מערבלים אולטרסוניים לבוצות קידוח ולנוזלי פאקר
נוזל קידוח (בוץ קידוח) משמש לסיוע בקידוח בארות נפט, בארות גז טבעי, בארות חיפוש (בארות חיפוש באזורים שטרם הוכחו) או בארות מים. כורים אולטרסוניים הם טכנולוגיה יעילה לערבוב, לפיזור, לתחלוב ולסילוק גזים מבוץ על בסיס מים (WBM, מימי), מבוץ על בסיס שמן (OBM, לא מימי) או מבוץ על בסיס סינתטי (SBM).
הפורמולציה והאיכות העקבית של בוץ הקידוח הן גורם מרכזי בפעולות הקידוח כיום. הרכב הבוץ ותכונותיו משפיעים על יציבות קדח הבאר, על הסיכה, על הקירור ועל קצב החדירה בקידוח. אפילו בעיות קטנות בנוזל הקידוח עלולות לעצור את פעולת הקידוח כולה. לחץ מופרז הנובע מבוץ קידוח צפוף מדי או כבד מדי עלול לגרום לאובדן משמעותי של סחרור הנוזל.
בוצות WBM עשויות בדרך כלל ממים מתוקים, ממי ים או מתמלחת (רוויה או על בסיס פורמאט), וכן מחרסיות ומפולימרים טבעיים. בוצות OBM ו-SBM הן מערכות תחליב הפוך, שבהן בסיס שמן (סולר, שמן מינרלי) או בסיס סינתטי (אולפינים ופרפינים) משמש כפאזה הרציפה (החיצונית), ותמלחת משמשת כפאזה המפוזרת (הפנימית). התחליב צריך להיות יציב דיו כדי לעמוד בתוספת של זרימת מים במעמקי הבאר. תחליבי שמן במים (בוצות תחליב שמן) נפוצים פחות מתחליבי מים בשמן (בוצות תחליב שמן הפוך). תחלוב אולטרסוני מתאים לשני סוגי התחליבים ומשיג יציבות חשמלית טובה של הפאזה הפנימית של תמלחת או מים.
הכורים האולטרסוניים של Hielscher הם מערבלי גזירה קוויטציונית עוצמתיים ויעילים מאוד לשימוש בייצור. בדרך כלל, הכורים האולטרסוניים משמשים בקו הזרימה לעיבוד במעבר יחיד בתפוקה גבוהה או לעיבוד מנתי עם סחרור חוזר.
ניתן להשתמש בערבוב אולטרסוני כדי
- לייצר תוספים
- להכין תערובות אם בריכוז גבוה
- לערבב נוזלי קידוח או נוזלי פאקר מוכנים לשימוש
- לסלק גזים מבוצות קידוח
- לפתח בוצות קידוח טובות יותר ולהכין את הפורמולציות שלהן
MultiSonoReactor MSR-4 הוא הומוגנייזר תעשייתי בקו הזרימה, המתאים לייצור תעשייתי של בוצות קידוח. סוניקציה משמשת לפיזור ולסילוק גזים מנוזלי קידוח.
ייצור תוספים לבוץ קידוח
ייצור כימיקלים ותוספים, כגון תרחיפי פולימרים נוזליים, נהנה מכושר העיבוד הגבוה ומהגמישות של ערבוב בגזירה אולטרסונית. ערבוב אולטרסוני מממש את מלוא הפוטנציאל של תוספים, כגון חומרים להגדלת הצמיגות, חומרים להפחתת אובדן תסנין או תוספי פולימרים. קוויטציה אולטרסונית מביאה להידרציה מהירה ומלאה של אבקות במהלך ערבוב בוץ הקידוח.
בערבוב תחליבי נוזל/נוזל, Hielscher MultiPhaseCavitator משפר את הערבוב של שתי פאזות בקו הזרימה באזור הגזירה הקוויטציונית העוצמתית. למידע נוסף על MultiPhaseCavitator, לחצו כאן!
ערבוב אולטרסוני משפר את מעבר המסה בשכבות גבול או בחלקיקים בנוזלים. הדבר מקצר את הזמן הדרוש להכנת תמלחות או תמלחות רוויות, למשל תמלחת סידן כלורי, תמלחת סידן ברומי, תמלחת אבץ ברומי או תמלחת פורמאט של אשלגן וצסיום.
