Ultraschallmischer für Bohrschlämme und Packerflüssigkeiten
Bohrspülungen (Bohrschlamm) wird verwendet, um den Bohrvorgang von Ölquellen, Erdgasquellen, Aufschluß- und Erkundungsbohrungen oder Brunnen zu unterstützen. Ultraschallreaktoren sind eine effektive Technik für das Mischen, Dispergieren, Emulgieren und Entgasung von wasserbasierten Schlämmen (WBM, wässrig), ölbasierten Schlämmen (OBM, nicht-wässrig) oder synthetik-basierten Schlämmen (SBM).
Die Formulierung und gleichbleibende Qualität der Bohrspülung ist ein Schlüsselfaktor für heutige Bohrarbeiten. Die Zusammensetzung und Eigenschaften des Bohrschlammes beeinflussen die Stabilität, Schmierung, Kühlung und die Bohrungsgeschwindigkeit. Schon kleine Probleme mit der Bohrspülung können den ganzen Bohrbetrieb stilllegen. Überdruck durch zu dichten oder zu schweren Bohrschlamm verursacht erhebliche Zirkulationsstörungen.
WBMs bestehen in der Regel aus Süßwasser, Meerwasser oder (gesättigter bzw. Formiate-) Sole sowie natürlichen Tonen und Polymeren. Bei OBMs und SBMs handelt es sich um Phaseninversions-Emulsionssysteme, die eine Ölbasis (Diesel, Mineralöl) oder synthetische Basis (Olefine und Paraffine) als kontinuierliche (externe) Phase und Sole als (interne) disperse Phase aufweisen. Die Emulsion muss stabil genug sein, um den Zufluss des Wassers aus der Tiefbohrung auszuhalten. Öl-in-Wasser-Emulsionen (Öl-Emulsionsschlämme) werden seltener als Wasser-in-Öl-Emulsionen (Inversions-Öl-Emulsionsschlämme) verwendet. Die Ultraschall-Emulgierung funktioniert für beide Emulsionsarten und erzielt eine gute elektrische Stabilität der internen Sole oder Wasser-Phase.
Hielscher Ultraschallreaktoren sind sehr effektive und intensive High-Shear-Mixer für den Produktionseinsatz. Die hohe Scherung wird durch Ultraschallkavitation erzeugt. Im Allgemeinen werden die Ultraschallreaktoren für die Verarbeitung von hohen Durchsätzen im kontinuierlichen Durchfluss im Single-Pass- oder im Rezirkulationsmodus eingesetzt.
Unsere Ultraschallhomogenisatoren helfen Ihnen bei der
- Herstellung von Zusatzschlagstoffen
- Vorbereitung von hochkonzentrierten Masterbatches
- Mischen von Ready-to-Use Bohrflüssigkeiten oder Packerflüssigkeiten
- Entgasung von Bohrschlämmen
- Entwicklung und Formulierung besserer Bohrschlämme
Der MultiSonoReactor MSR-4 ist ein industrieller Inline-Homogenisierer, der für die industrielle Herstellung von Bohrspülungen geeignet ist. Die Sonikation wird zur Dispersion und Entgasung von Bohrspülungen eingesetzt.
Herstellung von Bohrschlammzusätzen
Die Herstellung von Chemikalien und Zusatzstoffen, wie z.B. flüssige Polymerschlämme, profitiert von der hohen Verarbeitungskapazität und Flexibilität der Ultraschallmischer. Das Mischen mittels Ultraschall entfesselt das volle Potenzial von Zusatzstoffen, wie z.B. Verdickungsmitteln, Filtratminderern oder Polymeradditiven. Die Ultraschallkavitation durchfeuchtet Pulver schnell und vollständig und mischt einen homogenen Bohrschlamm.
Für das Mischen von Flüssig/Flüssig-Emulsionen eignet sich Hielscher's MultiPhaseCavitator hervorragend, um während des Inline-Mischens die zwei Phasen in der intensiven Kavitationsscherzone zusammenzubringen. Für weitere Informationen über den MultiPhaseCavitator klicken Sie bitte hier!
