Mélangeurs à ultrasons pour les boues de forage et les fluides de packer
Le fluide de forage (boue de forage) est utilisé pour faciliter le forage de puits de pétrole, de gaz naturel, d’exploration (puits de reconnaissance) ou 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, aqueuses), des boues à base d’huile (OBM, non aqueuses) ou des boues à base synthétique (SBM).
La formulation et la constance de la qualité des boues de forage sont des facteurs essentiels dans les opérations de forage actuelles. La composition et les caractéristiques de la boue influencent la stabilité du trou de forage, la lubrification, le refroidissement et la vitesse de pénétration du forage. Même des problèmes mineurs liés au 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 importante de circulation.
Les WBM sont généralement constituées d’eau douce, d’eau de mer ou de saumure (saturée ou à base de formiate), ainsi que d’argiles naturelles et de polymères. Les OBM et les SBM sont des systèmes à émulsion inverse dont la phase continue (externe) est une base huileuse (gazole, huile minérale) ou synthétique (oléfines et paraffines), et dont la phase dispersée (interne) est une saumure. L’émulsion doit être suffisamment stable pour résister à l’apport d’eau en fond de puits. Les émulsions d’huile dans l’eau (boues à émulsion d’huile) sont moins courantes que les émulsions d’eau dans l’huile (boues à émulsion inverse d’huile). L’émulsification par ultrasons convient aux deux types d’émulsions 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 intense, très efficaces pour la production. Ils sont généralement utilisés en ligne pour un traitement à haute capacité en un seul passage ou pour un traitement par lots avec recirculation.
Vous pouvez utiliser le mélange par ultrasons pour
- Fabriquer des additifs
- Préparer des mélanges maîtres fortement concentrés
- Mélanger des fluides de forage ou des fluides de packer prêts à l’emploi
- Dégazer les boues de forage
- Développer et formuler des boues de forage plus performantes
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 les boues de forage
La fabrication de produits chimiques et d’additifs, tels que les suspensions liquides de polymères, bénéficie de la capacité de traitement élevée et de la souplesse du mélange par cisaillement ultrasonore. Le mélange par ultrasons permet d’exploiter pleinement le potentiel des additifs, tels que les viscosifiants, les réducteurs de filtrat ou les additifs polymères. La cavitation ultrasonore 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 en savoir plus sur le MultiPhaseCavitator, cliquez ici !
Le mélange par ultrasons améliore le transfert de matière au niveau des couches limites ou des particules présentes dans les liquides. Cela réduit le temps nécessaire à la préparation de saumures ou de saumures saturées, par exemple des saumures de chlorure de calcium, de bromure de calcium, de bromure de zinc ou de formiate de potassium et de césium.
Mélanges maîtres d’argiles ou d’additifs
Vous pouvez utiliser le mélange par cisaillement ultrasonore pour préparer des mélanges maîtres à forte concentration ou à forte densité (par exemple de carbonate de calcium (craie), de défloculants ou d’agents de piégeage) avant de les ajouter à la formulation finale de la boue de forage.
Production de fluides de forage et de fluides de packer
Les performances des boues de forage, notamment la stabilité des schistes, la viscosité, le refroidissement ou la lubrification, dépendent de nombreux facteurs. L’uniformité et la constance de la qualité sont primordiales. Le mélange par cisaillement ultrasonore permet très efficacement d’obtenir des distributions granulométriques uniformes et, par conséquent, une meilleure stabilité des dispersions et des émulsions. Cela évite la séparation des phases ou la sédimentation pendant le stockage, le transport ou le séjour dans les bassins à boue.
Aujourd’hui, les spécifications des boues de forage changent fréquemment. Les réacteurs à ultrasons Hielscher s’adaptent très facilement aux modifications de formulation des fluides de forage. En passant du mélange traditionnel par lots au mélange par ultrasons en ligne en un seul passage, vous pouvez fabriquer différents types de boues de forage avec la même machine à ultrasons. Cela contribue à réduire les stocks et la durée de stockage.