תערובות אם של חרסיות או תוספים
ניתן להשתמש בערבוב בגזירה אולטרסונית להכנת תערובות אם בריכוז גבוה או בצפיפות גבוהה (למשל של סידן פחמתי (גיר), חומרים מונעי פתיתה או חומרים לוכדים), לפני הוספתן לפורמולציה הסופית של בוץ הקידוח.
ייצור נוזלי קידוח ונוזלי פאקר
ביצועי בוץ הקידוח, כגון יציבות פצלים, צמיגות, קירור או סיכה, תלויים בגורמים רבים. לאחידות ולעקביות באיכות יש חשיבות עליונה. ערבוב בגזירה אולטרסונית יעיל מאוד ביצירת התפלגויות אחידות של גודל החלקיקים, ולכן גם בשיפור יציבות הפיזור והתחליב. הדבר מונע הפרדת פאזות או שקיעה במהלך אחסון, הובלה או שהייה במאגרי הבוץ.
כיום מפרטי בוץ הקידוח משתנים לעיתים קרובות. הכורים האולטרסוניים של Hielscher ניתנים להתאמה רבה לשינויים בפורמולציות של נוזלי קידוח. באמצעות מעבר מערבוב מנתי מסורתי לערבוב אולטרסוני בקו הזרימה במעבר יחיד, ניתן לייצר סוגים שונים של בוץ קידוח באותה מכונה אולטרסונית. הדבר מסייע להפחית מלאי ולקצר את זמן האחסון על המדף.
פיזור של חרסיות רגילות (למשל בנטוניט) ושל חרסיות אורגנופיליות שעברו טיפול מיוחד בתוך נוזלים יוצר ג'לים ותרחיפים בעלי צמיגות גבוהה, תיקסוטרופיים או בעלי צמיגות הפוחתת בגזירה. בחשיפה לגזירה אולטרסונית גבוהה, הצמיגות יורדת עד למצב המאפשר זרימה חופשית. הדבר מקל על הפיזור ועל הטיפול בחומר. מסיבה זו, סוניקציה יעילה מאוד לערבוב תרחיפים תיקסוטרופיים ותרחיפים שצמיגותם פוחתת בגזירה. סוניקציה מביאה לפיזור טוב יותר של חלקיקי / לוחיות הבנטוניט ולשיפור בתכונות יצירת הג'ל. למידע נוסף על פיזור אולטרסוני של בנטוניט, לחצו כאן!
פיזור אולטרסוני של בנטוניט (בוצע באמצעות המערבל האולטרסוני UIP2000hdT)
משני תכונות ראולוגיות, מסמיכים ומייצבים (למשל גומים, גליקול, קרבוקסימתילצלולוז, צלולוז פוליאניוני (PAC) או עמילן) דורשים פיזור טוב להשגת יעילות מרבית. למידע נוסף על פיזור אולטרסוני של מסמיכים, כגון קסנתן גאם וגואר גאם, לחצו כאן!
חומרים להגדלת משקל הבוץ, כגון בריום סולפיט (בריט), אינם אמורים להיפרד מהבוץ במהלך אחסון, הובלה או קידוח. בהתאם לחוק סטוקס, חלקיקים קטנים יותר שוקעים לאט יותר או אינם שוקעים כלל. פיזור אולטרסוני מונע היווצרות אגלומרטים גדולים יותר, העלולים לגרום לאי-יציבות הפיזור. פיזור מערכת יכול להגדיל את יכולתה להכיל מוצקים, וכך לאפשר להגדיל את משקלה ליחידת נפח עד ל-20 lb/gallon (US) או 2.4g/cm3.
