Mélangeurs ultrasoniques pour boues de forage et fluides de garnissage
Le fluide de forage (boue de forage) est utilisé pour faciliter le forage de puits de pétrole, de puits de gaz naturel, de puits d'exploration (puits sauvages) ou de puits d'eau. Les réacteurs à ultrasons constituent une technologie efficace pour le mélange, la dispersion, l'émulsification et le dégazage des boues à base d'eau (WBM, aqueuse), des boues à base de pétrole (OBM, non aqueuse) ou des boues à base de produits synthétiques (SBM).
La formulation et la qualité constante des boues de forage sont un facteur clé dans les opérations de forage d'aujourd'hui. La composition et les caractéristiques de la boue influencent la stabilité du puits, la lubrification, le refroidissement et le taux de pénétration du forage. Même de petits problèmes avec le fluide de forage peuvent interrompre toute l'opération de forage. Une pression excessive résultant d'une boue de forage trop dense ou trop lourde peut entraîner une perte de circulation importante.
Les WBM sont généralement composés d'eau douce, d'eau de mer ou de saumure (saturée ou de formiate), d'argiles naturelles et de polymères. Les OBM et SBM sont des systèmes d'émulsion inversée dont la base pétrolière (diesel, huile minérale) ou synthétique (oléfines et paraffines) constitue la phase continue (externe) et la saumure la phase dispersée (interne). L'émulsion doit être suffisamment stable pour résister à l'ajout d'eau en fond de puits. Moins courantes que l'eau dans l'huile (boues d'émulsion d'huile inversée) sont les boues d'émulsion d'huile dans l'eau (boues d'émulsion d'huile). L'émulsification par ultrasons fonctionne pour les deux types d'émulsion et permet d'obtenir une bonne stabilité électrique de la phase interne de saumure ou d'eau.
Les réacteurs à ultrasons Hielscher sont des mélangeurs à cisaillement cavitationnel très efficaces et intenses destinés à la production. En général, les réacteurs à ultrasons sont utilisés en ligne pour un traitement à haut débit en un seul passage ou pour un traitement par lots en recirculation.
Vous pouvez utiliser le mélange par ultrasons pour
- Fabrication d'additifs
- Préparer des mélanges maîtres à haute concentration
- Mélanger des fluides de forage prêts à l'emploi ou des fluides d'obturation
- Dégazage des boues de forage
- Développer et formuler de meilleures boues de forage
Le MultiSonoReactor MSR-4 est un homogénéisateur industriel en ligne adapté à la production industrielle de boues de forage. La sonication est utilisée pour la dispersion et le dégazage des fluides de forage.
Fabrication d'additifs pour boues de forage
La fabrication de produits chimiques et d'additifs, tels que les boues polymères liquides, bénéficie de la capacité de traitement élevée et de la flexibilité du mélange par cisaillement ultrasonique. Le mélange par ultrasons libère tout le potentiel des additifs, tels que les viscosifiants, les réducteurs de filtrat ou les additifs pour polymères. La cavitation ultrasonique hydrate les poudres rapidement et complètement pendant le mélange des boues de forage.
Pour le mélange d'émulsions liquide/liquide, le Hielscher MultiPhaseCavitator améliore le mélange en ligne de deux phases dans la zone de cisaillement cavitationnel intense. Pour plus d'informations sur le MultiPhaseCavitator, cliquez ici !
Le mélange par ultrasons améliore le transfert de masse au niveau des couches limites ou des particules dans les liquides. Cela réduit le temps nécessaire à la préparation des saumures ou des saumures saturées, par exemple la saumure de chlorure de calcium, la saumure de bromure de calcium, la saumure de bromure de zinc ou la saumure de formiate de potassium et de césium.
Mélanges maîtres d'argiles ou d'additifs
Vous pouvez utiliser le mélange par cisaillement ultrasonique pour fabriquer des mélanges maîtres à haute concentration ou à haute densité (par exemple de carbonate de calcium (craie), de défloculants ou d'épurateurs) avant de les ajouter à la formulation finale de la boue de forage.
Production de fluides de forage et de fluides d'obturation
Les performances des boues de forage, telles que la stabilité des schistes, la viscosité, le refroidissement ou la lubrification, dépendent de nombreux facteurs. L'uniformité et la constance de la qualité sont de la plus haute importance. Le mélange par cisaillement ultrasonique est très efficace pour obtenir des distributions granulométriques uniformes et donc une meilleure stabilité de la dispersion et de l'émulsion. Cela permet d'éviter la séparation des phases ou la décantation pendant le stockage, le transport ou dans les puits de boue.
Aujourd'hui, les spécifications des boues de forage changent fréquemment. Les réacteurs à ultrasons Hielscher s'adaptent très bien aux changements de formulation des boues de forage. En passant du mélange traditionnel par lots au mélange ultrasonique en ligne à un seul passage, vous pouvez produire différents types de boues de forage sur la même machine à ultrasons. Cela permet de réduire les stocks et le temps de stockage en rayon.
