میکسرهای فراصوتی برای گل‌های حفاری و سیالات پکر
سیال حفاری (گل حفاری) برای تسهیل حفاری چاه‌های نفت، چاه‌های گاز طبیعی، چاه‌های اکتشافی (چاه‌های اکتشافی در مناطق ناشناخته) یا چاه‌های آب به کار می‌رود. راکتورهای فراصوتی فناوری مؤثری برای اختلاط، پراکنده‌سازی، امولسیون‌سازی و گاززدایی گل پایه‌آبی (WBM، آبی)، گل پایه‌روغنی (OBM، غیرآبی) یا گل پایه‌سنتزی (SBM) هستند.
فرمولاسیون و ثبات کیفیت گل حفاری از عوامل کلیدی در عملیات حفاری امروزی است. ترکیب و ویژگی‌های گل بر پایداری دیوارهٔ چاه، روان‌کاری، خنک‌کاری و نرخ نفوذ حفاری تأثیر می‌گذارند. حتی مشکلات کوچک در سیال حفاری می‌توانند کل عملیات حفاری را متوقف کنند. فشار بیش‌ازحد ناشی از گل حفاری با چگالی یا وزن بسیار بالا ممکن است موجب هرزروی قابل‌توجه سیال حفاری شود.
گل‌های پایه‌آبی معمولاً از آب شیرین، آب دریا یا آب‌نمک (اشباع یا فرمات) و رس‌ها و پلیمرهای طبیعی ساخته می‌شوند. OBM و SBM سامانه‌های امولسیون معکوس هستند که در آن‌ها پایهٔ روغنی (گازوئیل، روغن معدنی) یا پایهٔ سنتزی (اولفین‌ها و پارافین‌ها) فاز پیوسته (خارجی) و آب‌نمک فاز پراکنده (داخلی) را تشکیل می‌دهد. امولسیون باید به‌اندازه‌ای پایدار باشد که ورود جریان آب درون‌چاهی را تحمل کند. امولسیون‌های روغن در آب (گل‌های امولسیونی روغن) نسبت به امولسیون‌های آب در روغن (گل‌های امولسیونی معکوس روغن) کاربرد کمتری دارند. امولسیون‌سازی فراصوتی برای هر دو نوع امولسیون کارایی دارد و پایداری الکتریکی خوبی برای فاز داخلی آب‌نمک یا آب ایجاد می‌کند.
راکتورهای فراصوتی Hielscher میکسرهای برشی کاویتاسیونی بسیار مؤثری با شدت بالا برای کاربردهای تولیدی هستند. این راکتورها معمولاً به‌صورت درون‌خطی برای پردازش تک‌گذری با ظرفیت بالا یا پردازش ناپیوسته همراه با بازگردش به کار می‌روند.
می‌توانید از اختلاط فراصوتی برای موارد زیر استفاده کنید:
- تولید افزودنی‌ها
- تهیهٔ مستربچ‌های با غلظت بالا
- اختلاط سیالات حفاری یا سیالات پکر آمادهٔ مصرف
- گاززدایی گل‌های حفاری
- توسعه و فرمولاسیون گل‌های حفاری بهتر
MultiSonoReactor MSR-4 یک هموژنایزر صنعتی درون‌خطی مناسب برای تولید صنعتی گل‌های حفاری است. فراصوت‌دهی برای پراکنده‌سازی و گاززدایی سیالات حفاری به کار می‌رود.
تولید افزودنی‌های گل حفاری
تولید مواد شیمیایی و افزودنی‌هایی مانند دوغاب‌های پلیمری مایع از ظرفیت پردازش بالا و انعطاف‌پذیری اختلاط برشی فراصوتی بهره می‌برد. اختلاط فراصوتی تمام ظرفیت عملکردی افزودنی‌هایی مانند افزایش‌دهنده‌های گرانروی، کاهش‌دهنده‌های صافاب یا افزودنی‌های پلیمری را به کار می‌گیرد. کاویتاسیون فراصوتی در حین اختلاط گل حفاری، پودرها را به‌سرعت و به‌طور کامل آب‌پوشی می‌کند.
برای اختلاط امولسیون‌های مایع/مایع، MultiPhaseCavitator شرکت Hielscher اختلاط درون‌خطی دو فاز را در ناحیهٔ برش شدید کاویتاسیونی بهبود می‌دهد. برای اطلاعات بیشتر دربارهٔ MultiPhaseCavitator، لطفاً اینجا کلیک کنید!
