Ultrahangos keverők fúróiszapokhoz és pakkerfolyadékokhoz
A fúrófolyadékot (fúróiszapot) olajkutak, földgázkutak, kutatófúrások (felderítő kutak) vagy vízkutak fúrásának elősegítésére használják. Az ultrahangos reaktorok hatékony technológiát jelentenek a vízbázisú (WBM, vizes), olajbázisú (OBM, nem vizes) vagy szintetikus bázisú (SBM) iszapok keveréséhez, diszpergálásához, emulgeálásához és gáztalanításához.
A fúróiszap összetétele és egyenletes minősége kulcsfontosságú tényező a mai fúrási műveletekben. Az iszap összetétele és jellemzői befolyásolják a furat stabilitását, a kenést, a hűtést és a fúrás előrehaladási sebességét. A fúrófolyadékkal kapcsolatos kisebb problémák is leállíthatják az egész fúrási műveletet. A túl sűrű vagy túl nehéz fúróiszapból eredő túlzott nyomás jelentős öblítési veszteséget okozhat.
A vízbázisú iszapok általában édesvízből, tengervízből vagy (telített vagy formiátalapú) sóoldatból, valamint természetes agyagokból és polimerekből készülnek. Az OBM és az SBM inverz emulziós rendszerek, amelyekben az olajbázis (dízelolaj, ásványolaj) vagy a szintetikus bázis (olefinek és paraffinok) alkotja a folytonos (külső) fázist, a sóoldat pedig a diszpergált (belső) fázist. Az emulziónak elég stabilnak kell lennie ahhoz, hogy ellenálljon a kút mélyén beáramló víz hozzáadódásának. A víz az olajban emulzióknál (inverz olajemulziós iszapok) kevésbé elterjedtek az olaj a vízben emulziók (olajemulziós iszapok). Az ultrahangos emulgeálás mindkét emulziótípusnál működik, és a belső sóoldat- vagy vízfázis jó elektromos stabilitását biztosítja.
A Hielscher ultrahangos reaktorok nagyon hatékony, intenzív kavitációs nyíróhatással működő keverők gyártási felhasználásra. Az ultrahangos reaktorokat általában sorba kapcsolva használják nagy átbocsátóképességű, egyszeri átvezetéses feldolgozáshoz vagy recirkulációs szakaszos feldolgozáshoz.
Az ultrahangos keverés az alábbiakra használható:
- Adalékanyagok gyártása
- Nagy koncentrációjú törzskeverékek készítése
- Felhasználásra kész fúrófolyadékok vagy pakkerfolyadékok keverése
- Fúróiszapok gáztalanítása
- Jobb fúróiszapok fejlesztése és összetételük kidolgozása
A MultiSonoReactor MSR-4 egy ipari, sorba kapcsolható homogenizátor, amely alkalmas fúróiszapok ipari előállítására. Az ultrahangos kezelést a fúrófolyadékok diszpergálására és gáztalanítására használják.
Fúróiszap-adalékanyagok gyártása
A vegyszerek és adalékanyagok, például folyékony polimerszuszpenziók gyártása során előnyt jelent az ultrahangos nyírókeverés nagy feldolgozási kapacitása és rugalmassága. Az ultrahangos keverés lehetővé teszi az adalékanyagok, például a viszkozitásnövelők, a szűrletveszteség-csökkentők vagy a polimeradalékok teljes potenciáljának kihasználását. Az ultrahangos kavitáció a fúróiszap keverése során gyorsan és teljes mértékben hidratálja a porokat.
Folyadék/folyadék emulziók keverésekor a Hielscher MultiPhaseCavitator javítja a két fázis sorba kapcsolt keverését az intenzív kavitációs nyírózónában. A MultiPhaseCavitator készülékkel kapcsolatos további információkért kattintson ide!
