Διαυγείς άλμες αλογονιδίων με κατεργασία με υπερήχους

Μετρημένες βελτιώσεις απόδοσης

Δεδομένα πεδίου από παρτίδα άλμης βρωμιούχου ασβεστίου 15m3 (επιθυμητή πυκνότητα ≈ 1700 kg/m3 ή 14,2lb/gal) δείχνουν ότι οι υπέρηχοι υψηλής ισχύος ολοκληρώνουν τη διάλυση σε περίπου 25 λεπτά, σε θερμοκρασία περιβάλλοντος 25°C (77°F). Η ίδια εργασία με πτερωτό αναδευτήρα άνω εισόδου και θέρμανση με ατμό απαιτούσε περίπου τέσσερις ώρες στους 60°C (140°F). Παρά τη χαμηλότερη θερμοκρασία, η μέθοδος με υπερήχους κατανάλωσε μόνο 0,3–0,5 kWh ηλεκτρικής ενέργειας ανά κυβικό μέτρο τελικού ρευστού και εξακολούθησε να επιτυγχάνει θολότητα κάτω από 0,4 NTU. Η σπηλαίωση απομακρύνει επίσης το παρασυρόμενο αέριο. Το διαλυμένο οξυγόνο στον βρόχο ανακυκλοφορίας μειώθηκε σημαντικά μετά από μία μόνο διέλευση, επιτρέποντας στους αναστολείς διάβρωσης να δρουν αποτελεσματικότερα.

Υπέρηχοι εντός της γραμμής έναντι επεξεργασίας κατά παρτίδες

Συνήθως χρησιμοποιούνται δύο τρόποι εφαρμογής, καθένας από τους οποίους εξυπηρετεί διαφορετικές λειτουργικές ανάγκες.

Μετασκευή με βρόχο ανακυκλοφορίας παρτίδας

Στη διαμόρφωση μετασκευής με βρόχο ανακυκλοφορίας παρτίδας, η υπάρχουσα δεξαμενή ανάμειξης εξακολουθεί να παρέχει όγκο εξισορρόπησης, θερμαντικές σερπαντίνες και αναρρόφηση για την αντλία μεταφοράς. Ένας σωλήνας εμβάπτισης αντλεί μερικώς διαλυμένη άλμη από τον πυθμένα της δεξαμενής, διασφαλίζοντας ότι το ρευστό που εισέρχεται στη μονάδα υπερήχων επί πλαισίου περιέχει την υψηλότερη συγκέντρωση αδιάλυτων στερεών. Στη συνέχεια, μια αντλία διοχετεύει το ρεύμα με πίεση περίπου 2barg (30psig) σε αντιδραστήρα υπερήχων με κυψελίδα ροής εντός της γραμμής. Μέσα στην κυψελίδα, ένα ηχοτρόδιο τύπου cascatrode δημιουργεί μια ζώνη έντονης σπηλαίωσης. Χρόνος παραμονής περίπου 0,5 δευτερολέπτων επαρκεί για τη διάλυση των υπολειπόμενων κρυστάλλων. Ένα πυκνόμετρο εντός της γραμμής, τοποθετημένο αμέσως κατάντη, τροφοδοτεί με δεδομένα έναν βρόχο ελέγχου PID που περιορίζει την τροφοδοσία του κοχλιομεταφορέα ξηρού υλικού. Η κατεργασμένη άλμη επιστρέφει στη δεξαμενή. Επειδή οι δυνάμεις διάτμησης των υπερήχων διασπούν συνεχώς τα οριακά στρώματα, ο συνολικός χρόνος επεξεργασίας της παρτίδας μειώνεται από ώρες σε δεκάδες λεπτά χωρίς αύξηση της θερμοκρασίας της κύριας μάζας του ρευστού, ενώ η μετασκευή απαιτεί μόνο δύο φλαντζωτές συνδέσεις.