Das ultraschall-gestützte Mischenverfahren verbessert den Massetransfer an den Grenzschichten bzw. Partikeloberflächen. Dies reduziert den Zeitaufwand bei der Herstellung von Sole bzw. gesättigter Salzsole, z.B. Kalzium-Chlorid-Sole, Kalzium-Bromid-Sole, Zink-Brom-Sole oder Kalium- und Cäsium-Formiat-Sole.
Masterbatches für Tone oder Zusatzstoffe
Sie können das Ultraschall-Schermischen nutzen, um hochkonzentrierte Chargen oder Masterbatches mit hoher Dichte (z. B. mit Calciumcarbonat (Kreide), Entflockungsmitteln oder Scavengern) zu herzustellen, bevor Sie diese der Endformulierung des Bohrschlammes hinzufügen.
Herstellung von Bohr- und Packerflüssigkeiten
Die Qualität des Bohrschlammes hängt maßgeblich von verschiedenen Faktoren wie der Stabilität, Viskosität, Kühlung oder Schmierung ab. Homogenität und Konsistenz sind wichtige Qualitätsmerkmale. Das Ultraschall-Mischen ist eine sehr effektive Technologie, um eine einheitliche Partikelgrößenverteilungzu erreichen, wodurch eine bessere Dispersions- und Emulsionsstabilität erzielt wird. Dadurch wird verhindert, dass sich die Phasen während der Lagerung, des Transports oder Bohrung trennen.
Die Spezifikationen für Bohrschlamm ändern sich heutzutage häufig. Hielscher Ultraschallreaktoren sind sehr flexibel und können einfach an geänderte Bohrschlammformulierungen angepasst werden. Durch den Wandel vom traditionellen Batchprozess zum ultraschall-gestützten Inline-Single-Pass-Mischen können Sie verschiedene Bohrschlämme mit dem gleichen Ultraschallsystem verarbeiten. Dadurch können Sie Ihr Geräteinventar und die Lagerzeiten verkürzen.
Durch die Dispersion herkömmlicher Tone (z.B. Bentonit) oder speziell vorbehandelter organophiler Tone in einer Flüssigkeit werden sehr zähflüssige, thixotrope oder scherverdünnende Gele und Schlämme hergestellt. Werden diese Gele und Schlämme der hohen Ultraschallscherkraft ausgesetzt, sinkt die Viskosität auf einen frei fließenden Zustand. Dies erleichtert die Dispergierung und Handhabung. Aus diesem Grund ist die Beschallung mit Hochleistungs-Ultraschall sehr effektiv für das Mischen von thixotropen und scherverdünnenden Schlämmen. Durch hoch-intensiven Ultraschall werden sowohl eine bessere Dispersion der Bentonit-Partikel als auch verbesserte geobildende Eigenschaften erreicht. Klicken Sie bitte hier für weitere Informationen über die Ultraschall-Dispersion von Bentonit!
Ultraschall-Dispersion von Bentonit (mit dem Ultraschallgerät UIP2000hdT)
Rheologie-Modifizierer, Verdickungsmittel und Stabilisatoren (z.B. Gummi, Glykol, Carboxymethylcellulose, poly-anionische Zellulose (PAC) oder Stärke) müssen gleichmäßig dispergiert werden, um maximale Effektivität entfalten zu können. Klicken Sie hier, um mehr über die Ultraschall-Dispersion von Verdickungsmitteln, wie z.B. Xanthan Gum und Guarkernmehl zu erfahren!
Füllstoffe, wie Barium Sulfit (Baryt) dürfen sich während der Lagerung, des Transports oder der Bohrung nicht absetzen. Nach dem Stokesschen Gesetz zur Sedimentationsgeschwindigkeit setzen sich kleinere Partikelsedimente langsamer oder gar nicht ab. Die Ultraschall-Dispersion verhindert die Bildung größerer Agglomerate, welche eine Instabilität der Dispersion verursachen können. Durch das Dispergieren eines Systems wird die Feststofftoleranz erhöht, so dass möglich wird, ein Gewicht bis zu 20 lb/Gallone (US) oder 2,4 g/cm3.
