Mezcladores ultrasónicos para fluidos y lodos de perforación

El fluido de perforación (lodo de perforación) se utiliza para ayudar a la perforación de pozos de petróleo, pozos de gas natural, pozos exploratorios (pozos salvajes) o pozos de agua. Los reactores ultrasónicos son una tecnología eficaz para mezclar, dispersar, emulsionar y desgasificar lodos de base acuosa (WBM, aqueous), lodos de base oleosa (OBM, non-aqueous) o lodos de base sintética (SBM, synthetic-based mud).

Mezclado por ultrasonidos de lodos de perforación y fluidos para packersLa formulación y la calidad constante del lodo de perforación es un factor clave en las operaciones de perforación actuales. La composición y las características del lodo influyen en la estabilidad del pozo, la lubricación, la refrigeración y la velocidad de penetración de la perforación. Incluso pequeños problemas con el fluido de perforación pueden detener toda la operación de perforación. Una presión excesiva resultante de un lodo de perforación demasiado denso o pesado puede provocar una pérdida importante de circulación.
Las WBM suelen estar compuestas de agua dulce, agua de mar o salmuera (saturada o formiato) y arcillas y polímeros naturales. Las OBM y SBM son sistemas de emulsión invertida que tienen una base de aceite (gasóleo, aceite mineral) o sintética (olefinas y parafinas) como fase continua (externa) y salmuera como fase dispersa (interna). La emulsión debe ser lo suficientemente estable como para soportar la adición de flujo de agua en el fondo del pozo. Menos común que el agua en aceite (lodos de emulsión de aceite invertido) es el aceite en agua (lodos de emulsión de aceite). La emulsificación ultrasónica funciona para ambos tipos de emulsión y consigue una buena estabilidad eléctrica de la fase interna de salmuera o agua.
Los reactores ultrasónicos de Hielscher son mezcladores de cizallamiento cavitacional muy eficaces e intensos para uso en producción. Por lo general, los reactores ultrasónicos se utilizan en línea para el procesamiento de paso único de alto rendimiento o el procesamiento por lotes recirculados.
Puede utilizar la mezcla por ultrasonidos para

  • Fabricación de aditivos
  • Preparar masterbatches de alta concentración
  • Mezclar fluidos de perforación o fluidos para packers listos para usar
  • Degas lodos de perforación
  • Desarrollar y formular mejores lodos de perforación
Homogeneizador ultrasónico industrial para la producción eficaz de lodos de perforación. La sonicación se utiliza para la dispersión y desgasificación de lodos de perforación.

El MultiSonoReactor MSR-4 es un homogeneizador industrial en línea adecuado para la producción industrial de lodos de perforación. La sonicación se utiliza para la dispersión y desgasificación de fluidos de perforación.

Fabricación de aditivos para lodos de perforación

La fabricación de productos químicos y aditivos, como lechadas de polímeros líquidos, se beneficia de la gran capacidad de procesamiento y flexibilidad de la mezcla por cizallamiento ultrasónico. La mezcla por ultrasonidos libera todo el potencial de los aditivos, como viscosificadores, reductores de filtrado o aditivos poliméricos. La cavitación ultrasónica hidrata los polvos de forma rápida y completa durante la mezcla del lodo de perforación.
Para la mezcla de emulsiones líquido/líquido, el MultiPhaseCavitator de Hielscher mejora la mezcla en línea de dos fases en la zona de cizallamiento cavitacional intenso. Si desea más información sobre el MultiPhaseCavitator, haga clic aquí.
El mezclado por ultrasonidos mejora la transferencia de masa en capas límite o partículas en líquidos. Esto reduce el tiempo necesario para preparar salmueras o salmueras saturadas, por ejemplo, salmuera de cloruro de calcio, salmuera de bromuro de calcio, salmuera de bromuro de zinc o salmuera de formiato de potasio y cesio.

Masterbatches de arcillas o aditivos

Puede utilizar la mezcla por cizallamiento ultrasónico para fabricar lotes maestros de alta concentración o alta densidad (por ejemplo, de carbonato cálcico (tiza), defloculantes o secuestrantes) antes de añadirlos a la formulación final del lodo de perforación.

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Producción de fluidos de perforación y de empaquetadura

El rendimiento del lodo de perforación, como la estabilidad de la lutita, la viscosidad, la refrigeración o la lubricación, depende de muchos factores. La uniformidad y la consistencia de la calidad son de suma importancia. La mezcla por cizallamiento ultrasónico es muy eficaz para conseguir distribuciones uniformes del tamaño de las partículas y, por tanto, una mejor dispersión y estabilidad de la emulsión. Así se evita la separación de fases o la sedimentación durante el almacenamiento, el transporte o la estancia en los pozos de lodo.
Hoy en día, las especificaciones de los lodos de perforación cambian con frecuencia. Los reactores ultrasónicos de Hielscher se adaptan muy bien a los cambios de formulación de los líquidos de perforación. Al cambiar de la mezcla por lotes tradicional a la mezcla ultrasónica en línea de una sola pasada, puede fabricar diferentes tipos de lodos de perforación en la misma máquina ultrasónica. Esto ayuda a reducir el inventario y el tiempo de almacenamiento.
La dispersión de arcillas convencionales (p. ej., bentonita) y arcillas organófilas especialmente tratadas en fluidos produce geles y lodos muy viscosos, tixotrópicos o fluidificantes. Cuando se exponen a un alto cizallamiento ultrasónico, la viscosidad desciende hasta un estado de flujo libre. Esto facilita la dispersión y la manipulación. Por este motivo, la sonicación es muy eficaz para mezclar lechadas tixotrópicas y de cizallamiento lento. La sonicación produce una mejor dispersión de las partículas/plaquetas de bentonita y mejora las características de gelificación. Si desea más información sobre la dispersión ultrasónica de bentonita, haga clic aquí.