Πλήρης διάταξη εντός της γραμμής

Η πλήρης διάταξη εντός της γραμμής είναι βελτιστοποιημένη για υπεράκτιες πλατφόρμες και χερσαία γεωτρύπανα. Εδώ η δεξαμενή ανάμειξης καταργείται εντελώς. Νερό ή επαναχρησιμοποιούμενο διήθημα συνδυάζεται με έναν κοχλιοτροφοδότη που δοσομετρεί ξηρά άλατα απευθείας στον αντιδραστήρα υπερήχων. Η διάλυση και η απομάκρυνση αερίων έχουν ουσιαστικά ολοκληρωθεί όταν το ρεύμα εξέρχεται από την κυψελίδα ροής υπερήχων. Από εκεί, το ρευστό κατευθύνεται απευθείας στις αντλίες πολφού γεώτρησης ή σε συλλέκτη άλμης ολοκλήρωσης γεωτρήσεων. Μια τέτοια έτοιμη προς σύνδεση και λειτουργία μονάδα επί πλαισίου μπορεί να παρέχει στον επόπτη γεώτρησης έλεγχο της υδροστατικής πίεσης της στήλης σε πραγματικό χρόνο, χωρίς τη θερμική υστέρηση ή τους κινδύνους κρυστάλλωσης που συνδέονται με τις δεξαμενές θερμής ανάμειξης κατά παρτίδες.

Εξοικονόμηση ενέργειας και μείωση εκπομπών

Η κατάργηση της θέρμανσης με ατμό σε μια εγκατάσταση 50m3 εξοικονομεί έως 350kWh ενέργειας καυσίμου ανά παρτίδα, αποτρέποντας εκπομπές έως 70kg CO2.

Απαέρωση και έλεγχος διάβρωσης

Η σπηλαίωση αποβάλλει το παρασυρόμενο αέριο από την άλμη. Η χαμηλότερη περιεκτικότητα σε οξυγόνο επιβραδύνει τη διάβρωση με βελονισμούς και τη διάβρωση γενικότερα. Συχνά, τα δοκίμια διάβρωσης στο πεδίο δείχνουν δέκα φορές χαμηλότερη διάβρωση με την ίδια δοσολογία αναστολέα όταν χρησιμοποιούνται άλμες απαερωμένες με υπερήχους.

Διασπορά προσθέτων

Οι αμίνες σχηματισμού υμενίου, τα λιπαντικά και τα μικρονισμένα στερεά αύξησης του ειδικού βάρους επιτυγχάνουν στενότερες κατανομές μεγέθους σωματιδίων και έως 30% μικρότερη διακύμανση των ρεολογικών ιδιοτήτων όταν η κατεργασία με υπερήχους αντικαθιστά τη συμβατική ανάμειξη με πτερωτή.

Διάβρωση και επιλογή υλικών

Οι υψηλές συγκεντρώσεις χλωριούχων και βρωμιούχων ιόντων ευνοούν τη διάβρωση με βελονισμούς και τη διάβρωση γενικότερα. Οι άλμες αποστέλλονται συνήθως απαερωμένες (με οξυγόνο κάτω από 10ppb) και με προσθήκη αμινών σχηματισμού υμενίου. Σε θερμοκρασίες ≥60°C (140°F), ο επιφανειακός εξοπλισμός αναβαθμίζεται από ανθρακούχο χάλυβα σε 316L, duplex 2205 ή super-duplex 2507. Τα ηχοτρόδια από Titanium Grade 5 και οι κυψελίδες ροής από Alloy 625 αντέχουν στο ZnBr2 σε θερμοκρασίες έως 120°C (248°F).

Οι διαυγείς άλμες αλογονιδίων παραμένουν απαραίτητες για τον έλεγχο γεωτρήσεων υψηλής πίεσης με περιορισμένη βλάβη στον γεωλογικό σχηματισμό. Η άριστη γνώση της χημείας των αλάτων, των υπερήχων υψηλής ισχύος, του περιορισμού της διάβρωσης και της υπεύθυνης περιβαλλοντικής διαχείρισης επιτρέπει στους μηχανικούς να προσαρμόζουν τις πυκνότητες από 1080 kg/m3 (9lb/gal) έως 2400 kg/m3 (20lb/gal), παρέχοντας παράλληλα το καθαρότερο δυνατό περιβάλλον εντός της γεώτρησης.

Συχνές ερωτήσεις: Διαυγείς άλμες αλογονιδίων

Τι χαρακτηρίζει μια διαυγή άλμη αλογονιδίων;

Κανένα αιωρούμενο στερεό δεν υπερβαίνει το όριο διαλυτότητας, οπότε το ρευστό είναι διαφανές και μπορεί να φιλτραριστεί ώστε η θολότητά του να πέσει κάτω από 0,5 NTU. Όλο το βάρος προέρχεται από διαλυμένα άλατα.

