Mezcladores ultrasónicos para lodos de perforación y fluidos de empaque
El fluido de perforación (lodo de perforación) se utiliza para facilitar la perforación de pozos petrolíferos, de gas natural, exploratorios (en zonas sin reservas comprobadas) o de agua. Los reactores ultrasónicos son una tecnología eficaz para la mezcla, dispersión, emulsificación y desgasificación de lodos a base de agua (WBM, acuosos), lodos a base de aceite (OBM, no acuosos) o lodos a base de fluidos sintéticos (SBM).
La formulación y la calidad constante del lodo de perforación son factores 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 durante la perforación. Incluso pequeños problemas con el fluido de perforación pueden detener toda la operación. Una presión excesiva causada por un lodo de perforación demasiado denso o pesado puede provocar una pérdida importante de circulación.
Los WBM se preparan generalmente con agua dulce, agua de mar o salmuera (saturada o de formiato), además de arcillas naturales y polímeros. Los OBM y SBM son sistemas de emulsión inversa cuya fase continua (externa) es una base de aceite (diésel, aceite mineral) o sintética (olefinas y parafinas), y cuya fase dispersa (interna) es una salmuera. La emulsión debe ser lo suficientemente estable como para resistir la incorporación de un flujo de agua en el fondo del pozo. Las emulsiones de aceite en agua (lodos de emulsión de aceite) son menos comunes que las de agua en aceite (lodos de emulsión inversa). La emulsificación ultrasónica funciona con ambos tipos de emulsión y consigue una buena estabilidad eléctrica de la fase interna de salmuera o agua.
Los reactores ultrasónicos Hielscher son mezcladores de cizallamiento por cavitación muy eficaces e intensos para su uso en producción. Generalmente, los reactores ultrasónicos se utilizan en línea para el procesamiento de una sola pasada con alta capacidad de procesamiento o para el procesamiento por lotes con recirculación.
Puede utilizar la mezcla ultrasónica para
- Fabricar aditivos
- Preparar mezclas maestras de alta concentración
- Mezclar fluidos de perforación o fluidos de empaque listos para usar
- Desgasificar lodos de perforación
- Desarrollar y formular mejores 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 las suspensiones líquidas de polímeros, se beneficia de la elevada capacidad de procesamiento y la flexibilidad de la mezcla por cizallamiento ultrasónico. La mezcla ultrasónica permite aprovechar todo el potencial de aditivos como los viscosificantes, los reductores de filtrado o los aditivos poliméricos. La cavitación ultrasónica hidrata los polvos rápida y completamente 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 intenso cizallamiento por cavitación. ¡Haga clic aquí para obtener más información sobre el MultiPhaseCavitator!
La mezcla ultrasónica mejora la transferencia de masa en las capas límite o en las partículas presentes en líquidos. Esto reduce el tiempo necesario para preparar salmueras o salmueras saturadas, por ejemplo, salmuera de cloruro de calcio, de bromuro de calcio, de bromuro de zinc o de formiato de potasio y cesio.
Mezclas maestras de arcillas o aditivos
Puede utilizar la mezcla por cizallamiento ultrasónico para preparar mezclas maestras de alta concentración o alta densidad (por ejemplo, de carbonato de calcio (creta), defloculantes o secuestrantes) antes de incorporarlas a la formulación final del lodo de perforación.
Producción de fluidos de perforación y fluidos de empaque
El rendimiento del lodo de perforación, en aspectos como la estabilidad de las lutitas, la viscosidad, la refrigeración o la lubricación, depende de muchos factores. La uniformidad y la constancia de la calidad son de suma importancia. La mezcla por cizallamiento ultrasónico es muy eficaz para obtener distribuciones uniformes del tamaño de partícula y, por tanto, una mayor estabilidad de las dispersiones y emulsiones. Esto evita la separación de fases o la sedimentación durante el almacenamiento, el transporte o la permanencia en los depósitos de lodo.
Actualmente, las especificaciones de los lodos de perforación cambian con frecuencia. Los reactores ultrasónicos Hielscher se adaptan fácilmente a los cambios en la formulación de los fluidos de perforación. Al pasar de la mezcla tradicional por lotes a la mezcla ultrasónica en línea de una sola pasada, puede producir distintos tipos de lodo de perforación con el mismo equipo ultrasónico. Esto ayuda a reducir las existencias y el tiempo de almacenamiento.