اختلاط فراصوتی انتقال جرم را در لایه‌های مرزی یا ذرات موجود در مایعات بهبود می‌دهد. این امر زمان لازم برای تهیهٔ آب‌نمک‌ها یا آب‌نمک‌های اشباع، مانند آب‌نمک کلرید کلسیم، آب‌نمک برومید کلسیم، آب‌نمک برومید روی یا آب‌نمک فرمات پتاسیم و سزیم را کاهش می‌دهد.
مستربچ‌های رس یا افزودنی‌ها
می‌توانید از اختلاط برشی فراصوتی برای تهیهٔ مستربچ‌هایی با غلظت یا چگالی بالا (برای مثال از کربنات کلسیم (گچ فرنگی)، لخته‌زداها یا مواد جاذب ترکیبات ناخواسته) استفاده کنید و سپس آن‌ها را به فرمولاسیون نهایی گل حفاری بیفزایید.
تولید سیالات حفاری و سیالات پکر
عملکرد گل حفاری، از جمله پایداری شیل، گرانروی، خنک‌کاری یا روان‌کاری، به عوامل متعددی بستگی دارد. یکنواختی و ثبات کیفیت از بیشترین اهمیت برخوردارند. اختلاط برشی فراصوتی در ایجاد توزیع یکنواخت اندازهٔ ذرات و در نتیجه پایداری بهتر پراکنه و امولسیون بسیار مؤثر است. این امر از جدایش فازها یا ته‌نشینی در طول انبارش، حمل‌ونقل یا هنگام نگهداری در مخازن گل جلوگیری می‌کند.
امروزه مشخصات گل حفاری مرتباً تغییر می‌کند. راکتورهای فراصوتی Hielscher قابلیت انطباق بسیار خوبی با تغییرات فرمولاسیون سیال حفاری دارند. با تغییر از اختلاط ناپیوستهٔ سنتی به اختلاط فراصوتی درون‌خطی تک‌گذری، می‌توانید انواع مختلف گل حفاری را با همان دستگاه فراصوتی تولید کنید. این امر به کاهش موجودی انبار و مدت نگهداری در انبار کمک می‌کند.
پراکنده‌سازی رس‌های متداول (مانند بنتونیت) و رس‌های آلی‌دوست با فرآوری ویژه در سیالات، ژل‌ها و دوغاب‌هایی با گرانروی بسیار بالا، تیکسوتروپ یا رقیق‌شونده بر اثر برش تولید می‌کند. هنگام قرارگیری در معرض برش شدید فراصوتی، گرانروی تا حدی کاهش می‌یابد که ماده به‌آسانی جریان پیدا می‌کند. این امر پراکنده‌سازی و جابه‌جایی را تسهیل می‌کند. به همین دلیل، فراصوت‌دهی برای اختلاط دوغاب‌های تیکسوتروپ و رقیق‌شونده بر اثر برش بسیار مؤثر است. فراصوت‌دهی موجب پراکندگی بهتر ذرات / پلاکت‌های بنتونیت و بهبود ویژگی‌های ژل‌شدن می‌شود. برای اطلاعات بیشتر دربارهٔ پراکنده‌سازی فراصوتی بنتونیت، لطفاً اینجا کلیک کنید!
پراکنده‌سازی فراصوتی بنتونیت (انجام‌شده با میکسر فراصوتی UIP2000hdT)
اصلاح‌کننده‌های رئولوژی، غلیظ‌کننده‌ها و پایدارکننده‌ها (مانند صمغ‌ها، گلیکول، کربوکسی‌متیل‌سلولز، سلولز پلی‌آنیونی (PAC) یا نشاسته) برای دستیابی به حداکثر اثربخشی به پراکنده‌سازی مناسب نیاز دارند. برای اطلاعات بیشتر دربارهٔ پراکنده‌سازی فراصوتی غلیظ‌کننده‌هایی مانند صمغ زانتان و صمغ گوار، لطفاً اینجا کلیک کنید!
مواد وزن‌افزا، مانند سولفیت باریم (باریت)، نباید هنگام انبارش، حمل‌ونقل یا حفاری از گل جدا شوند. مطابق قانون استوکس، ذرات کوچک‌تر آهسته‌تر ته‌نشین می‌شوند یا اصلاً ته‌نشین نمی‌شوند. پراکنده‌سازی فراصوتی از تشکیل کلوخه‌های بزرگ‌تر که می‌توانند باعث ناپایداری پراکنه شوند، جلوگیری می‌کند. پراکنده‌سازی یک سامانه می‌تواند تحمل آن را در برابر مواد جامد افزایش دهد و افزایش وزن گل تا 20 lb/gallon (US) یا 2٫4g/cm را امکان‌پذیر کند.3.
