Bistre halogenidne slane otopine dobivene ultrazvučnom obradom
Uobičajene halogenidne soli i sastavi smjesa bistrih halogenidnih slanih otopina
| Sol | Maks. gustoća pri 20°C (kg/m3) | Maks. gustoća pri 68°F (lb/gal) |
|---|---|---|
| Natrijev klorid (NaCl) | 1200 | 10,0 |
| Kalcijev klorid (CaCl2) | 1430 | 11,9 |
| Natrijev bromid (NaBr) | 1520 | 12,7 |
| Kalcijev bromid (CaBr2) | 1700 | 14,2 |
| Cinkov bromid (ZnBr2) | 2400 | 20,0 |
Međuvrijednosti gustoće dobivaju se miješanjem. Maseni omjer CaBr2 i ZnBr2 od 60:40 daje približno 2070 kg/m3 (17,3lb/gal), uz održavanje temperature kristalizacije ispod 4°C (39°F).
Ključna radna svojstva
- Bez filtarskog kolača: Hidrostatski tlak proizlazi iz stvarne gustoće otopine.
- Inhibicija glina: Ca2+ i Zn2+ suzbijaju bubrenje i dispergiranje šejla.
- Optička bistrina: Bistre halogenidne slane otopine omogućuju pouzdanu filtraciju, brojanje čestica izravno u toku i praćenje gama-zračenjem.
Čimbenici pri formuliranju fluida
Formuliranje počinje ciljnom gustoćom, a zatim se provjeravaju temperaturna rezerva do kristalizacije, kompatibilnost s formacijom i korozija. Slane otopine bogate cinkom daju najveću gustoću, ali zahtijevaju naprednije metalne materijale i pakete inhibitora.
Miješanje i kontrola kvalitete halogenidnih slanih otopina
Pri pripremi bistrih halogenidnih slanih otopina otapanje soli ograničeno je prijenosom tvari na granici krute i tekuće faze. Ultrazvučna obrada velike snage skraćuje vrijeme obrade šarže dispergiranjem sitnih čestica i razaranjem difuzijskih slojeva. Slane otopine kvalitete prikladne za opremanje bušotina prolaze kroz filtarske uloške od 1–2 µm kako bi se postigla mutnoća ispod 0,4 NTU.
Ultrazvučna obrada velike snage za bistre halogenidne slane otopine
Akustička kavitacija koju stvara vibrirajuća sonotroda znatno ubrzava otapanje, otplinjavanje i dispergiranje aditiva. Implozije mjehurića stvaraju mikromlazove i udarne fronte koje čiste površine soli, usitnjavaju aglomerate i potiskuju svježu tekućinu kroz granični sloj pri temperaturi okoline.
Izmjerena poboljšanja učinkovitosti
Terenski podaci za šaržu od 15m3 otopine kalcijeva bromida (ciljna gustoća ≈ 1700 kg/m3 ili 14,2lb/gal) pokazuju da ultrazvučna obrada velike snage dovršava otapanje za oko 25 minuta pri temperaturi okoline od 25°C (77°F). Za isti je postupak uz miješalo s rotorom uvedenim odozgo i parno zagrijavanje bilo potrebno približno četiri sata pri 60°C (140°F). Unatoč nižoj temperaturi, ultrazvučni je postupak trošio samo 0,3–0,5 kWh električne energije po kubnom metru gotovog fluida, a pritom je i dalje postizao mutnoću ispod 0,4 NTU. Kavitacija uklanja i zahvaćeni plin. Sadržaj otopljenog kisika u recirkulacijskom krugu znatno se smanjio nakon samo jednog prolaza, što je omogućilo učinkovitije djelovanje inhibitora korozije.
Protočna nasuprot šaržnoj ultrazvučnoj obradi
Uobičajena su dva načina izvedbe, a svaki služi posebnoj operativnoj namjeni.
Naknadna ugradnja recirkulacijskog kruga za šaržnu obradu
U konfiguraciji s naknadno ugrađenim recirkulacijskim krugom za šaržnu obradu postojeći spremnik za miješanje i dalje osigurava međuspremnički volumen, grijaće spirale i usis za transfernu pumpu. Uronjena cijev povlači djelomično otopljenu slanu otopinu s dna spremnika, osiguravajući da fluid koji ulazi u ultrazvučno postrojenje na postolju sadržava najveću koncentraciju neotopljenih krutih tvari. Pumpa zatim dovodi tok pri približno 2barg (30psig) u ultrazvučni protočni reaktor s protočnom ćelijom. Unutar ćelije cascatrode stvara intenzivnu kavitacijsku zonu. Vrijeme zadržavanja od približno 0,5 sekundi dovoljno je za otapanje preostalih kristala. Protočni mjerač gustoće postavljen neposredno nizvodno šalje podatke u PID regulacijski krug koji smanjuje dobavu pužnog transportera za suhe tvari. Obrađena slana otopina vraća se u spremnik. Budući da ultrazvučne smične sile neprekidno razaraju granične slojeve, ukupno vrijeme obrade šarže smanjuje se sa sati na desetke minuta bez povećanja temperature ukupnog volumena fluida, a za naknadnu ugradnju potrebna su samo dva prirubnička spoja.
