherung sinkt die Viskosität, sodass das Material frei fließt. Dies erleichtert das Dispergieren und die Handhabung. Aus diesem Grund ist die Ultraschallbehandlung sehr wirksam beim Mischen thixotroper und scherverdünnender Suspensionen. Die Ultraschallbehandlung führt zu einer besseren Dispergierung der Bentonitpartikel bzw. -plättchen und zu verbesserten Gelbildungseigenschaften. Klicken Sie hier, um weitere Informationen zur Ultraschalldispergierung von Bentonit zu erhalten!
Ultraschalldispergierung von Bentonit (durchgeführt mit dem Ultraschallmischer UIP2000hdT)
Rheologiemodifikatoren, Verdickungsmittel und Stabilisatoren (z. B. Gummen, Glykol, Carboxymethylcellulose, polyanionische Cellulose (PAC) oder Stärke) müssen gut dispergiert werden, um ihre maximale Wirksamkeit zu entfalten. Klicken Sie hier, um weitere Informationen zur Ultraschalldispergierung von Verdickungsmitteln wie Xanthan und Guarkernmehl zu erhalten!
Beschwerungsmittel wie Bariumsulfit (Baryt) dürfen sich während der Lagerung, des Transports oder des Bohrens nicht in der Spülung absetzen. Nach dem Stokesschen Gesetz sedimentieren kleinere Partikel langsamer oder gar nicht. Die Ultraschalldispergierung verhindert größere Agglomerate, die eine Instabilität der Dispersion verursachen können. Das Dispergieren eines Systems kann dessen Feststoffaufnahmefähigkeit erhöhen, sodass eine Beschwerung auf bis zu 20 lb/gallon (US) oder 2,4g/cm3 möglich ist.
Entgasung der Bohrspülung
Bei der Herstellung von Bohrspülungen bringen Bentonitpulver und andere pulverförmige Additive viel Luft in die Bohrspülung ein. Dieses Gas wird in den Flüssigkeitssystemen eingeschlossen und kann zur Entmischung und zu einer verminderten Wirksamkeit von Emulgatoren oder Stabilisatoren führen. Wiederholte Kompressionen (Hochdruckzyklen) und Rarefaktionen (Niederdruckzyklen) während der Ultraschallbehandlung ermöglichen es gelösten Gasen, zu wandern und kleine Mikroblasen zu bilden. Die Ultraschallwellen bewirken anschließend die Koaleszenz der Gasmikroblasen. Die starke kavitative Scherung durch Ultraschall reduziert die Viskosität scherverdünnender und thixotroper Bohrflüssigkeiten. Dadurch steigen Luftblasen schneller auf. Dies führt zu einer besseren Gasabscheidung in nachgeschalteten Abscheidebehältern oder bei der Vakuumentgasung. Die Entgasung erhöht die Spülungsdichte, reduziert die Viskosität und verringert Entmischungsprobleme. Weniger Gasblasen verringern den Bedarf an Emulgatoren, Stabilisatoren, Tensiden oder Dispergiermitteln. Dies senkt die Kosten pro Barrel. Ein geringerer Gasgehalt kann auch das Wachstum aerober Mikroorganismen eindämmen.
Wasserbasierte Bohrspülung vor und nach der Ultraschallentgasung mit UIP1000hd
Studie und Bild von Amani et al. 2016
Entwicklung und Anpassung von Bohrspülungsrezepturen
Neue Vorschriften begrenzen die Mengen bestimmter Chemikalien, die in Spülungen eingesetzt werden dürfen, um die Umweltbelastung zu minimieren. Dies erfordert eine Anpassung der Rezepturen an die neuen rechtlichen Rahmenbedingungen. Die Ultraschallbehandlung kann Ihnen helfen, die Leistungsfähigkeit der Bohrspülungskomponenten zu maximieren, sodass Sie geringere Mengen und kostengünstigere Materialien verwenden können. Hielscher bietet die Prüfung von Bohrspülungsrezepturen in unserem Labor an. Dazu gehören Messungen der kinematischen Viskosität bei verschiedenen Temperaturen mit und ohne Scherung.
Robuste Konstruktion für den industriellen Einsatz
Ultraschallreaktoren von Hielscher können größere und abrasive Partikel oder Agglomerate verarbeiten. Daher können Sie mit einer pumpfähigen Suspension mit Agglomeraten oder mit Bohrspülungskomponenten beginnen. Beim Einmischen von Pulvern und Partikeln in die Flüssigkeit weisen Sonotroden einen deutlich geringeren Abrasionsverschleiß auf als Rotor-Stator-Mischer oder Hochdruckhomogenisatoren. Sonotroden von Hielscher bestehen aus Titan der Güteklasse 5 für eine erhöhte Korrosionsbeständigkeit, z. B. wenn in wasserbasierten Bohrspülungen Meerwasser anstelle von Süßwasser verwendet wird. Ultraschallreaktoren haben keine rotierenden Dichtungen oder Lager. Ultraschallmischer von Hielscher sind für den industriellen Schwerlastbetrieb ausgelegt – an Land und auf See (Bohrplattform). Im Allgemeinen werden die Ultraschallreaktoren vertikal angeordnet, um eine kleine Stellfläche zu ermöglichen.
Der Einsatz des Ultraschallmischens in der Öl- und Gasindustrie reicht weit über Bohrspülungen hinaus.
- Entgasung von Abwässern und Prozessflüssigkeiten
- Mischen mit Scavengern (z. B. H2S-Scavengern) oder Schutzchemikalien wie Inhibitoren gegen mineralische Ablagerungen und Korrosion
- Verkürzung der Zementabbindezeiten für schnelleres Zementieren
- Ultraschallgestützte Herstellung gesättigter Salzlösungen oder Formiatlösungen
- Verringerung der bakteriellen Aktivität in Bohrspülungen
- Nachgelagerte Ölverarbeitung, z. B. Entschwefelung
- Vorbereitung von Öl- und Sedimentproben
Literatur / Quellen
- 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.