Entgasung von Bohrspülungen
Bei der Herstellung von Bohrschlämmen wird durch das Einmischen von Bentonit und andern Zuschlagstoffen viel Luft in den Bohrschlamm eingetragen. Dieses Gas ist in Flüssigkeitssystemen eingeschlossen und verursacht das Absetzen sowie einen Verlust der Emulgator- und Stabilisatorwirkung. Alternierende Kompressions- (Hochdruck-Zyklen) und Rarefaktionszyklen (Niederdruck-Zyklen) während der Beschallung mit Ultraschall lassen gelöste Gase migrieren, so dass sich kleine Mikrobläschen bilden. Durch die Ultraschallwellen fließen die Mikrobläschen zusammen, koaleszieren und werden größer. Die hochintensiven Kavitationsscherkräfte verringern die Viskosität scherverdünnender und thixotroper Bohrflüssigkeiten. Dadurch können die Luftblasen schneller aufsteigen, so dass diese in den nachgelagerten Abscheidertanks oder bei der Vakuum-Entgasung leichter entfernt werden können. Durch das Entgasen und Entlüften wird das Schlammgewicht erhöht, wodurch Viskosität- und Sedimentierungsprobleme reduziert werden. Durch weniger vorhandene Gasblasen kann der Einsatz von Emulgatoren, Stabilisatoren, Tensiden oder Dispergierhilfen deutlich verringert werden. Dies reduziert die Herstellungskosten pro Barrel. Ein reduzierter Gasgehalt kann zudem das Wachstum aerober Mikroben bremsen.
Bohrschlamm auf Wasserbasis vor und nach der Ultraschallentgasung mit UIP1000hd
Studie und Bild: Amani et al. 2016
Entwicklung und Modifikation von Bohrschlammformulierungen
Durch neue Vorschriften wird der Einsatz bestimmter Chemikalien in Bohrschlämmen / Drilling Muds eingeschränkt, um die Umweltbelastung zu minimieren. Daher müssen die Formulierungen an den neuen Rechtsrahmen angepasst werden. Ultraschall hilft Ihnen, die Performanz der Bohrschlammkomponenten zu maximieren, so dass sich Ihr Materialverbrauch und Ihre Kosten verringern. Hielscher bietet Ihnen Versuche für Ihre Bohrschlamm-Formulierung in seinem Ultraschallprozesslabor an. Die Versuche beinhalten kinematischen Viskositätsmessungen bei verschiedenen Temperaturen mit und ohne Scherkräfte.
Heavy Duty Design für den industriellen Einsatz
Hielscher Ultraschallreaktoren können problemlos auch größere und abrasive Partikel oder Agglomerate verarbeiten. Deshalb beginnen Sie mit einer agglomerierten pumpfähigen Slurry bzw. den Bohrschlamm-Komponenten. Beim Mischen von Pulvern und Partikeln in einer Flüssigkeit sehen Sie an einer Ultraschallsonotrode (Ultraschallhorn) deutlich weniger Abrieb und Verschleiß als bei einem Rotor-Stator Mischer oder einem Hochdruckhomogenisator. Hielscher Ultraschallsonotroden bestehen aus Titan der Güteklasse 5 für verbesserte Korrosionsbeständigkeit, so dass z.B. problemlos Meerwasser anstelle von Süßwasser bei der Herstellung von WBMs (Water-based Drilling Muds) verwendet werden kann. Ultraschallreaktoren haben keine Rotationsdichtungen oder Lager. Hielscher Ultraschallmischer sind von äußerst robuster Industriequalität für den Heavy-Duty-Einsatz – Onshore und Offshore (Rigs) - gebaut. In der Regel sind die Ultraschallreaktoren vertikal ausgerichtet und haben einen geringen Platzbedarf.
Die Verwendung von Ultraschallmischern in der Öl- und Gasindustrie reicht weit über die Verarbeitung von Bohrschlämmen hinaus.
- Entgasen / Entlüften von Abwässern und Prozessflüssigkeiten
- Mischen von Scavengern (z.B. H2S Scavenger) oder chemischer Schutzmittel, z.B. Ablagerungs- und Korrosionsschutzmittel.
- Reduzierte Zement-Bindezeit für schnellere Zementaushärtung
- Ultraschall-gestützte Herstellung von gesättigter Sole und Formiat-Sole
- Reduzierte bakterielle Aktivität in Bohrschlämmen
- Nachgelagerte Prozesse in der Rohölverarbeitung, z.B. Entschwefelung
- Vorbereitung von Öl- und Sedimentproben
Literatur / Literaturhinweise
- 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.