Καθαρισμός άλμης αλογονιδίων με υπερήχους

Μετρημένη βελτίωση των επιδόσεων

Τα δεδομένα πεδίου από μια παρτίδα 15 m³ άλμης βρωμιούχου ασβεστίου (στοχευόμενη πυκνότητα ≈ 1700 kg/m³ ή 14,2 lb/gal) δείχνουν ότι η χρήση υπερήχων υψηλής ισχύος ολοκληρώνει τη διάλυση σε περίπου 25 λεπτά σε θερμοκρασία περιβάλλοντος 25 °C (77 °F). Η ίδια διαδικασία με τη χρήση πτερωτής τύπου «top-entry» που θερμαίνεται 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 υγρού και παρέδωσε 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 λειτουργήσουν πιο αποτελεσματικά.

Υπερηχητική επεξεργασία σε συνεχή ροή έναντι επεξεργασίας κατά παρτίδες

Υπάρχουν δύο συνηθισμένοι τρόποι εφαρμογής, και ο καθένας εξυπηρετεί μια ξεχωριστή λειτουργική κατηγορία.

Αναβάθμιση βρόχου παρτίδας

Στη διαμόρφωση βρόχου παρτίδας μετά την αναβάθμιση, η υπάρχουσα δεξαμενή ανάμειξης συνεχίζει να παρέχει όγκο εξισορρόπησης, πηνία θέρμανσης και αναρρόφηση για την αντλία μεταφοράς. Ένας σωλήνας βύθισης αντλεί μερικώς διαλυμένο άλμη από τον πυθμένα της δεξαμενής, διασφαλίζοντας ότι το υγρό που εισέρχεται στο σύστημα υπερήχων περιέχει τη μέγιστη συγκέντρωση αδιάλυτων στερεών. Στη συνέχεια, μια αντλία μεταφέρει τη ροή σε πίεση περίπου 2 barg (30 psig) σε έναν ενσωματωμένο αντιδραστήρα κυψέλης ροής υπερήχων. Μέσα στην κυψέλη, ένα κασκατροδίο δημιουργεί μια ζώνη έντονης σπηλαίωσης. Ο χρόνος παραμονής περίπου 0,5 δευτερολέπτων είναι επαρκής για τη διάλυση των υπολειπόμενων κρυστάλλων. Ένα ενσωματωμένο πυκνόμετρο, τοποθετημένο ακριβώς κατάντη, τροφοδοτεί δεδομένα σε έναν βρόχο PID που ρυθμίζει τη ροή του κοχλιομεταφορέα ξηρής τροφοδοσίας. Το επεξεργασμένο 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 του υλικού, ενώ η αναβάθμιση απαιτεί μόνο δύο φλαντζωτές συνδέσεις.

Πραγματική ενσωματωμένη διάταξη

Η πραγματική διάταξη σε σειρά είναι βελτιστοποιημένη για υπεράκτιες πλατφόρμες και χερσαίες εγκαταστάσεις γεώτρησης. Εδώ η δεξαμενή ανάμειξης εξαφανίζεται εντελώς. Το νερό ή το επαναχρησιμοποιημένο διήθημα συγχωνεύεται με έναν κοχλιοφόρο τροφοδότη που δοσομετρεί ξηρά άλατα απευθείας στον υπερηχητικό αντιδραστήρα. Η διάλυση και η απομάκρυνση αερίων έχουν ουσιαστικά ολοκληρωθεί μέχρι τη στιγμή που το ρεύμα εξέρχεται από το υπερηχητικό κύτταρο ροής. Από εκεί, το υγρό κατευθύνεται απευθείας στις αντλίες λάσπης ή σε έναν συλλέκτη άλμης ολοκλήρωσης. Μια τέτοια μονάδα τύπου «plug-and-play» μπορεί να προσφέρει στον υπεύθυνο γεώτρησης έλεγχο της υδροστατικής πίεσης σε πραγματικό χρόνο, χωρίς τη θερμική καθυστέρηση ή τους κινδύνους κρυστάλλωσης που συνδέονται με τις δεξαμενές παρτίδας θερμής ανάμειξης.

Εξοικονόμηση ενέργειας και μείωση εκπομπών

Η κατάργηση της θέρμανσης με ατμό σε μια μονάδα χωρητικότητας 50 m³ επιτρέπει την εξοικονόμηση έως και 350 kWh καυσίμου ανά παρτίδα, αποτρέποντας έτσι εκπομπές CO₂ έως και 70 kg.

Αποαεριοποίηση και έλεγχος της διάβρωσης

Η σπηλαίωση αποβάλλει το αέριο που έχει παρασυρθεί από το άλμη. Η μείωση του οξυγόνου επιβραδύνει τη δημιουργία κοιλοτήτων και τη διάβρωση. Συχνά, τα δείγματα πεδίου παρουσιάζουν δέκα φορές χαμηλότερα επίπεδα διάβρωσης με την ίδια δόση αναστολέα, όταν χρησιμοποιούνται άλμες που έχουν απαερωθεί με υπερήχους.

προσθετική διασπορά

Οι αμίνες που σχηματίζουν φιλμ, τα λιπαντικά και τα μικροποιημένα στερεά βάρους επιτυγχάνουν πιο στενές κατανομές μεγέθους σωματιδίων και μείωση της ρεολογικής διακύμανσης έως και 30%, όταν η υπερηχητική επεξεργασία αντικαθιστά τη συμβατική ανάμιξη με πτερωτή.