Potpuno protočna izvedba
Potpuno protočna izvedba optimizirana je za odobalne platforme i kopnena bušaća postrojenja. U toj izvedbi spremnik za miješanje potpuno izostaje. Voda ili ponovno upotrijebljeni filtrat spaja se s pužnim dozatorom koji dozira suhe soli izravno u ultrazvučni reaktor. Otapanje i uklanjanje plinova praktički su završeni do trenutka kada tok izađe iz ultrazvučne protočne ćelije. Odatle fluid ide izravno do isplačnih pumpi ili razdjelnika slane otopine za opremanje bušotina. Takvo postrojenje na postolju spremno za priključivanje i rad može voditelju bušenja omogućiti regulaciju hidrostatskog tlaka u stvarnom vremenu bez toplinskog kašnjenja ili rizika od kristalizacije povezanih sa šaržnim spremnicima za vruće miješanje.
Uštede energije i smanjenje emisija
Ukidanjem parnog zagrijavanja u postrojenju od 50m3 štedi se do 350kWh energije goriva po šarži, čime se izbjegavaju emisije do 70kg CO2.
Otplinjavanje i kontrola korozije
Kavitacija izbacuje zahvaćeni plin iz slane otopine. Niži sadržaj kisika usporava rupičastu koroziju i koroziju općenito. Pri upotrebi ultrazvučno otplinjenih slanih otopina terenski korozijski kuponi često pokazuju deset puta manju koroziju uz istu dozu inhibitora.
Dispergiranje aditiva
Amini koji tvore zaštitni film, maziva i mikronizirane krute tvari za povećanje gustoće postižu uže raspodjele veličine čestica i do 30% manju varijancu reoloških svojstava kada sonikacija zamijeni konvencionalno miješanje rotorskim miješalom.
Korozija i odabir materijala
Visok sadržaj klorida i bromida potiče rupičastu koroziju i koroziju općenito. Slane otopine uglavnom se isporučuju odzračene (s manje od 10ppb kisika) i s dodanim aminima koji tvore zaštitni film. Pri ≥60°C (140°F) površinska oprema od ugljičnog čelika zamjenjuje se opremom od čelika 316L, dupleks čelika 2205 ili superdupleks čelika 2507. Sonotrode od titanija Grade 5 i protočne ćelije od legure Alloy 625 podnose ZnBr2 pri temperaturama do 120°C (248°F).
Bistre halogenidne slane otopine i dalje su nezamjenjive za kontrolu bušotina pri visokom tlaku uz mala oštećenja formacije. Ovladavanje kemijom soli, ultrazvučnom obradom velike snage, ublažavanjem korozije i odgovornim upravljanjem okolišem omogućuje inženjerima prilagodbu gustoća od 1080 kg/m3 (9lb/gal) do 2400 kg/m3 (20lb/gal), uz osiguravanje najčišćeg mogućeg okruženja u dubini bušotine.
Česta pitanja: bistre halogenidne slane otopine
Što čini bistru halogenidnu slanu otopinu?
Nijedna suspendirana kruta tvar ne premašuje granicu topljivosti, pa je fluid proziran i može se filtrirati do mutnoće ispod 0,5 NTU. Sva težina potječe od otopljenih soli.
Koje su soli najčešće?
Natrijev klorid, kalcijev klorid, natrijev bromid, kalcijev bromid i cinkov bromid. Gustoća se podešava njihovim miješanjem u vodi.
Zašto odabrati bistre slane otopine umjesto otežane isplake?
Ne ostavljaju filtarski kolač, smanjuju oštećenje formacije na najmanju moguću mjeru, lako prolaze kroz opremu za opremanje bušotina i brzo postižu submikronsku filtraciju.
Zašto upotrebljavati ultrazvuk za miješanje bistrih halogenidnih slanih otopina?
Sonikacija znatno skraćuje vrijeme otapanja, omogućuje miješanje pri temperaturi okoline, uklanja kisik koji potiče koroziju i postiže nisku mutnoću bez velikih mehaničkih miješala.
Koja je specifična potrošnja energije tipična za sonikaciju?
Većina postrojenja zadovoljava specifikacije uz 0,3–0,5kWh po kubnom metru gotove slane otopine. Točna vrijednost ovisi o vrsti soli i ciljnoj gustoći.
Kako se gustoća regulira na lokaciji?
Suha sol ili koncentrat otapa se uz sonikaciju, a zatim se gustoća fino podešava vodom. Protočni mjerači gustoće održavaju gustoću unutar ±2kg/m3 (±0,02lb/gal).
Jesu li bistre slane otopine korozivne?
Da. Kloridi i bromidi uzrokuju lokaliziranu rupičastu koroziju i koroziju općenito. Operateri provode odzračivanje, dodaju inhibitore i upotrebljavaju legure otporne na koroziju.
Mogu li se iskorištene halogenidne slane otopine reciklirati?
Da. Iskorišteni fluidi filtriraju se, uklanja im se kisik, podešava im se gustoća i ponovno se upotrebljavaju. Slane otopine bogate cinkom mogu se prije zbrinjavanja podvrgnuti postupku izdvajanja Zn.
Koje temperature ove slane otopine mogu podnijeti?
Smjese CaBr2/CaCl2 ostaju bistre do približno 150°C (302°F). Koncentrati ZnBr2 ostaju bistri i iznad 200°C (392°F), ali su vrlo korozivni.
Koliko brzo ultrazvuk može otopiti sol?
Industrijski uređaji skraćuju obradu šarže CaBr2 s 4h (zagrijavano rotorsko miješalo) na približno 30min (pri temperaturi okoline) za halogenidnu slanu otopinu gustoće 1700 kg/m3, štedeći gorivo i vrijeme rada bušaćeg postrojenja.