La dispersión de arcillas convencionales (por ejemplo, bentonita) y arcillas organófilas especialmente tratadas en fluidos produce geles y suspensiones muy viscosos, tixotrópicos o pseudoplásticos. Al someterlos a un elevado cizallamiento ultrasónico, la viscosidad disminuye hasta alcanzar un estado de flujo libre. Esto facilita la dispersión y la manipulación. Por este motivo, la sonicación es muy eficaz para mezclar suspensiones tixotrópicas y pseudoplásticas. La sonicación mejora la dispersión de las partículas / plaquetas de bentonita y sus características de gelificación. ¡Haga clic aquí para obtener más información sobre la dispersión ultrasónica de bentonita!
Dispersión ultrasónica de bentonita (realizada con el mezclador ultrasónico UIP2000hdT)
Los modificadores reológicos, espesantes y estabilizantes (por ejemplo, gomas, glicol, carboximetilcelulosa, celulosa polianiónica (PAC) o almidón) requieren una buena dispersión para alcanzar su máxima eficacia. ¡Haga clic aquí para obtener más información sobre la dispersión ultrasónica de espesantes, como la goma xantana y la goma guar!
Los agentes densificantes, como el sulfito de bario (barita), no deben separarse del lodo durante el almacenamiento, el transporte o la perforación. Según la ley de Stokes, las partículas más pequeñas sedimentan más lentamente o no sedimentan en absoluto. La dispersión ultrasónica evita la formación de aglomerados de mayor tamaño que pueden desestabilizar la dispersión. Dispersar un sistema puede aumentar su tolerancia a los sólidos, lo que permite elevar su densidad hasta 20 lb/galón (US) o 2,4 g/cm3.
Desgasificación del lodo de perforación
Durante la preparación de los lodos de perforación, la arcilla bentonítica en polvo y otros aditivos en polvo introducen una gran cantidad de aire en el lodo. Este gas queda atrapado en los sistemas líquidos y puede provocar separación y una pérdida de eficacia de los emulsionantes o estabilizantes. 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 elevado cizallamiento por cavitación ultrasónica reduce la viscosidad de los fluidos de perforación pseudoplásticos y tixotrópicos. Esto permite que las burbujas de aire asciendan más rápidamente, lo que mejora la separación del gas en los tanques separadores situados aguas abajo o durante la desgasificación al vacío. La desgasificación aumenta la densidad del lodo y reduce la viscosidad y los problemas de separación. Una menor cantidad de burbujas de gas reduce el uso de emulsionantes, estabilizantes, tensioactivos o agentes dispersantes. Esto reduce el coste por barril. La reducción del contenido de gas también puede limitar el crecimiento microbiano aerobio.
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 formulaciones de lodos de perforación
Las nuevas normativas restringen la cantidad de determinados productos químicos que pueden utilizarse en los lodos para minimizar el impacto ambiental. Esto exige adaptar las formulaciones al nuevo marco normativo. La ultrasonicación puede ayudarle a maximizar el rendimiento de los componentes del lodo de perforación, lo que permite utilizar menos materiales y de menor coste. Hielscher ofrece ensayos de formulaciones de lodos de perforación en nuestro laboratorio, incluidas mediciones de viscosidad cinemática a diversas temperaturas, con y sin cizallamiento.
Diseño robusto para uso industrial intensivo
Los reactores ultrasónicos Hielscher pueden procesar partículas o aglomerados de mayor tamaño y abrasivos. Por tanto, puede partir de una suspensión bombeable con aglomerados o de los componentes del lodo de perforación. Al mezclar polvos y partículas con el fluido, las sondas ultrasónicas presentan mucho menos desgaste por abrasión que los mezcladores de rotor-estátor o los homogeneizadores de alta presión. Las sondas ultrasónicas Hielscher están fabricadas en titanio de grado 5 para ofrecer una mayor 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 sellos rotativos ni rodamientos. Los mezcladores ultrasónicos Hielscher son equipos industriales para uso intensivo –en tierra y en plataformas marinas–. Generalmente, los reactores ultrasónicos se orientan verticalmente para ocupar poco espacio.
El uso de la mezcla ultrasónica en la industria del petróleo y el gas se extiende mucho más allá de los lodos de perforación.
- Desgasificación de efluentes y fluidos de proceso
- Mezcla con secuestrantes (por ejemplo, secuestrantes de H2S) o productos químicos protectores, como inhibidores de incrustaciones y corrosión
- Reducir los tiempos de fraguado del cemento para una cementación más rápida
- Preparación ultrasónica de salmuera saturada o salmuera de formiato
- Reducir la actividad bacteriana en los lodos de perforación
- Procesamiento del petróleo aguas abajo, por ejemplo, desulfuración
- Preparación de muestras de petróleo y sedimentos
Bibliografía / 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.