Az ultrahangos keverés javítja az anyagátadást a folyadékokban lévő határrétegeknél vagy részecskéknél. Ez csökkenti a sóoldatok vagy telített sóoldatok, például kalcium-klorid-, kalcium-bromid-, cink-bromid-, illetve kálium- és cézium-formiát-oldatok elkészítéséhez szükséges időt.
Agyagok vagy adalékanyagok törzskeverékei
Az ultrahangos nyírókeveréssel nagy koncentrációjú vagy nagy sűrűségű törzskeverékeket készíthet (például kalcium-karbonátból (krétából), deflokkuláló szerekből vagy megkötőszerekből), mielőtt ezeket a végleges fúróiszap-keverékhez adná.
Fúrófolyadékok és pakkerfolyadékok előállítása
A fúróiszap teljesítménye, például a palakőzet stabilitása, a viszkozitás, a hűtés vagy a kenés, sok tényezőtől függ. A minőség egyenletessége és állandósága a legnagyobb fontosságú. Az ultrahangos nyírókeverés nagyon hatékony az egyenletes részecskeméret-eloszlás létrehozásában, és ezáltal a diszperzió és az emulzió stabilitásának javításában. Ez megakadályozza a fázisszétválást vagy az ülepedést tárolás, szállítás során, illetve az iszapgödrökben.
Napjainkban a fúróiszapokra vonatkozó előírások gyakran változnak. A Hielscher ultrahangos reaktorok nagyon jól alkalmazkodnak a fúrófolyadékok összetételének változásaihoz. A hagyományos szakaszos keverésről a sorba kapcsolt, egyszeri átvezetéses ultrahangos keverésre áttérve ugyanazzal az ultrahangos géppel különböző típusú fúróiszapokat készíthet. Ez segít csökkenteni a készleteket és a raktári tárolási időt.
A hagyományos agyagok (például bentonit) és a speciálisan kezelt organofil agyagok folyadékokban történő diszpergálásával nagy viszkozitású, tixotróp vagy nyírásra vékonyodó gélek és szuszpenziók keletkeznek. Erős ultrahangos nyíróhatásnak kitéve a viszkozitás szabadon folyó állapotig csökken. Ez megkönnyíti a diszpergálást és a kezelést. Emiatt az ultrahangos kezelés nagyon hatékony a tixotróp és nyírásra vékonyodó szuszpenziók keverésében. Az ultrahangos kezelés a bentonitrészecskék / lemezkék jobb diszpergálását és jobb gélesedési tulajdonságokat eredményez. A bentonit ultrahangos diszpergálásával kapcsolatos további információkért kattintson ide!
Bentonit ultrahangos diszpergálása (UIP2000hdT ultrahangos keverővel végezve)
A reológiai módosítók, sűrítőanyagok és stabilizátorok (például gumik, glikol, karboximetil-cellulóz, polianionos cellulóz (PAC) vagy keményítő) maximális hatékonyságához jó diszpergálás szükséges. A sűrítőanyagok, például a xantángumi és a guargumi ultrahangos diszpergálásával kapcsolatos további információkért kattintson ide!
A nehezítőanyagok, például a bárium-szulfit (barit), nem válhatnak ki az iszapból tárolás, szállítás vagy fúrás során. A Stokes-törvénynek megfelelően a kisebb részecskék lassabban vagy egyáltalán nem ülepednek. Az ultrahangos diszpergálás megakadályozza a nagyobb agglomerátumok kialakulását, amelyek a diszperzió instabilitását okozhatják. Egy rendszer diszpergálása növelheti annak szilárdanyag-tűrését, így az elérhető sűrűség akár 20 lb/gallon (US) vagy 2,4g/cm3.