Curvas de entrada de energía ultrasónica para la dispersión de bentonita (¡Haga clic para ampliar!)

Dispersión ultrasónica de bentonita (realizada con mezclador ultrasónico UIP2000hdT)

Los modificadores reológicos, espesantes y estabilizantes (por ejemplo, gomas, glicol, carboximetilcelulosa, celulosa polianiónica (PAC) o almidón) requieren una buena dispersión para lograr la máxima eficacia. Si desea más información sobre la dispersión ultrasónica de espesantes, como la goma xantana y la goma guar, haga clic aquí.
Los agentes densificantes, como el sulfito de bario (barita), no deben separarse del lodo durante el almacenamiento, el transporte o la perforación. De acuerdo con la ley de Stokes, las partículas más pequeñas sedimentan más lentamente o no sedimentan en absoluto. La dispersión ultrasónica evita los aglomerados más grandes, que pueden causar inestabilidad en la dispersión. La dispersión de un sistema puede aumentar su tolerancia a los sólidos, haciendo posible un peso de hasta 20 lb/galón (US) o 2,4g/cm3.

Desgasificación del lodo de perforación

Al preparar los lodos de perforación, la arcilla bentonítica en polvo y otros aditivos en polvo introducen mucho aire en el lodo de perforación. Este gas queda atrapado en los sistemas líquidos y puede provocar la separación y la pérdida de rendimiento de los emulsionantes o estabilizadores. Las compresiones repetidas (ciclos de alta presión) y las rarefacciones (ciclos de baja presión) durante la ultrasonicación permiten que los gases disueltos migren y formen pequeñas microburbujas. A continuación, las ondas ultrasónicas fuerzan la coalescencia de las microburbujas de gas. El cizallamiento ultrasónico de alta cavitación reduce la viscosidad de los fluidos de perforación tixotrópicos y de cizallamiento lento. Esto permite que las burbujas de aire se eleven más rápidamente. Esto permite una mejor separación del gas en los tanques separadores aguas abajo o la desgasificación al vacío. La desgasificación aumenta el peso del lodo, reduce la viscosidad y los problemas de separación. Menos burbujas de gas reducen el uso de emulsionantes, estabilizantes, tensioactivos o agentes dispersantes. Esto reduce el coste por barril. La reducción del contenido de gas también puede frenar el crecimiento microbiano aeróbico.

Este vídeo demuestra la desgasificación eficaz de petróleo viscoso (40cP). La ultrasonicación elimina las pequeñas burbujas de gas en suspensión del líquido y reduce el nivel de gas disuelto por debajo del nivel de equilibrio natural.

Desgasificación en línea por ultrasonidos & Antiespumante de aceite (40cP)

Vídeo en miniatura


Desgasificación por ultrasonidos del lodo de perforación realizada con el ultrasonicador de sonda UIP1000hd

Lodo de perforación a base de agua antes y después de la desgasificación ultrasónica con UIP1000hd
Estudio e imagen de Amani et al. 2016

Desarrollo y adaptación de la formulación de los lodos de perforación

Las nuevas normativas restringen la cantidad de determinadas sustancias químicas que deben utilizarse en los lodos para minimizar el impacto medioambiental. Esto exige adaptar las formulaciones al nuevo marco normativo. La ultrasonicación puede ayudarle a maximizar el rendimiento de los componentes de los lodos de perforación, de modo que pueda utilizar menos materiales y de menor coste. Hielscher ofrece ensayos de formulación de lodos de perforación en nuestro laboratorio. Incluidas las mediciones de viscosidad cinemática a varias temperaturas con y sin cizallamiento.

Diseño resistente para uso industrial

Los reactores ultrasónicos Hielscher pueden tratar partículas o aglomerados más grandes y abrasivos. Por lo tanto, se puede partir de un lodo bombeable aglomerado o de componentes del lodo de perforación. Al mezclar polvos y partículas en el fluido, las sondas ultrasónicas muestran un desgaste por abrasión mucho menor que los mezcladores rotor-estator o los homogeneizadores de alta presión. Las sondas ultrasónicas de Hielscher están fabricadas con titanio de grado 5 para mejorar la resistencia a la corrosión, por ejemplo, cuando se utiliza agua de mar en los WBM en lugar de agua dulce. Los reactores ultrasónicos no tienen juntas ni cojinetes giratorios. Los mezcladores ultrasónicos Hielscher son de grado industrial para uso intensivo – en tierra y en alta mar (plataforma). Por lo general, los reactores ultrasónicos se orientan verticalmente para ocupar poco espacio.

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El uso de la mezcla por ultrasonidos en la industria del petróleo y el gas va mucho más allá de los lodos de perforación.


Literatura / Referencias

  • 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.


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