अल्ट्रासोनिकेशन द्वारा स्वच्छ हैलाइड लवणजल
स्वच्छ हैलाइड लवणजल के सामान्य हैलाइड लवण और मिश्रण संघटन
| लवण | 20°C पर अधिकतम घनत्व (kg/m3) | 68°F पर अधिकतम घनत्व (lb/gal) |
|---|---|---|
| सोडियम क्लोराइड (NaCl) | 1200 | 10.0 |
| कैल्शियम क्लोराइड (CaCl2) | 1430 | 11.9 |
| सोडियम ब्रोमाइड (NaBr) | 1520 | 12.7 |
| कैल्शियम ब्रोमाइड (CaBr2) | 1700 | 14.2 |
| ज़िंक ब्रोमाइड (ZnBr2) | 2400 | 20.0 |
बीच के घनत्व मिश्रण बनाकर प्राप्त किए जाते हैं। CaBr2 और ZnBr2 का 60:40 द्रव्यमान अनुपात लगभग 2070 kg/m3 (17.3lb/gal) घनत्व देता है और साथ ही क्रिस्टलीकरण का तापमान 4°C (39°F) से नीचे रखता है।
प्रमुख कार्य-निष्पादन विशेषताएँ
- फ़िल्टर केक नहीं बनता: द्रवस्थैतिक दाब शीर्ष विलयन के वास्तविक घनत्व से प्राप्त होता है।
- मृत्तिका का अवरोधन: Ca2+ और Zn2+ शेल के फूलने और फैलाव को दबाते हैं।
- प्रकाशीय स्वच्छता: स्वच्छ हैलाइड लवणजल विश्वसनीय निस्यंदन, इनलाइन कण गणना और गामा-किरण ट्रैकिंग को संभव बनाते हैं।
तरल के डिज़ाइन संबंधी विचार
डिज़ाइन की शुरुआत लक्षित घनत्व से होती है, फिर क्रिस्टलीकरण से बचाव का अंतर, भूस्तर के साथ अनुकूलता और संक्षारण की जाँच की जाती है। ज़िंक-समृद्ध लवणजल सर्वाधिक घनत्व देते हैं, लेकिन इनके लिए उन्नत धातु सामग्री और अवरोधक पैकेज आवश्यक होते हैं।
हैलाइड लवणजल में मिश्रण और गुणवत्ता नियंत्रण
स्वच्छ हैलाइड लवणजल तैयार करते समय लवणों के घुलने की दर ठोस और द्रव की सीमा पर द्रव्यमान अंतरण से सीमित होती है। उच्च-शक्ति अल्ट्रासोनिकेशन महीन कणों को फैलाकर और विसरण परतों को तोड़कर बैच का समय कम करता है। कूप समापन ग्रेड के लवणजल को 1–2 µm कार्ट्रिज से गुज़ारा जाता है, ताकि आविलता 0.4 NTU से नीचे पहुँच सके।
स्वच्छ हैलाइड लवणजल के लिए उच्च-शक्ति अल्ट्रासोनिक प्रसंस्करण
कंपन करते सोनोट्रोड से उत्पन्न ध्वनिक कैविटेशन घुलने, गैस निष्कासन और योजकों के परिक्षेपण को बहुत तेज़ करता है। बुलबुलों के अंतःस्फोट सूक्ष्म जेट और आघाताग्र उत्पन्न करते हैं, जो लवण की सतहों को रगड़कर साफ़ करते हैं, कण-समुच्चयों को तोड़ते हैं और परिवेश के तापमान पर ताज़े तरल को सीमा परत के पार प्रवाहित करते हैं।
कार्य-निष्पादन में मापे गए सुधार
कैल्शियम-ब्रोमाइड लवणजल के 15m3 बैच (लक्षित घनत्व ≈ 1700 kg/m3 या 14.2lb/gal) के फ़ील्ड आँकड़े दिखाते हैं कि उच्च-शक्ति अल्ट्रासोनिक्स परिवेश के 25°C (77°F) तापमान पर लगभग 25 मिनट में घुलने की प्रक्रिया पूरी कर देता है। यही काम भाप से गर्म किए गए, ऊपर से प्रवेश करने वाले इम्पेलर से करने पर 60°C (140°F) पर लगभग चार घंटे लगा। कम तापमान के बावजूद, अल्ट्रासोनिक विधि में तैयार तरल के प्रति घन मीटर केवल 0.3–0.5 kWh विद्युत ऊर्जा की खपत हुई और फिर भी आविलता 0.4 NTU से नीचे रही। कैविटेशन तरल में फँसी गैस को भी निकालता है। पुनःपरिसंचरण लूप में घुलित ऑक्सीजन एक बार गुज़रने के बाद काफ़ी घट गई, जिससे संक्षारण अवरोधक अधिक प्रभावी ढंग से काम कर सके।
इनलाइन बनाम बैच अल्ट्रासोनिक्स
कार्यान्वयन के दो तरीके सामान्य हैं और प्रत्येक एक विशिष्ट परिचालन आवश्यकता पूरी करता है।
रेट्रोफ़िट बैच-लूप