A fúróiszap gáztalanítása
A fúróiszapok készítésekor a bentonit-agyagpor és más por alakú adalékanyagok sok levegőt juttatnak a fúróiszapba. Ez a gáz a folyadékrendszerekben reked, és szétválást, valamint az emulgeálószer vagy a stabilizátor teljesítményének csökkenését okozhatja. Az ultrahangos kezelés során ismétlődő összenyomódások (nagynyomású ciklusok) és ritkulások (kisnyomású ciklusok) lehetővé teszik, hogy az oldott gázok vándoroljanak és apró mikrobuborékokat képezzenek. Az ultrahanghullámok ezután a gázmikrobuborékok összeolvadását idézik elő. Az ultrahang által keltett erős kavitációs nyíróhatás csökkenti a nyírásra vékonyodó és tixotróp fúrófolyadékok viszkozitását. Ez lehetővé teszi a légbuborékok gyorsabb felemelkedését. Ennek eredményeként javul a gázleválasztás a folyamat későbbi szakaszában lévő leválasztótartályokban vagy a vákuumos gáztalanítás során. A gáztalanítás növeli az iszap súlyát, csökkenti a viszkozitást és a szétválási problémákat. A kevesebb gázbuborék csökkenti az emulgeálószerek, stabilizátorok, felületaktív anyagok vagy diszpergálószerek felhasználását. Ez csökkenti a hordónkénti költséget. A gáztartalom csökkentése az aerob mikroorganizmusok szaporodását is visszaszoríthatja.
Vízbázisú fúróiszap UIP1000hd készülékkel végzett ultrahangos gáztalanítás előtt és után
A tanulmány és a kép forrása: Amani és munkatársai, 2016
A fúróiszap összetételének fejlesztése és módosítása
Az új szabályozások a környezeti hatás minimalizálása érdekében korlátozzák az iszapokban felhasználható bizonyos vegyszerek mennyiségét. Ez megköveteli az összetételek hozzáigazítását az új szabályozási kerethez. Az ultrahangos kezelés segíthet a fúróiszap összetevői teljesítményének maximalizálásában, így kevesebb és alacsonyabb költségű anyagot használhat. A Hielscher laboratóriumunkban kínálja a fúróiszap-összetételek vizsgálatát. Ez különböző hőmérsékleteken végzett kinematikai viszkozitásméréseket is magában foglal, nyírás mellett és nyírás nélkül.
Nagy igénybevételre tervezett kivitel ipari használatra
A Hielscher ultrahangos reaktorok nagyobb és koptató hatású részecskéket vagy agglomerátumokat is képesek kezelni. Ezért kiindulhat agglomerálódott, szivattyúzható szuszpenzióból vagy fúróiszap-összetevőkből. Amikor porokat és részecskéket kevernek a folyadékba, az ultrahangos szondák jóval kisebb abrazív kopást mutatnak, mint a rotor-sztátor keverők vagy a nagynyomású homogenizátorok. A Hielscher ultrahangos szondák 5-ös minőségi osztályú titánból készülnek a fokozott korrózióállóság érdekében, például amikor a vízbázisú iszapokban édesvíz helyett tengervizet használnak. Az ultrahangos reaktorokban nincsenek forgó tömítések vagy csapágyak. A Hielscher ultrahangos keverők ipari kivitelűek, nagy igénybevételre alkalmasak – szárazföldön és tengeren (fúróplatformon) egyaránt. Az ultrahangos reaktorokat általában függőlegesen helyezik el a kis helyigény érdekében.
Az ultrahangos keverés alkalmazása az olaj- és gáziparban jóval túlmutat a fúróiszapokon.
- Elfolyó vizek és technológiai folyadékok gáztalanítása
- Keverés megkötőszerekkel (például H2S-megkötőszerekkel) vagy védőhatású vegyszerekkel, például vízkő- és korróziógátlókkal
- A cement kötési idejének csökkentése a gyorsabb cementezés érdekében
- Telített sóoldat vagy formiátoldat ultrahangos előállítása
- A bakteriális aktivitás csökkentése a fúróiszapokban
- Olajfeldolgozás a downstream szakaszban, például kéntelenítés
- Olaj- és üledékminták előkészítése
Szakirodalom / Hivatkozások
- 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.