סילוק גזים מבוץ הקידוח
בעת הכנת בוצות קידוח, אבקת חרסית בנטוניט ואבקות תוספים אחרות מכניסות כמות רבה של אוויר לבוץ הקידוח. גז זה נלכד במערכות הנוזל ועלול לגרום להפרדה ולירידה בביצועי המתחלב או המייצב. דחיסות חוזרות (מחזורי לחץ גבוה) והקלשות לחץ חוזרות (מחזורי לחץ נמוך) במהלך הסוניקציה מאפשרות לגזים מומסים לנדוד וליצור מיקרו-בועות קטנות. לאחר מכן, הגלים האולטרסוניים גורמים למיקרו-בועות הגז להתלכד. הגזירה הקוויטציונית האולטרסונית הגבוהה מפחיתה את הצמיגות של נוזלי קידוח תיקסוטרופיים ושל נוזלי קידוח שצמיגותם פוחתת בגזירה. הדבר מאפשר לבועות אוויר לעלות מהר יותר. כך מתקבלת הפרדת גז טובה יותר במכלי הפרדה בהמשך התהליך או בסילוק גזים בוואקום. סילוק גזים מגדיל את משקל הבוץ, מפחית את הצמיגות ומצמצם בעיות הפרדה. מספר קטן יותר של בועות גז מפחית את השימוש במתחלבים, במייצבים, בחומרים פעילי שטח או בחומרים מפזרים. הדבר מפחית את העלות לחבית. הפחתת תכולת הגז יכולה גם לרסן צמיחה של מיקרואורגניזמים אירוביים.
בוץ קידוח על בסיס מים לפני ואחרי סילוק גזים אולטרסוני באמצעות UIP1000hd
מחקר ותמונה מאת Amani ואחרים, 2016
פיתוח והתאמה של פורמולציות בוץ קידוח
תקנות חדשות מגבילות את כמותם של כימיקלים מסוימים המותרים לשימוש בבוצות, כדי למזער את ההשפעה הסביבתית. הדבר מחייב להתאים את הפורמולציות למסגרת הרגולטורית החדשה. סוניקציה יכולה לסייע לכם למקסם את ביצועי רכיבי בוץ הקידוח, כך שתוכלו להשתמש בכמויות קטנות יותר ובחומרים בעלות נמוכה יותר. Hielscher מציעה בדיקות של פורמולציות בוץ קידוח במעבדה שלנו. הבדיקות כוללות מדידות צמיגות קינמטית בטמפרטורות שונות, עם גזירה ובלעדיה.
תכנון לעומסי עבודה כבדים לשימוש תעשייתי
הכורים האולטרסוניים של Hielscher יכולים להתמודד עם חלקיקים או אגלומרטים גדולים יותר ושוחקים. לכן ניתן להתחיל בתרחיף המכיל אגלומרטים וניתן לשאיבה, או ברכיבי בוץ קידוח. בעת ערבוב אבקות וחלקיקים בתוך הנוזל, גשושיות אולטרסוניות מראות בלאי שחיקה נמוך בהרבה מזה של מערבלי רוטור-סטטור או הומוגנייזרים בלחץ גבוה. הגשושיות האולטרסוניות של Hielscher עשויות מטיטניום בדרגה 5 לשיפור העמידות בפני קורוזיה, למשל כאשר משתמשים במי ים בבוצות WBM במקום במים מתוקים. בכורים אולטרסוניים אין אטמים סיבוביים או מסבים. המערבלים האולטרסוניים של Hielscher הם ברמה תעשייתית לשימוש בעומסי עבודה כבדים – ביבשה ובים (באסדת קידוח). בדרך כלל, הכורים האולטרסוניים מותקנים בכיוון אנכי כדי לתפוס שטח רצפה קטן.
השימוש בערבוב אולטרסוני בתעשיית הנפט והגז משתרע הרבה מעבר לבוצות קידוח.
- סילוק גזים משפכים ומנוזלי תהליך
- ערבוב עם חומרים לוכדים (למשל לוכדי H2S) או עם כימיקלים מגינים, כגון מעכבי אבנית וקורוזיה
- קיצור זמני ההתקשרות של צמנט לצורך צימנוט מהיר יותר
- הכנה אולטרסונית של תמלחת רוויה או תמלחת פורמאט
- הפחתת הפעילות החיידקית בבוצות הקידוח
- עיבוד נפט במורד הזרם, למשל סילוק גופרית
- הכנת דגימות נפט ומשקעים
ספרות / מקורות
- 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.