रेट्रोफ़िट बैच-लूप विन्यास में मौजूदा मिश्रण टैंक प्रवाह के उतार-चढ़ाव को सँभालने के लिए आयतन, हीटिंग कॉइल और ट्रांसफ़र पंप के लिए चूषण उपलब्ध कराता रहता है। एक डिप-लेग टैंक के तल से आंशिक रूप से घुला लवणजल खींचता है, जिससे यह सुनिश्चित होता है कि अल्ट्रासोनिक स्किड में प्रवेश करने वाले तरल में अघुलित ठोस पदार्थों की सांद्रता सर्वाधिक हो। फिर एक पंप इस धारा को लगभग 2barg (30psig) पर एक अल्ट्रासोनिक इनलाइन प्रवाह सेल रिएक्टर तक पहुँचाता है। सेल के भीतर एक cascatrode तीव्र कैविटेशन क्षेत्र बनाता है। लगभग 0.5 सेकंड का निवास समय बचे हुए क्रिस्टलों को घोलने के लिए पर्याप्त होता है। प्रवाह में ठीक आगे लगा एक इनलाइन घनत्वमापी PID लूप को डेटा भेजता है, जो सूखे पदार्थ की आपूर्ति करने वाले स्क्रू कन्वेयर की दर नियंत्रित करता है। इस प्रकार तैयार लवणजल टैंक में लौटता है। चूँकि अल्ट्रासोनिक अपरूपण बल सीमा परतों को लगातार तोड़ते रहते हैं, इसलिए समग्र तरल का तापमान बढ़ाए बिना बैच का कुल समय घंटों से घटकर कुछ दसियों मिनट रह जाता है, और रेट्रोफ़िट के लिए केवल दो फ़्लैंज वाले कनेक्शन आवश्यक होते हैं।
पूर्णतः इनलाइन व्यवस्था
पूर्णतः इनलाइन व्यवस्था अपतटीय प्लेटफ़ॉर्म और स्थलीय रिग के लिए अनुकूलित है। यहाँ मिश्रण टैंक पूरी तरह हट जाता है। पानी या पुनः उपयोग किए गए निस्यंदित तरल को एक स्क्रू फ़ीडर के साथ संयोजित किया जाता है, जो सूखे लवणों को मापी हुई मात्रा में सीधे अल्ट्रासोनिक रिएक्टर में डालता है। धारा के अल्ट्रासोनिक प्रवाह सेल से बाहर निकलने तक घुलने और गैस निष्कासन की प्रक्रियाएँ प्रभावी रूप से पूरी हो जाती हैं। वहाँ से तरल सीधे मड पंपों या कूप समापन लवणजल मैनिफ़ोल्ड तक जाता है। ऐसा प्लग-एंड-प्ले स्किड ड्रिलिंग पर्यवेक्षक को द्रवस्थैतिक दाब शीर्ष का वास्तविक समय में नियंत्रण दे सकता है, और इसमें गर्म मिश्रण वाले बैच टैंकों से जुड़ा तापीय विलंब या क्रिस्टलीकरण का जोखिम नहीं होता।
ऊर्जा और उत्सर्जन में बचत
50m3 संयंत्र में भाप से तापन हटाने पर प्रति बैच 350kWh तक ईंधन ऊर्जा बचती है और 70kg तक CO2 उत्सर्जन टलता है।
गैस निष्कासन और संक्षारण नियंत्रण
कैविटेशन लवणजल में फँसी गैस को बाहर निकालता है। ऑक्सीजन कम होने से गर्तन और संक्षारण धीमे होते हैं। अल्ट्रासोनिक विधि से गैस निकाले गए लवणजल का उपयोग करने पर, फ़ील्ड में लगाए गए परीक्षण कूपन अक्सर अवरोधक की समान खुराक के साथ दस गुना कम संक्षारण दिखाते हैं।
योजकों का परिक्षेपण
जब पारंपरिक इम्पेलर मिश्रण की जगह सोनिकेशन का उपयोग किया जाता है, तो परत बनाने वाले अमीन, स्नेहक और सूक्ष्मीकृत भारवर्धक ठोस पदार्थ अधिक संकीर्ण कण-आकार वितरण तथा प्रवाहिकी के विचरण में 30% तक की कमी प्राप्त करते हैं।
संक्षारण और सामग्री का चयन
क्लोराइड और ब्रोमाइड की उच्च मात्रा गर्तन और संक्षारण को बढ़ावा देती है। लवणजल सामान्यतः वायु निकालकर (ऑक्सीजन 10ppb से नीचे) और परत बनाने वाले अमीन मिलाकर भेजे जाते हैं। ≥60°C (140°F) पर सतही उपकरणों की सामग्री कार्बन स्टील से बदलकर 316L, डुप्लेक्स 2205 या सुपर-डुप्लेक्स 2507 की जाती है। Titanium Grade 5 सोनोट्रोड और Alloy 625 प्रवाह सेल 120°C (248°F) तक के तापमान पर ZnBr2 सहन करते हैं।
स्वच्छ हैलाइड लवणजल उच्च दाब वाले, कम क्षति पहुँचाने वाले कूप नियंत्रण के लिए अपरिहार्य बने हुए हैं। लवण रसायन, उच्च-शक्ति अल्ट्रासोनिक्स, संक्षारण शमन और पर्यावरणीय उत्तरदायित्व की गहरी समझ से इंजीनियर 1080 kg/m3 (9lb/gal) से 2400 kg/m3 (20lb/gal) तक घनत्व को आवश्यकतानुसार समायोजित कर सकते हैं और साथ ही कूप के भीतर यथासंभव सबसे स्वच्छ परिवेश प्रदान कर सकते हैं।
अक्सर पूछे जाने वाले प्रश्न: स्वच्छ हैलाइड लवणजल
हैलाइड लवणजल को स्वच्छ क्या बनाता है?