Διάβρωση και επιλογή υλικών

Τα υψηλά επίπεδα χλωριδίου και βρωμιδίου ευνοούν τη δημιουργία κοιλοτήτων και τη διάβρωση. Τα άλμη μεταφέρονται γενικά αποαερωμένα (με περιεκτικότητα σε οξυγόνο κάτω των 10 ppb) και με προσθήκη αμινών που σχηματίζουν φιλμ. Οι επιφανειακοί μηχανισμοί πρέπει να αναβαθμιστούν από ανθρακούχο χάλυβα σε 316L, duplex 2205 ή super-duplex 2507 σε θερμοκρασίες ≥60°C (140°F). Τα σονοτρόδια τιτανίου βαθμού 5 και τα κύτταρα ροής από κράμα 625 αντέχουν στο ZnBr₂ σε θερμοκρασίες έως και 120 °C (248 °F).

Τα διαυγή αλατούχα διαλύματα αλογονιδίων παραμένουν απαραίτητα για τον έλεγχο των φρεατίων υπό υψηλή πίεση και με ελάχιστες ζημιές. Η εξειδίκευση στη χημεία των αλάτων, στα υπερήχητα υψηλής ισχύος, στον περιορισμό της διάβρωσης και στην περιβαλλοντική διαχείριση επιτρέπει στους μηχανικούς να προσαρμόζουν τις πυκνότητες από 1080 kg/m³ (9 lb/gal) έως 2400 kg/m³ (20 lb/gal), εξασφαλίζοντας παράλληλα το καθαρότερο δυνατό περιβάλλον στο εσωτερικό της γεώτρησης.

Συχνές ερωτήσεις: Διαυγείς αλατούχοι διαλύματα αλογονιδίων

Τι κάνει ένα διάλυμα αλογονιδίου να είναι διαυγές;

Δεν υπάρχουν αιωρούμενα στερεά που να υπερβαίνουν το όριο διαλυτότητας, επομένως το υγρό είναι διαφανές και μπορεί να φιλτραριστεί σε επίπεδο κάτω από 0,5 NTU. Το συνολικό βάρος προέρχεται αποκλειστικά από τα διαλυμένα άλατα.

Ποια άλατα είναι τα πιο συνηθισμένα;

Χλωριούχο νάτριο, χλωριούχο ασβέστιο, βρωμιούχο νάτριο, βρωμιούχο ασβέστιο και βρωμιούχος ψευδάργυρος. Η πυκνότητα ρυθμίζεται με την ανάμιξη αυτών των ουσιών σε νερό.

Γιατί να προτιμήσουμε τις διαυγείς άλμες αντί για τη βαρυμένη λάσπη;

Δεν αφήνουν κατάλοιπα φίλτρου, ελαχιστοποιούν τη ζημιά στο σχηματισμό, διέρχονται εύκολα από τον εξοπλισμό ολοκλήρωσης και επιτυγχάνουν γρήγορα διήθηση σε επίπεδο κάτω του μικρομέτρου.

Γιατί να χρησιμοποιούμε υπερήχους για την ανάμιξη διαυγών αλατούχων διαλυμάτων αλογονιδίων;

Η υπερηχητική επεξεργασία μειώνει σημαντικά τον χρόνο διάλυσης, επιτρέπει την ανάμιξη σε θερμοκρασία περιβάλλοντος, απομακρύνει το οξυγόνο που προκαλεί διάβρωση και εξασφαλίζει χαμηλή θολότητα χωρίς τη χρήση μεγάλων μηχανικών αναδευτήρων.

Ποια είναι η τυπική ενεργειακή ένταση της υπερηχητικής επεξεργασίας;

Τα περισσότερα εργοστάσια πληρούν τις προδιαγραφές με 0,3-0,5 kWh ανά κυβικό μέτρο τελικού άλματος. Η ακριβής τιμή εξαρτάται από τον τύπο του αλατιού και την επιδιωκόμενη πυκνότητα.

Πώς ελέγχεται η πυκνότητα στο χώρο των γυρισμάτων;

Το ξηρό αλάτι ή το συμπύκνωμα διαλύεται με υπερήχους και στη συνέχεια αραιώνεται με νερό. Τα ενσωματωμένα πυκνόμετρα διατηρούν την πυκνότητα εντός ±2 kg/m³ (±0,02 lb/gal).

Οι διαυγείς άλμες είναι διαβρωτικές;

Ναι. Το χλωριούχο και το βρωμιούχο προκαλούν τοπική διάβρωση με οπές και διάβρωση. Οι χειριστές αποαερίζουν, προσθέτουν αναστολείς και χρησιμοποιούν κράματα ανθεκτικά στη διάβρωση.

Μπορούν να ανακυκλωθούν τα χρησιμοποιημένα αλατούχα διαλύματα αλογονιδίων;

Ναι. Τα χρησιμοποιημένα υγρά φιλτράρονται, αποξυγονώνονται, η πυκνότητά τους ρυθμίζεται και επαναχρησιμοποιούνται. Οι άλμες με υψηλή περιεκτικότητα σε ψευδάργυρο ενδέχεται να υποβληθούν σε διαδικασία ανάκτησης ψευδαργύρου πριν από την απόρριψή τους.

Ποιες θερμοκρασίες μπορούν να αντέξουν αυτά τα άλμη;

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

Πόσο γρήγορα μπορούν τα υπερήχητα να διαλύσουν το αλάτι;

Οι βιομηχανικές μονάδες μειώνουν τη διάρκεια επεξεργασίας μιας παρτίδας CaBr₂ από 4 ώρες (σε θερμαινόμενο αναμικτήρα με πτερωτή) σε περίπου 30 λεπτά (σε θερμοκρασία περιβάλλοντος) για άλμη αλογονιδίου πυκνότητας 1700 kg/m³, επιτυγχάνοντας εξοικονόμηση καυσίμου και χρόνου λειτουργίας της εγκατάστασης.