La dispersion d’argiles conventionnelles (par exemple la bentonite) et d’argiles organophiles spécialement traitées dans des fluides produit des gels et des suspensions très visqueux, thixotropes ou rhéofluidifiants. Sous l’effet d’un cisaillement ultrasonore élevé, leur viscosité diminue jusqu’à leur permettre de s’écouler librement. Cela facilite la dispersion et la manipulation. Pour cette raison, la sonication est très efficace pour mélanger les suspensions thixotropes et rhéofluidifiantes. La sonication permet une meilleure dispersion des particules / plaquettes de bentonite et améliore les propriétés de gélification. Pour en savoir plus sur la dispersion de la bentonite par ultrasons, cliquez ici !
Dispersion de bentonite par ultrasons (réalisée avec le mélangeur à ultrasons 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 atteindre leur efficacité maximale. Pour en savoir plus sur la dispersion par ultrasons des épaississants, tels que la gomme xanthane et la gomme de guar, cliquez ici !
Les agents alourdissants, tels que 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 particules plus petites sédimentent plus lentement, voire pas du tout. La dispersion par ultrasons évite la formation d’agglomérats plus gros, qui peuvent entraîner une instabilité de la dispersion. La dispersion d’un système peut accroître sa tolérance aux solides, ce qui permet d’augmenter sa masse volumique jusqu’à 20 lb/gallon (US) ou 2,4g/cm3.
Dégazage de la boue de forage
Lors de la préparation des boues de forage, la poudre d’argile bentonitique et les autres additifs en poudre introduisent une grande quantité d’air dans la boue. Ce gaz est piégé dans les systèmes liquides et peut provoquer une séparation ainsi qu’une baisse des performances des émulsifiants ou des stabilisants. Les compressions répétées (cycles à haute pression) et les raréfactions (cycles à basse pression) pendant la sonication permettent aux gaz dissous de migrer et de former de petites microbulles. Les ondes ultrasonores provoquent ensuite la coalescence de ces microbulles de gaz. Le cisaillement cavitationnel intense produit par les ultrasons réduit la viscosité des fluides de forage rhéofluidifiants et thixotropes. Cela permet aux bulles d’air de remonter plus rapidement et améliore la séparation des gaz dans les cuves de séparation en aval ou lors du dégazage sous vide. Le dégazage augmente la masse volumique de la boue, réduit sa viscosité et atténue les problèmes de séparation. La diminution du nombre de bulles de gaz réduit les quantités nécessaires d’émulsifiants, de stabilisants, de tensioactifs 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 l’UIP1000hd
Étude et image : Amani et al. 2016
Développement et adaptation des formulations de boues de forage
De nouvelles réglementations limitent les quantités de certains produits chimiques pouvant être utilisés dans les boues afin de minimiser leur impact environnemental. Cela impose d’adapter les formulations au nouveau cadre réglementaire. La sonication peut vous aider à maximiser les performances des composants des boues de forage, afin d’utiliser des matériaux en moindre quantité et à moindre coût. Hielscher propose des essais de formulation de boues de forage dans son laboratoire, notamment des mesures de 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 de plus grande taille et abrasifs. Vous pouvez donc partir d’une suspension pompable contenant des agglomérats ou de composants de boue de forage. Lors du mélange de poudres et de particules dans le fluide, les sondes à ultrasons présentent une usure par abrasion bien moindre que les mélangeurs rotor-stator ou les homogénéisateurs à haute pression. Les sondes à ultrasons Hielscher sont fabriquées en titane de grade 5 pour une meilleure résistance à la corrosion, par exemple lorsque les WBM utilisent de l’eau de mer à la place de l’eau douce. Les réacteurs à ultrasons ne comportent ni joints tournants ni roulements. Les mélangeurs à ultrasons Hielscher sont de qualité industrielle et conçus pour une utilisation intensive – à terre et en mer (plateforme de forage). Les réacteurs à ultrasons sont généralement disposés verticalement pour réduire leur encombrement au sol.
L’utilisation du mélange par ultrasons dans l’industrie pétrolière et gazière dépasse largement le cadre des boues de forage.
- Dégazage des effluents et des fluides de procédé
- Mélange avec des agents de piégeage (par exemple des agents de piégeage du H2S) ou des produits chimiques de protection, tels que les inhibiteurs d’entartrage et de corrosion
- Réduire les temps de prise du ciment pour une cimentation plus rapide
- Préparation par ultrasons de saumures saturées ou de saumures de formiate
- Réduire l’activité bactérienne dans les boues de forage
- Traitement du pétrole en aval, par exemple la désulfuration
- Préparation d’échantillons de pétrole et de sédiments
Bibliographie / 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.