La dispersion d'argiles conventionnelles (par exemple la bentonite) et d'argiles organophiles spécialement traitées dans des fluides produit des gels et des boues très visqueux, thixotropes ou à cisaillement mince. Lorsqu'ils sont exposés à un cisaillement ultrasonique élevé, la viscosité diminue jusqu'à l'état d'écoulement libre. Cela facilite la dispersion et la manipulation. C'est pourquoi la sonication est très efficace pour mélanger les boues thixotropes et les boues à cisaillement. La sonication permet une meilleure dispersion des particules/plaquettes de bentonite et améliore les caractéristiques de gélification. Pour plus d'informations sur la dispersion ultrasonique de la bentonite, cliquez ici !
Dispersion ultrasonique de la bentonite (réalisée avec le mélangeur ultrasonique UIP2000hdT)
Les modificateurs rhéologiques, les épaississants et les stabilisants (par exemple les gommes, le glycol, la carboxyméthylcellulose, la cellulose polyanionique (PAC) ou l'amidon) nécessitent une bonne dispersion pour une efficacité maximale. Pour plus d'informations sur la dispersion ultrasonique des épaississants, tels que la gomme xanthane et la gomme guar, cliquez ici !
Les agents de pondération, comme le sulfite de baryum (barytine), ne doivent pas se séparer de la boue pendant le stockage, le transport ou le forage. Conformément à la loi de Stokes, les petites particules sédimentent plus lentement ou ne sédimentent pas du tout. La dispersion par ultrasons permet d'éviter la formation d'agglomérats plus importants, qui peuvent entraîner une instabilité de la dispersion. La dispersion d'un système peut augmenter sa tolérance aux solides, ce qui permet de peser jusqu'à 20 lb/gallon (US) ou 2,4 g/cm3.
Dégazage de la boue de forage
Lors de la préparation des boues de forage, la poudre d'argile bentonite et d'autres poudres d'additifs introduisent beaucoup d'air dans la boue de forage. Ce gaz est piégé dans les systèmes liquides et peut provoquer une séparation et une perte de performance de l'émulsifiant ou du stabilisateur. Les compressions répétées (cycles à haute pression) et les raréfactions (cycles à basse pression) pendant l'ultrasonication permettent aux gaz dissous de migrer et de former de petites microbulles. Les ondes ultrasoniques forcent ensuite les microbulles de gaz à coalescer. Le cisaillement cavitationnel élevé des ultrasons réduit la viscosité des fluides de forage thixotropes et à faible teneur en cisaillement. Les bulles d'air peuvent ainsi remonter plus rapidement. Cela permet une meilleure séparation des gaz dans les réservoirs séparateurs en aval ou un dégazage sous vide. Le dégazage augmente le poids de la boue, réduit la viscosité et les problèmes de séparation. Moins de bulles de gaz réduit l'utilisation d'émulsifiants, de stabilisants, de surfactants ou d'agents dispersants. Cela réduit le coût par baril. Une réduction de la teneur en gaz peut également freiner la croissance microbienne aérobie.
Boue de forage à base d'eau avant et après dégazage par ultrasons avec UIP1000hd
Étude et illustration par Amani et al. 2016
Développement et adaptation de la formulation des boues de forage
De nouvelles réglementations limitent la quantité de certains produits chimiques à utiliser dans les boues afin de minimiser l'impact sur l'environnement. Il est donc nécessaire d'adapter les formulations au nouveau cadre réglementaire. L'ultrasonication peut vous aider à maximiser les performances des composants des boues de forage, afin que vous puissiez utiliser moins de matériaux et à moindre coût. Hielscher propose des tests de formulation des boues de forage dans son laboratoire. Y compris des mesures de la viscosité cinématique à différentes températures avec et sans cisaillement.
Conception robuste pour une utilisation industrielle
Les réacteurs à ultrasons Hielscher peuvent traiter des particules ou des agglomérats plus grands et abrasifs. Vous pouvez donc commencer avec une boue pompable agglomérée ou des composants de boue de forage. Lors du mélange de poudres et de particules dans le fluide, les sondes ultrasoniques présentent une usure par abrasion beaucoup plus faible que les mélangeurs rotor-stator ou les homogénéisateurs à haute pression. Les sondes ultrasoniques Hielscher sont fabriquées en titane de grade 5 pour une meilleure résistance à la corrosion, par exemple lorsque de l'eau de mer est utilisée dans les WBM à la place de l'eau douce. Les réacteurs à ultrasons n'ont pas de joints rotatifs ni de roulements. Les mélangeurs à ultrasons Hielscher sont de qualité industrielle pour une utilisation intensive. – sur terre et en mer (plate-forme). En général, les réacteurs à ultrasons sont orientés verticalement pour un faible encombrement.
L'utilisation du mélange ultrasonique dans l'industrie du pétrole et du gaz va bien au-delà des boues de forage.
- Dégazage des effluents et des fluides de procédé
- Mélange avec des piégeurs (p. ex. piégeurs de H2S) ou des produits chimiques de protection, tels que des inhibiteurs de tartre et de corrosion
- Réduire le temps de prise du ciment pour une cimentation plus rapide
- Préparation par ultrasons de saumure saturée ou de saumure de formiate
- Réduire l'activité bactérienne dans les boues de forage
- Traitement du pétrole en aval, par exemple désulfuration
- Préparation des échantillons de pétrole et de sédiments
Littérature / Références
- 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.