Ποια άλατα είναι τα συνηθέστερα;

Χλωριούχο νάτριο, χλωριούχο ασβέστιο, βρωμιούχο νάτριο, βρωμιούχο ασβέστιο και βρωμιούχος ψευδάργυρος. Η πυκνότητα ρυθμίζεται με ανάμειξη αυτών των αλάτων σε νερό.

Γιατί να επιλέξετε διαυγείς άλμες αντί για πολφό γεώτρησης με πρόσθετα αύξησης του ειδικού βάρους;

Δεν αφήνουν πλακούντα διήθησης, ελαχιστοποιούν τη βλάβη στον γεωλογικό σχηματισμό, διέρχονται εύκολα από τον εξοπλισμό ολοκλήρωσης γεωτρήσεων και επιτυγχάνουν γρήγορα διήθηση σε επίπεδο κάτω του μικρομέτρου.

Γιατί να χρησιμοποιήσετε υπερήχους για την ανάμειξη διαυγών αλμών αλογονιδίων;

Η κατεργασία με υπερήχους μειώνει σημαντικά τον χρόνο διάλυσης, επιτρέπει την ανάμειξη σε θερμοκρασία περιβάλλοντος, απομακρύνει το οξυγόνο που προκαλεί διάβρωση και επιτυγχάνει χαμηλή θολότητα χωρίς μεγάλους μηχανικούς αναδευτήρες.

Ποια ειδική κατανάλωση ενέργειας είναι τυπική για την κατεργασία με υπερήχους;

Οι περισσότερες εγκαταστάσεις πληρούν τις προδιαγραφές με 0,3–0,5kWh ανά κυβικό μέτρο τελικής άλμης. Η ακριβής τιμή εξαρτάται από τον τύπο του άλατος και την επιθυμητή πυκνότητα.

Πώς ελέγχεται η πυκνότητα επιτόπου;

Το ξηρό άλας ή το συμπύκνωμα διαλύεται με κατεργασία με υπερήχους και στη συνέχεια γίνεται λεπτή ρύθμιση με νερό. Τα πυκνόμετρα εντός της γραμμής διατηρούν την πυκνότητα εντός ±2kg/m3 (±0,02lb/gal).

Είναι διαβρωτικές οι διαυγείς άλμες;

Ναι. Τα χλωριούχα και βρωμιούχα ιόντα προκαλούν εντοπισμένη διάβρωση με βελονισμούς και διάβρωση γενικότερα. Οι υπεύθυνοι λειτουργίας πραγματοποιούν απαέρωση, προσθέτουν αναστολείς και χρησιμοποιούν κράματα ανθεκτικά στη διάβρωση.

Μπορούν να ανακυκλωθούν οι χρησιμοποιημένες άλμες αλογονιδίων;

Ναι. Τα χρησιμοποιημένα ρευστά φιλτράρονται, αποξυγονώνονται, ρυθμίζεται η πυκνότητά τους και επαναχρησιμοποιούνται. Οι άλμες πλούσιες σε ψευδάργυρο ενδέχεται να υποβληθούν σε ανάκτηση Zn πριν από την τελική διάθεση.

Σε ποιες θερμοκρασίες μπορούν να αντεπεξέλθουν αυτές οι άλμες;

Τα μείγματα CaBr2/CaCl2 παραμένουν διαυγή έως περίπου 150°C (302°F). Τα συμπυκνώματα ZnBr2 παραμένουν διαυγή πάνω από 200°C (392°F), αλλά είναι εξαιρετικά διαβρωτικά.

Πόσο γρήγορα μπορούν οι υπέρηχοι να διαλύσουν άλας;

Οι βιομηχανικές μονάδες μειώνουν τον χρόνο επεξεργασίας μιας παρτίδας CaBr2 από 4h (θερμαινόμενος αναμείκτης με πτερωτή) σε περίπου 30min (σε θερμοκρασία περιβάλλοντος) για άλμη αλογονιδίων 1700 kg/m3, εξοικονομώντας καύσιμο και χρόνο λειτουργίας του γεωτρύπανου.