कोई भी निलंबित ठोस पदार्थ विलेयता सीमा से अधिक नहीं होता, इसलिए तरल पारदर्शी होता है और उसे छानकर उसकी आविलता 0.5 NTU से नीचे लाई जा सकती है। सारा भार घुले हुए लवणों से आता है।
कौन-से लवण सबसे अधिक प्रचलित हैं?
सोडियम क्लोराइड, कैल्शियम क्लोराइड, सोडियम ब्रोमाइड, कैल्शियम ब्रोमाइड और ज़िंक ब्रोमाइड। इन्हें पानी में मिलाकर घनत्व समायोजित किया जाता है।
भार बढ़ाए गए मड के बजाय स्वच्छ लवणजल क्यों चुनें?
ये कोई फ़िल्टर केक नहीं छोड़ते, भूस्तर की क्षति को न्यूनतम करते हैं, कूप समापन उपकरणों से आसानी से गुज़रते हैं और शीघ्र ही उप-माइक्रोन स्तर के निस्यंदन तक पहुँचते हैं।
स्वच्छ हैलाइड लवणजल मिलाने के लिए अल्ट्रासोनिक्स का उपयोग क्यों करें?
सोनिकेशन घुलने का समय काफ़ी कम करता है, परिवेश के तापमान पर मिश्रण संभव बनाता है, संक्षारण को बढ़ावा देने वाली ऑक्सीजन निकालता है और बड़े यांत्रिक विलोडकों के बिना कम आविलता प्रदान करता है।
सोनिकेशन में सामान्यतः प्रति इकाई आयतन कितनी ऊर्जा लगती है?
अधिकांश संयंत्र तैयार लवणजल के प्रति घन मीटर 0.3–0.5kWh ऊर्जा से विनिर्देशों को पूरा करते हैं। सटीक मान लवण के प्रकार और लक्षित घनत्व पर निर्भर करता है।
कार्यस्थल पर घनत्व कैसे नियंत्रित किया जाता है?
सूखे लवण या सांद्र घोल को सोनिकेशन के दौरान घोला जाता है, फिर पानी मिलाकर सटीक समायोजन किया जाता है। इनलाइन घनत्वमापी घनत्व को ±2kg/m3 (±0.02lb/gal) के भीतर बनाए रखते हैं।
क्या स्वच्छ लवणजल संक्षारक होते हैं?
हाँ। क्लोराइड और ब्रोमाइड स्थानीय गर्तन और संक्षारण उत्पन्न करते हैं। संचालक वायु निकालते हैं, अवरोधक मिलाते हैं और संक्षारण-प्रतिरोधी मिश्रधातुओं का उपयोग करते हैं।
क्या उपयोग किए जा चुके हैलाइड लवणजल को पुनर्चक्रित किया जा सकता है?
हाँ। उपयोग किए जा चुके तरल पदार्थों को छाना जाता है, उनकी ऑक्सीजन निकाली जाती है, घनत्व समायोजित किया जाता है और पुनः उपयोग किया जाता है। निपटान से पहले ज़िंक-समृद्ध लवणजल से Zn की पुनर्प्राप्ति की जा सकती है।
ये लवणजल कितना तापमान सहन कर सकते हैं?
CaBr2/CaCl2 मिश्रण लगभग 150°C (302°F) तक स्वच्छ रहते हैं। ZnBr2 के सांद्र घोल 200°C (392°F) से ऊपर भी स्वच्छ रहते हैं, लेकिन अत्यधिक संक्षारक होते हैं।
अल्ट्रासोनिक्स लवण को कितनी तेज़ी से घोल सकता है?
1700 kg/m3 हैलाइड लवणजल के लिए औद्योगिक इकाइयाँ CaBr2 बैच का समय 4h (गर्म किए गए इम्पेलर मिक्सर) से घटाकर लगभग 30min (परिवेश के तापमान पर) कर देती हैं, जिससे ईंधन और रिग का समय बचता है।