گاززدایی گل حفاری
هنگام تهیهٔ گل‌های حفاری، پودر رس بنتونیت و سایر پودرهای افزودنی مقدار زیادی هوا وارد گل حفاری می‌کنند. این گاز در سامانه‌های مایع به دام می‌افتد و ممکن است موجب جدایش و افت عملکرد امولسیون‌کننده یا پایدارکننده شود. تراکم‌های مکرر (چرخه‌های پرفشار) و انبساط‌ها (چرخه‌های کم‌فشار) طی فراصوت‌دهی به گازهای محلول امکان می‌دهند جابه‌جا شوند و ریزحباب‌های کوچکی تشکیل دهند. سپس امواج فراصوت ریزحباب‌های گاز را وادار به هم‌آمیزی می‌کنند. برش شدید کاویتاسیونی ناشی از فراصوت، گرانروی سیالات حفاری رقیق‌شونده بر اثر برش و تیکسوتروپ را کاهش می‌دهد. این امر باعث می‌شود حباب‌های هوا سریع‌تر بالا بیایند و جداسازی گاز در مخازن جداکنندهٔ پایین‌دست یا گاززدایی تحت خلأ بهتر انجام شود. گاززدایی وزن گل را افزایش می‌دهد و گرانروی و مشکلات جدایش را کاهش می‌دهد. کاهش تعداد حباب‌های گاز، مصرف امولسیون‌کننده‌ها، پایدارکننده‌ها، مواد فعال سطحی یا عوامل پراکنده‌ساز را کم می‌کند. این امر هزینهٔ هر بشکه را کاهش می‌دهد. کاهش محتوای گاز همچنین می‌تواند رشد میکروبی هوازی را مهار کند.
گل حفاری پایه‌آبی پیش و پس از گاززدایی فراصوتی با UIP1000hd
پژوهش و تصویر از Amani et al. 2016
توسعه و انطباق فرمولاسیون گل حفاری
مقررات جدید برای به‌حداقل‌رساندن اثرات زیست‌محیطی، مقدار برخی مواد شیمیایی قابل‌استفاده در گل‌ها را محدود می‌کنند. این امر مستلزم انطباق فرمولاسیون‌ها با چارچوب مقرراتی جدید است. فراصوت‌دهی می‌تواند به شما کمک کند عملکرد اجزای گل حفاری را به حداکثر برسانید تا بتوانید از مقدار کمتری مواد و مواد کم‌هزینه‌تر استفاده کنید. Hielscher آزمایش فرمولاسیون گل حفاری را در آزمایشگاه خود ارائه می‌دهد. این خدمات شامل اندازه‌گیری گرانروی سینماتیکی در دماهای مختلف، با و بدون اعمال برش است.
طراحی مقاوم برای کار سنگین صنعتی
راکتورهای فراصوتی Hielscher می‌توانند ذرات یا کلوخه‌های درشت‌تر و ساینده را پردازش کنند. بنابراین می‌توانید کار را با یک دوغاب قابل‌پمپاژ حاوی کلوخه یا با اجزای گل حفاری آغاز کنید. هنگام اختلاط پودرها و ذرات در سیال، پروب‌های فراصوتی در مقایسه با میکسرهای روتور–استاتور یا هموژنایزرهای فشاربالا، فرسایش سایشی بسیار کمتری دارند. پروب‌های فراصوتی Hielscher از تیتانیوم گرید 5 ساخته می‌شوند تا مقاومت بیشتری در برابر خوردگی داشته باشند؛ برای مثال هنگامی که در گل‌های پایه‌آبی به‌جای آب شیرین از آب دریا استفاده می‌شود. راکتورهای فراصوتی هیچ آب‌بند چرخشی یا یاتاقانی ندارند. میکسرهای فراصوتی Hielscher دارای کیفیت صنعتی برای کاربری سنگین هستند – در خشکی و فراساحل (سکوی حفاری). این راکتورها معمولاً به‌صورت عمودی قرار می‌گیرند تا فضای کمتری از سطح زمین را اشغال کنند.
کاربرد اختلاط فراصوتی در صنعت نفت و گاز بسیار فراتر از گل‌های حفاری است.
- گاززدایی پساب‌ها و سیالات فرایندی
- اختلاط با مواد جاذب ترکیبات ناخواسته (مانند جاذب‌های H2S) یا مواد شیمیایی محافظ، مانند بازدارنده‌های رسوب و خوردگی
- کاهش زمان گیرش سیمان برای سیمان‌کاری سریع‌تر
- تهیهٔ فراصوتی آب‌نمک اشباع یا آب‌نمک فرمات
- کاهش فعالیت باکتریایی در گل‌های حفاری
- فرآوری پایین‌دستی نفت، مانند گوگردزدایی
- آماده‌سازی نمونه‌های نفت و رسوب
منابع علمی / مراجع
- 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.